汽油/柴油双燃料高比例预混压燃燃烧与排放的试验

对汽油/柴油双燃料高比例预混燃烧(HPCC)模式的燃烧及排放特性进行了初步的试验研究.结果表明,通过改变柴油的喷射时刻、汽油比例,HPCC呈现出由多种燃烧模式组成的复合燃烧模式,可以实现极低的NOx和碳烟排放,并能保持较高的热效率.试验工况下,汽油比例为50%时,柴油喷油时刻在-58～-6,°CA ATDC时热效率较高,喷油时刻在-49,°CA ATDC和-16,°CA ATDC时分别出现碳烟和NOx排放峰值.进气压力影响HPCC着火滞燃期、燃烧反应速度和"失火"与"爆震"燃烧汽油比例限值,提高进气压力可以提高汽油比例,实现超低的NOx和碳烟排放,并降低HC排放,但CO排放有所升高.随着汽油比例的增加,NOx与碳烟排放降低,对于IMEP为0.5,MPa、汽油比例大于50%时,两者的原始排放分别低于0.4,g/(kW.h)、0.06,FSN,但HC和CO排放升高.     

正丁醇-柴油低温燃烧碳烟前驱物生成机理

以正庚烷-正丁醇-多环芳香烃-甲苯简化机理作为正丁醇-柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理,应用计算流体动力学软件耦合化学动力学机理建立三维数值模型,研究了正丁醇掺混比例和EGR率对正丁醇-柴油混合燃料低温燃烧碳烟前驱物(苯(A1)、萘(A2)、菲(A3)和芘(A4))生成的影响.结果表明:碳烟前驱物主要在预混燃烧阶段生成.随着正丁醇掺混比例的增加,A1、A2、A3和A4的生成时刻延迟,A1的最终生成量先增加后减少,A2、A3和A4的最终生成量减少.随着EGR率的增加,A1、A2、A3和A4的生成时刻延迟,A1的最终生成量增加,A2、A3和A4的最终生成量先增加后减少.A3的最终生成量峰值所对应的EGR率随着正丁醇掺混比例的增大而减小.     

生物制气-柴油双燃料发动机燃烧及排放分析

采用气化炉热解气化各种农林废弃的生物质,得到可燃生物制气。将柴油机改制成双燃料发动机,用生物制气作为主要燃料,由柴油引燃。测量生物制气-柴油双燃料发动机在最大扭矩转速时的气缸压力及废气排放,分析燃烧特性及对排放物生成的影响,并对比分析柴油机与双燃料发动机的差别。     

正丁醇/生物柴油混合燃料的中低温着火特性

通过一台新开发的超高压快速压缩机,进行了不同比例的正丁醇/生物柴油混合燃料在当量比为0.3～1.0、压力为1～6 MPa以及温度为700～975 K条件下的自着火特性研究．结果表明：混合燃料的着火延迟时间随着温度、压力和当量比的升高而减小．此外,混合燃料的着火延迟时间随着正丁醇比例的增加而增大,但随着温度的升高,着火延迟时间对正丁醇的比例不敏感．采用已有的详细动力学模型进行了模拟研究并与试验结果进行了对比．通过对正丁醇/生物柴油自着火特性的化学动力学分析,研究了自着火过程中正丁醇和生物柴油之间的化学相互作用．结果表明：正丁醇的加入极大程度抢夺了生物柴油低温反应产生的自由基,削弱了生物柴油的低温反应路径．     

异辛烷／柴油双燃料分层充质压缩着火燃烧的试验研究

在经改装过的单缸发动机上进行了双燃料分层充质压缩着火(SCCI)燃烧的试验研究.分析了异辛烷作为预喷射燃料,柴油作为缸内直喷燃料的SCCI着火方式和燃烧过程,并固定异辛烷预喷射油量,研究不同柴油直喷当量比φD对SCCI燃烧的着火、燃烧和排放的影响.研究表明:双燃料SCCI燃烧是一种既包含扩散燃烧又包含预混合燃烧的复合燃烧形式,φD不仅决定了SCCI燃烧中柴油自身的燃烧情况,还决定了异辛烷的着火状况.在固定的异辛烷预喷射油量下,必然存在相应的最优柴油直喷当量比.该φD条件下柴油燃烧充分,且异辛烷的着火状况最好,异辛烷的燃烧过程最接近均质压燃;同时,发动机经济性提高,整体排放显著改善.随着给定的异辛烷当量比φP的增大,最优直喷当量比φD会逐渐减小.     

