中速柴油机燃用重质燃料油的试验及数值模拟研究

以某型号大功率中速柴油机为研究对象,以燃烧性能试验和数值模拟方法研究了重质燃料油在该机上的燃烧性能、动力性能和燃油经济性。研究表明:与燃用轻柴油相比,在燃用重质燃料油时,柴油机保持了原有的动力性能;燃油消耗率有所上升,但考虑重质燃料油的低成本因素,其经济性有较大程度改善。为了进一步改善燃油经济性并保证燃用重质燃料油时柴油机的可靠性,对喷油嘴等燃油系统关键部件进行改进设计是必要的。     

240单缸柴油机燃用4号燃料油的研究

在240型单缸柴油机上进行了0号轻柴油和4号燃料油的不同喷油器的对比试验:通过对两种燃料示功图曲线以及放热率曲线的分析,对比研究了轻柴油和4号燃料油的缸内燃烧情况;改变喷油器喷孔参数,比较了不同喷油器参数对燃油喷射雾化以及缸内燃烧的影响;最后进行了不同进机粘度的4号燃料油性能试验;240系列多缸机若要燃用4号燃料油时只需改变喷油器规格。     

燃油温度对船用柴油机喷雾及燃烧特性影响的仿真研究

以某型船用柴油机为研究对象,通过对不同燃油温度下喷油嘴内部的流动仿真分析,对喷嘴内部的流动和空穴现象进行了研究,得到合理的喷孔出口处油滴的初始状态;通过喷雾和缸内燃烧的耦合计算,分析不同的燃油温度对柴油机燃烧及排放特性的影响规律。研究结果表明:燃油进机温度直接影响燃油喷雾、破碎、蒸发及燃烧过程,对NOx排放影响更为明显;燃油进机温度须作为柴油机燃烧系统开发试验时的试验基准之一。     

某艇用柴油机改二甲醚发动机性能与排放特性分析

以一台4缸艇用增压柴油机为研究对象,基于STAR-CD软件,计算了该柴油机燃用二甲醚(DME)时的缸内压力、温度与NOX排放的变化情况,并与其燃用柴油时情况进行了对比。分析了在不同负荷与不同喷孔直径下燃用DME时的NOX排放特性。结果表明,该柴油机燃用DME后,动力性能降低幅度甚微,基本在2%以内,其NOX的排放比燃用柴油要低15%左右,为艇用DME发动机的开发提供了依据。     

喷油提前角对柴油机燃烧特性的影响

为了研究柴油机在不同喷油提前角下的燃烧特性,采用三维流体数值分析软件AVLFIRE建立了某型柴油机燃烧计算模型.在不同喷油提前角下,对燃烧滞燃期、油气混合程度、温度、燃空当量比、放热率和压力进行分析,得出:随着喷油提前角的增大,滞燃期延长,着火时刻形成的可燃混合气增多,缸内最高燃烧压力和最高温度也随之升高同时放热规律相...     

微乳化燃油的粘温特性及燃烧过程

为对比分析柴油机燃用微乳化燃油的燃烧特性,采用旋转粘度计测量燃油在各种温度下的粘度以及利用发动机台架和燃烧分析仪,测录燃烧压力随曲轴转角的变化关系,研究微乳化燃油的粘温特性和燃烧过程。结果表明:燃油微乳化后粘度增大;但随着温度的升高,微乳燃油的粘度显著减小,50℃时减至柴油水平。微乳化柴油中掺水或表面活性剂质量分数越高,粘度越大。燃料特性对柴油机缸内压力的影响与转速明显相关,含水质量分数为5.6%微乳化柴油M5.6D、生物柴油和含水质量分数为10%的微乳化生物柴油M10B的最大爆发压力均略高于柴油;在相同工况时,柴油和M5.6D、生物柴油和M10B的放热规律形态差异主要在燃烧前期。燃油微乳化后,预混合燃烧期略微增延长,预混合燃烧占整个燃烧放热比例显著增大,扩散燃烧期明显缩短。与燃用柴油相比,柴油机燃用M5.6D、生物柴油和M10B时,燃烧重心向上止点靠近。     

喷孔参数对高压共轨船用柴油机燃烧与排放影响的仿真研究

为研究喷孔参数对高压共轨船用柴油机燃烧与排放的影响,应用三维CFD软件对采用3种不同喷孔方案的某船用柴油机燃烧流场和排放进行了数值计算,计算的缸内示功图与实测结果基本吻合.模拟得到了不同喷孔方案下的燃油液滴分布、流场分布、缸内燃烧温度和压力分布,以及NOx和Soot质量分数分布等,同时还得到了油耗与指示功率.对比分析表明:喷孔直径和数目影响燃油雾化和蒸发,影响油气混合质量,进而影响NOx与Soot的排放.通过综合考虑动力性、经济性和环保性,选择喷孔孔数为8、喷孔直径为0.37 mm的喷孔方案为最优方案.     

