双层分流燃烧室结构及喷射参数智能优化

通过采用NSGA-Ⅱ遗传算法耦合KIVA-3V程序,以双层分流燃烧室为研究对象,对其燃烧系统结构参数与燃油喷射参数进行了多目标智能优化研究,过程中优化了柴油喷射正时、喷孔夹角、涡流比、压缩比及燃烧室结构参数．研究表明：NO_x和碳烟排放呈现出明显的trade-off关系,NO_x排放和指示燃油消耗率之间存在一定的trade-off关系．对于带碰撞凸台的双层分流燃烧室,射流油束撞击燃烧室喉口碰撞凸台后分为上、下两束,其中下部油束向燃烧室内部卷吸,上部油束进入活塞压缩余隙区域．此时气缸内部空气利用率较高,燃料燃烧较为充分,高温区域分布较广;因而NO_x生成区域分布较广、生成量较高．同时因受到双层燃烧室燃料喷射分流的影响,在燃烧室内部以及压缩余隙区域均有明显的碳烟生成,使得碳烟生成区域较为分散,大部分碳烟能够在燃烧后期与新鲜空气混合从而被氧化．     

直喷式柴油机燃烧室中喷雾的分布预测

本文介绍了三维准稳态喷雾模型。该模型是根据Dent~[1]二维平面准稳态喷雾模型,同时考虑缸内涡流和挤流的综合作用而建立的。其目的是为了预测在涡流和挤流作用下喷雾的分布。涡流和挤流强度可根据进气道稳流试验结果预测得到~[2]。本研究以高速直喷式6135柴油机为例,预测了喷雾的分布规律,将预测的喷束冲心线轨迹和可见廓线轨迹与实机的喷雾摄影作了比较,两者较为吻合,从而为研究直喷式柴油机的燃烧模型和性能提供了工具。     

发动机喷雾和燃烧过程的多功能动态可视化测试装置的研制和应用

为研究发动机的燃烧和排放形成，研制了一种多功能可视化摄影用的动态燃烧装置。该装置主要包括：摄影用发动机、光路系统、供油系统、起动装置、同步控制和采样系统及高速数码摄影系统；具有使用、维护简单，成像清晰的特点。使用情况、拍摄图像和测得的示功图表明，该装置是研究发动机喷雾和燃烧的一种先进工具。     

燃烧室压力对燃油喷雾和燃烧的影响研究

采用CHAMKIN模拟分析燃烧过程,基于自行设计的可视化定压燃烧系统试验研究燃烧室压力对燃油喷雾和燃烧的影响。结果表明:随着压力的升高雾化效果逐渐变差;进气旋流可以改善雾化效果;如果进气旋流是高温气体,则改善情况更明显。压力的增加仅加快了反应速率,缩短了着火延迟时间,并没有引起着火过程中温度的很大变化。随着燃烧压力的增加,火焰逐步向燃油喷嘴处移动,可通过提高烟气卷吸率增强气旋效果,使火焰更长,燃烧更均匀,避免烧坏油头及燃烧室内部分温度过高等不良后果。     

直喷式柴油机气缸内喷雾贯穿及分布的研究

本文建立了燃油喷过程及气缸内喷雾特性的统一计算模型。考虑了燃油喷射、气缸内空气运动和燃烧室结构对喷雾贯穿及分布的影响。     

利用气体模拟技术研究直喷式柴油机的燃油喷雾特性

本文利用气体模拟技术研究了直喷式柴油机的燃油喷雾特性。研究结果表明,瞬态燃油喷雾的前端存在一个强烈的紊流混合前锋区,其后是浓度分布处于平衡状态的雾锥。雾锥轴线上的浓度随贯穿距离的增加而线性衰减;雾锥的径向浓度分布与剖面至喷孔的距离有关,对于充分发展的雾锥,径向浓度不同于稳定自由射流的浓度分布,而服从指数型分布规律。当喷雾与壁面撞击时,可观察到紊流混合过程出现一个从强化到减弱的有利于混合的过渡过程,但过量壁喷会在壁面上出现浓混合气层的堆积,恶化混合。     

预混合燃烧方式的混合气形成与燃烧的研究

本文通过高速纹影摄象技术对伞喷嘴的喷注形态及混合气形成过程进行了研究；通过在Ｅ１５０型和１３５型试验机上的伞喷燃烧试验测取了示功图及性能参数，表明具有预混合燃烧的特点。     

柴油机喷雾油束内温度与浓度分布的研究

柴油机缸内局部燃油蒸气的温度与浓度是影响柴油机着火与燃烧的重要因素，因此研究喷雾油束内燃油温度与浓度分布具有一定的实际意义。作在Ｅ１５０柴油机上，采用激光双曝光全息干涉技术，假定喷雾油束为轴对称圆锥形，将燃油蒸气作为位相物体处理，测取了喷雾油束的干涉条纹，采用阿贝尔变换对干涉条纹进行反演，导出了油束内轴向与径向位置的折射率，并由此计算出喷雾油束内燃油温度与浓度的分布。     