多次喷油实现清洁高效柴油预混燃烧的机理

采用试验和数值模拟方法研究了多次喷油模式耦合高EGR率和进气增压实现高效清洁柴油机预混燃烧的潜力.结果表明,EGR可以推迟高温反应定时,降低化学反应速率,特别是在较高负荷时,EGR还明显降低NOx排放.平均指示压力(IMEP)为0.4,MPa左右时,较少的喷油量使得单次喷油和多次喷油模式着火前一时刻形成的混合气均在当量比φ<2之内,故排放差别不大.氧体积分数为10%左右时,提高喷油量,进入侧隙内的气相燃油量增加并形成φ>2的浓区,两模式的碳烟、CO和UHC排放均升高.但IMEP为0.7 MPa左右时,多次喷油更有利于生成稀且均匀的混合气,减少局部过浓区,故其碳烟、CO和UHC排放远低于单次喷油.高EGR率时,多次喷油耦合进气增压,混合气形成得到进一步改善,可在更高负荷下实现高效清洁燃烧.     

生物柴油喷雾、着火和燃烧特性试验研究

在高温高压定容燃烧弹上,采用高速摄影法对不同掺混比例的生物柴油混合燃料进行研究,获取了喷雾、着火和燃烧火焰图像,分析了生物柴油这种含氧生物燃料对喷雾和燃烧过程的影响。研究结果表明:随着生物柴油掺混比例的增加,喷雾锥角减小;生物柴油的贯穿距离在喷雾初期比普通柴油长,但在喷雾中、后期基本一致;生物柴油与柴油相比,其滞燃期缩短,着火点数量增多;随着生物柴油在燃料中比例的增加,燃烧火焰的亮度和分布面积都随之下降。     

船用天然气-柴油双燃料发动机燃烧仿真计算

基于数值模拟计算方法,对淄柴6230型中速船用柴油机燃用天然气的燃烧系统进行优化。结果表明：在压缩比为11～14时,功率和热效率随压缩比递增且趋势不变,但受最高燃烧压力的限制,最佳压缩比取12.5。适当增大过量空气系数和提前喷油时刻都有助于NOx排放的减少,最低NOx排放可达0.817 g/（kW·h）,但当过量空气系数超过2.0、喷油时刻早于-20°时燃烧会急剧恶化。引燃油量对燃烧过程影响较小,在研究范围内,指示热效率增幅仅为0.85%,但过富的喷油量会造成额外的NOx和HC排放,因此取1%为最佳喷油量。     

柴油、柴油-正丁醇和柴油-DMF燃烧及排放特性试验研究

通过对纯柴油、40%正丁醇(B40)和40%2,5二甲基呋喃(DMF,D40)三种燃料燃烧和排放特性对比,研究了燃料特性对柴油机性能和排放的影响。研究结果表明:D40滞燃期最长,燃烧速率最快,最大压力升高率最高,三种燃料在较低EGR率下指示热效率差别较小;随EGR率变大,NO所占比例先降低后升高,NO_2所占比例先升高后降低,含氧燃料的加入会增加NO_2比例;滞燃期是影响碳烟排放的最主要因素,在整个EGR率区间,D40几乎可实现碳烟的零排放;三种燃料的THC排放差别较小,但B40和D40可降低CH_4和HCHO比例。     

天然气-柴油双燃料准均质燃烧过程的研究

通过发动机缸内分析法,对发动机的典型工况燃烧特性进行了试验研究,结果表明,天然气-柴油双燃料在低速时具有比燃烧纯柴油高的指示压力,最高爆发压力大于纯柴油,最大压力升高率也具有相同的规律,且双燃料的循环变动量大于柴油;而在中、高转速下,其具有与低速情况相反的规律。     