燃油系统参数对柴油机燃烧及排放影响的研究

采用CFD数值模拟方法研究了柴油机燃油喷射系统参数--喷孔直径、喷雾夹角等对柴油机燃烧过程及排放的影响.研究结果表明,喷孔直径对缸内速度场影响较大,较小的喷孔直径可以促进缸内充量的混合.喷孔直径越小,缸内高温区域出现越早,而且高温区域范围越大.随着喷孔直径的减少,碳烟排放降低,Nox排放升高.改变喷雾油束夹角对缸内压力和温度影响不大,但是影响到喷雾油束的落点位置.落点位置过高,则油束喷入气缸余隙较多,燃烧质量较差,生成较多碳烟;落点位置过低,则油束喷到燃烧室凹坑底部,导致油滴沉积在温度较低的燃烧室底面上,碳烟排放恶化.     

柴油机TR燃烧系统的试验优化

在一台单缸135柴油机上对柴油机TR燃烧系统的性能进行了试验优化.首先在TR燃烧系统中燃用柴油乙醇混合燃料,结果表明排气烟度值降低,排气温度降低,但NOx浓度有所上升.另外,烟度值在小负荷工况下明显较高,高负荷时较小.其次研究了喷油嘴孔径对燃烧系统的影响,结果表明中心喷孔的直径较大时,发动机排气烟度增加.最后对启喷压力进行了优化,当启喷压力提高到25MPa时,发动机小负荷工况下排气烟度值减小;当供油提前角为13°CABTDC时,发动机在标定工况下排气烟度和NOx浓度都很低.     

燃油性质与喷油参数对陶瓷隔热复合机燃烧过程的影响

摘要在定容燃烧装置与B1135型单缸机上,对陶瓷隔热复合机的燃烧过程进行了试验研究.结果表明,由于陶瓷隅热复合机的压缩终点温度和压力很高,使滞燃期过短,空气粘度高,着火点在喷油嘴孔口附近,初期火焰横贯喷注,使空气与燃油混合条件差,因而仍沿用常规发动机燃烧系统参数时,燃烧过程恶化、燃油消耗率上升.采用减小喷油嘴孔径、增多喷孔数以改善空气与燃油的混合条件,以及采用低16烷值、低粘度燃油以获得滞燃期加长、着火点远离孔端等措施.对改善陶瓷隔热复合机燃烧过程具有良好的效果.     

低硫燃油在船用中速柴油机上的应用

针对2020年IMO全球船舶限硫令生效,以及国内排放控制区升级,介绍了现行船用燃油的标准和理化特性;使用低硫燃油对发动机的影响及应对措施。开展了低硫燃油和高硫重油的燃油系统平台试验,发现:燃用低硫燃油偶件泄漏量增大,导致高压燃油系统效率下降。基于一船用中速柴油机开展了低硫燃油和高硫重油的发动机台架性能试验,结果显示:燃用低硫燃油较高硫重油在全负荷范围燃油喷射压力降低;高负荷时排温、最高燃烧压力相当,但中低负荷时最高燃烧压力降低,排温和油耗率升高。还介绍了低硫燃油的生产与市场供给、政府监管和油品企业的最新动态。指出远洋船舶中低速柴油机使用低硫油+SCR将成为解决排放问题的优选技术路线之一。     

Evaluation of the performance of biodiesel from waste vegetable oil in a flame tube furnace

This work presents a theoretical and experimental study of the biodiesel (ethyl ester from a waste vegetable oil) performance in a flame tube furnace. The heat transfer rate was analysed in several sections along the furnace and the performance of the biodiesel was compared to that of diesel oil. The flow of heat from the burn of each fuel in the direction of the walls of the combustion chamber was evaluated under the same fuel injection pressure. The peak of the heat transfer occurred around 0.45 m far from the fuel injection nozzle in a 0.305 m inner diameter combustion chamber. The diesel oil showed a higher heat transfer rate in most parts exposed to the flame. In the region where the body of the flame is not present, the heat transfer of biodiesel becomes higher.     