燃油的喷射雾化燃烧对柴油机缸内空气流动影响的研究

将柴油机缸内气体与全体燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件。利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE,在进气压缩过程流动三维瞬态数值模拟基础上,对6110柴油机喷雾燃烧过程缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析燃油喷射、雾化、燃烧对缸内流动的影响。研究结果表明喷雾燃烧过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内流场的总流型,在一定空间内完全打破缸内大的旋流流场。     

燃烧室型线对燃烧过程影响的计算分析研究

采用STAR-CD软件对某型高速大功率柴油机的燃烧过程进行了计算分析研究,考虑了缩口、直口、扩口三种燃烧室型线。为了提高计算精度,在计算分析工作前,先利用试验数据进行计算模型系数的标定。最后对计算结果进行了深入的分析,总结了柴油机燃烧室型线对燃烧过程影响的规律。     

CA4D32-12型柴油机燃烧室及供油提前角的试验研究

对CA4D32-12型柴油机进行了燃烧室、静态供油提前角的试验研究,就这些因素对排放物的影响进行了分析,并确定了CA4D32-12型柴油机的优化匹配方案。通过优化匹配,进一步提高了CA4D32-12柴油机的性能和排放指标。     

乙醇-甲酯-柴油含氧燃料对柴油机性能与燃烧特性的影响

在一台四缸柴油机上燃用乙醇-甲酯-柴油混合燃料,使得乙醇含量达到30%.研究了氧含量对柴油机动力性、经济性以及燃烧特性的影响.结果表明,在发动机不做调整的情况下,含氧燃料会使发动机动力有所下降,有效燃油消耗率上升,但等效燃油消耗率基本不变.乙醇含量越多,燃烧滞燃期越长,E20B、E30B的滞燃期比柴油分别长1.2°CA和2.5°CA;燃烧持续期会缩短,全负荷时E10B的燃烧持续期比柴油缩短了5°CA,E30B的燃烧持续期比柴油缩短了10°CA;另外随着乙醇含量的增多,最大爆发压力升高,放热率峰值增大.     

BUMP燃烧室的稀扩散燃烧机理

开发了BUMP燃烧室并进行了对比实验,发现BUMP燃烧室中可以形成稀的扩散燃烧氛围,使NOx和碳烟排放同时降低．喷射定时3°CA ATDC时,烟度排放降低了约70％,NOx排放与对比燃烧室相当．CFD模拟研究表明,不同的喷射定时下,燃油到达燃烧室壁面时的混合和燃烧状态不同,只有油束在滞燃期内到达燃烧室壁面,由限流沿(BUMP环)扰动形成的二次空间射流才能充分形成,稀扩散燃烧才能明显发生．     

利用双像高速摄影研究柴油机燃油束撞击雾化及燃烧特性

利用双像高速摄影技术研究直喷式柴油机燃油束撞击雾化及燃烧过程。对轴针式喷油嘴在缸内的燃油束撞击挡块反弹雾化混合过程的火焰扩展过程进行了分析研究 ,结果表明 ,燃油束撞击反弹方向和喷油压力对油气混合气形成和燃烧过程有很大影响。     

船用低速柴油机喷孔方向对缸内燃烧影响的仿真研究

在某船用低速柴油机燃烧系统开发中,为设置合理的喷孔方向,应用流体动力学软件STAR-CD对不同喷孔方向的缸内燃烧情况进行仿真分析。分析结果表明:喷孔方向对柴油机缸内燃烧的影响较大;喷孔方向顺着缸内涡流方向时可促进喷射燃油的传播及混合,改善缸内燃烧;但喷孔方向顺着涡流朝向缸套壁面喷射时,油气混合主要发生在燃烧室缸套壁面附近,增大了缸套壁面的传热,且不利于燃烧室中心区域空气的利用;本文研究中,原喷油器的喷孔绕喷油器轴线朝缸内涡流方向旋转30°或35°时,缸内燃烧情况明显改善。     

限流沿燃烧室中实现柴油喷雾稀扩散燃烧的混合气形成过程

提出了一种在于激光诱导荧光法的实验方案，采用增压式共轨喷油器，在定容燃烧实验装置内进行柴油喷雾形成、发展、撞壁和混合过程的实验。实验发现，燃油喷雾在燃料室壁面的沉积可通过在壁面设置一个“限流沿”（BUMP），使之从壁面剥离，剥离后的壁面射流形成一个迅速扩散的二次空间射流，进而形成较均匀、较稀薄的混合气，它有利于减少碳烟和NOx排放。