汽油、正丁醇掺混柴油对部分预混压燃的燃烧和排放影响

通过一台高压共轨重型柴油机,使用汽油/柴油和正丁醇/柴油掺混燃料,掺混比例为40%、60%和80%(体积分数),研究了平均有效压力(BMEP)为0.48 MPa和0.95 MPa工况下汽油和正丁醇燃料掺混对柴油部分预混压燃(PPCI)模式的燃烧和排放影响.结果表明:随着汽油和正丁醇掺混比例的提高,滞燃期明显延长,更大程度地将喷油与燃烧过程分离,实现高比例预混燃烧.在BMEP为0.48 MPa工况下,各比例掺混燃料均易实现高比例预混燃烧,掺混比例为40%结合EGR即可满足欧Ⅵ排放限值,而掺混比例为80%时燃烧则受到压力升高率极限和燃烧效率恶化的约束.随BMEP升至0.95 MPa,各燃料滞燃期缩短、预混燃烧比例明显降低,掺混比例为40%和60%时,各掺混燃料均呈明显的扩散燃烧过程.相比于汽油,正丁醇掺混燃料在较低掺混比例可获得更低的有效燃油消耗率(BSFC)和soot排放,正丁醇以高掺混比例(80%)结合中等EGR率实现了87%的预混燃烧比例,NOx以及颗粒物排放分别为0.4 g/(kW·h)和0.001 5 g/(kW·h).     

正庚烷/生物柴油双燃料的部分均质压燃燃烧

研究了气口喷射正庚烷、缸内直喷生物柴油的部分均质充量压缩着火(HCCI)燃烧的燃烧特性和排放特性.研究表明,整个燃烧过程旱现三阶段放热模式.随着正庚烷预混合比例的增加,第一阶段和第二阶段最大放热率呈线性增加,从而导致生物柴油着火时的温度和压力明显上升.预混合正庚烷的引入使得放热中心时刻和放热结束时刻明显提前,燃烧持续时间缩短.至于排放方面,预混合比例的增加会引起CO和HC排放的增加,并且增加幅度逐渐减小;在中小当量比下,预混合比例增加会使得NOx排放线性降低,但是对碳烟排放却几乎没有影响;在较大当量比下,预混合比例增加可以使得NOx和碳烟排放同时大幅度下降,并且在20%～25%之间可以得到最佳的NOx和碳烟降低效果.     

柴油/天然气双燃料发动机柴油燃烧策略的研究

基于自主研发的第三代并行式柴油/天然气双燃料发动机电控系统,利用FIRE软件建立柴油/天然气双燃料发动机柴油喷射系统的多次喷射模型。同时,通过进气压力控制过量空气系数,实现柴油/天然气双燃料发动机稀薄燃烧方式。针对高负荷工况,研究了多次喷射策略和稀薄燃烧方式对双燃料发动机最大压力升高率及NOx排放的影响。结果表明:发动机工作在高负荷及柴油替代率为80%时,采用双燃料稀薄燃烧方式能使NOx排放降低,但最大压力升高率仍可能超过安全临界值1MPa/(°)。采用合适的预喷射量与预喷射时刻能降低最大压力升高率。通过多次喷射和稀薄燃烧方式相结合的燃烧策略对缸内燃烧方式进行组织,可以实现双燃料发动机高替代率燃烧,并使高负荷时NOx排放达到或者低于国Ⅴ标准限值。     

天然气-柴油双燃料燃烧的微种群遗传算法数值优化

利用微种群遗传算法结合计算流体动力学(CFD)构建了数值优化平台,对一台天然气-柴油双燃料重型发动机在中速,低、中和高3个负荷下进行了多目标优化.结果表明:通过优化柴油两次喷射时刻、压力、首次喷油比例、预混能量比例(PES)和EGR比例,可以使发动机在3个工况下获得高效清洁的燃烧.在不超过最大爆发压力、最大压力升高率及排放设定限值的前提下,均可获得高于45%的热效率.随着负荷增加,所需PES及EGR率依次增大.柴油首次喷射较早,用来调节压缩余隙处的活性梯度,第二次在较晚时刻喷入活塞碗底部区域,在中、低负荷工况下,缸内呈现出活性控制压燃(RCCI)燃烧式的梯级顺序燃烧特性.在高负荷工况下,缸内一定程度上展现出柴油微引燃(DPI)燃烧式的燃烧特性.在所有工况下,缸内均发生多点式的着火燃烧.     

加氢催化生物柴油-柴油的喷雾燃烧特性

基于装配有单孔喷油器的高温高压定容燃烧弹系统,研究了一种混合燃油(柴油质量分数为80％,加氢催化生物柴油质量分数为20％)的喷雾燃烧特性.此外,针对纯柴油也进行了相同的试验以作为对比.试验采用高速纹影图像技术和OH*化学荧光法两种光学技术同步测量了着火延迟期(ID)和火焰浮起长度(LOL)等参数,通过纹影图像得到了喷雾...     

地沟油生物柴油与正丁醇/乙醇混合燃料燃烧火焰特性

为研究不同配比下生物柴油混合燃料燃烧特性,设计了一套生物质液体燃料雾化蒸发燃烧系统,该系统可产生生物柴油及其混合燃料层流预混火焰,结合OH-PLIF平面激光诱导荧光技术测定并分析燃烧火焰的高度和锋面面积以及层流预混火焰的传播速度和OH-PLIF总信号强度等燃烧特性.结果表明随着正丁醇或乙醇添加比例的增大,两种混合燃料燃烧火焰高度、火焰锋面面积呈下降趋势;火焰传播速度呈上升趋势.在混合燃料中,正丁醇的体积分数越大,燃烧火焰OH-PLIF总信号强度越大,而乙醇的体积分数越大,混合燃料燃烧火焰OH-PLIF总信号强度越小.     

进气状态对正丁醇-柴油低温燃烧PAHs生成的影响

以正庚烷-正丁醇-多环芳香烃-甲苯简化机理作为正丁醇-柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理,应用AVL-FIRE软件耦合CHEMKIN建立三维数值模型,研究了进气状态(进气压力、进气温度和进气涡流比)对正丁醇-柴油混合燃料低温燃烧多环芳香烃(PAHs)生成的影响规律.结果表明:随着进气压力和进气温度的提高,PAHs各组分的生成时刻提前,缸内最终生成量增加,尤其是A2(菲)和A4(芘);在燃烧后期,随着进气压力和进气温度的提高,PAHs各组分消耗速率加快;随着涡流比的增加,PAHs各组分生成时刻提前,A1(苯)、A2(菲)和A3(萘)缸内最终生成量增加.当涡流比从1.2变化到1.6时,A4(芘)的缸内最终生成量随涡流比的增加而减少;而当涡流比从1.6变化到2.4时,A4的缸内最终生成量随涡流比的增大而增加.     

生物制气-柴油双燃料发动机NOx计算模型

采用气化炉热解气化各种农林废弃的生物质,产生可燃生物制气,作为双燃料发动机的主要燃料。双燃料发动机由单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机改装,生物制气通入发动机进气管,在进气过程中吸入气缸。在油滴蒸发准维燃烧模型的基础上,结合单区模型和详细化学反应动力学机理,建立生物制气-柴油双燃料发动机的NOx生成模型,计算结果与试验结果吻合较好。供油提前角提前,生物制气-柴油双燃料发动机NOx排放量增加;引燃柴油量减小时,NOx排放量减小。     

天然气/柴油双燃料发动机燃料喷射及着火特性

基于计算流体动力学(CFD)软件CONVERGE模拟了缸内高压直喷式柴油微引燃液化天然气(LNG)发动机的燃料喷射混合以及着火过程,校核和验证了湍流模型对模拟结果的影响,分析了天然气喷射正时、天然气喷射持续期及柴油与天然气射流中心轴线的夹角对缸内柴油和天然气射流发展、混合和着火的影响.结果表明:Smagorinsky大...