柴油机喷嘴流动的CFD分析

建立了某型柴油机喷嘴内部流动的三维CFD计算模型,用计算流体力学软件ANSYS-FLOTRAN对该喷嘴内部的三维流动进行了模拟分析,得到了喷嘴端部的速度矢量场、压力分布等大量信息。分析结果为研究燃油雾化、喷嘴的失效分析及其结构参数的优化设计提供了重要参考。     

柴油/CNG双燃料发动机开发及其性能分析

在CA6113BZS-60柴油机的基础上，设计开发了CA6113BN-01柴油／CNG双燃料发动机，并对开发的双燃料发动机进行了动力性能和经济性能的实验与分析．结果表明，开发的混合器混合和机械控制引燃柴油量及由进气管压力调节控制天然气量的双燃料发动机，具有全负荷速度特性扭矩储备大及各种负荷下天然气替代率变化较小，综合柴油替代率高，结构简单和成本低等优点，并具有良好的动力性能和经济性能指标，操作性好，可随时恢复纯柴油运行并能够基本保持原柴油机的性能．     

在油－气两相流状态下柴油机喷油系统中压力波传播速度的研究

本文通过在喷油泵试验台上测定高压油路实际压力波传播速度，论述了在油一气两相状态下，柴油机喷油系统中高压油管和喷油嘴油道内音速的变化规律，并指出造成高压油路各段音速不同的原因是高压油路内气泡分布的不均匀性。特别值得注意的是，喷油嘴油道内平均音速明显低于高压油管中的音速，这说明喷油嘴盛油槽内的气泡要多于高压油管中的气泡。     

Comparison of performance and emissions of diesel fuel,rapeseed and soybean oil methyl esters injected at different pressures

Fuel properties of rapeseed oil and soybean oil methyl esters (e.g. density, cetane number and viscosity etc.) are similar to those of the diesel fuel. These methyl esters can be used as diesel engine fuel by mixing withy diesel fuel. In this study a comparison of diesel fuel, the rapeseed oil methyl ester and the soybean oil methyl ester was made from the engine performance and emissions point of view. The tests were carried out with a four-cylinder diesel engine for tree different injection pressures such as 250, 300 and 350 bar with each of these fuels. For the purpose of comparison, tests were also conducted at full load conditions with diesel fuel. As the result, the performance and emission values of rapeseed oil (R) and soybean oil (S) methyl esters were found to be nearly the same with those of diesel fuels (D) when injection pressure was increased to 300 bar.     

供油系统调整对VNT柴油机低速性能影响

基于PW泵的常规供油系统增压补偿器的存在使得可变喷嘴增压器（VNT）对柴油机性能改善不明显。研究了供油系统参数调整对VNT增压柴油机低速全负荷性能的影响。结果表明：使增压补偿器压力室与大气相通以屏蔽增压补偿器并优化VNT开度后，由于供油量减小，低速全负荷排气烟度比装配GT35增压器的基础柴油机下降56．3％～73．5％，但动力性改善不明显；屏蔽增压补偿器、调整油泵供油特性并优化VNT开度后低速全负荷工况烟度下降53．8％～68．1％，同时1000r／min全负荷转矩增加8．2％。可见，基于电控供油系统的柔性供油特性可以更充分地发挥VNT系统潜能。     

不同海拔下VGT对含氧燃料柴油机性能的影响

利用大气压力模拟装置,试验研究了可变几何截面涡轮增压器(VGT)对高压共轨柴油机分别燃用纯柴油和生物柴油-乙醇-柴油(BED)含氧燃料的经济性、排放特性及燃烧特性的影响。结果表明:随着海拔的升高,柴油机经济性恶化,氮氧化物(NO_x)排放降低,而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放及烟度升高。燃用纯柴油与含氧燃料,随着VGT喷嘴环开度的增大,柴油机的经济性均有不同程度的恶化,而CO、HC排放及排气烟度也都有不同程度的升高。在高海拔地区,燃用纯柴油的经济性优于含氧燃料,但使用含氧燃料有助于改善柴油机的CO、HC排放及烟度。在中等负荷工况下,NO_x排放随着VGT喷嘴环开度的增大呈现先减小后增大的趋势;在高负荷工况下,放热率峰值和最高气缸压力均随着VGT喷嘴环开度的增大而降低,从而降低了NO_x排放。     

降低直喷发动机NOx和碳烟排放的试验研究

为了改善自然吸气直喷柴油机的排放性能，试验研究了喷油嘴孔径、喷孔锥角及喷油泵柱塞直径等参数对发动机NOx和碳烟（DS）排放的影响。试验结果表明，在保持发动机动力性及经济性的情况下，优化匹配这些参数，可以改善发动机的排放性能，使之达到美国环境保护局第二阶段非道路用途发动机排放标准的要求。     

直喷柴油机喷油系统对燃烧和排放影响的三维模拟研究

直喷柴油机的喷油过程影响燃烧过程、影响发动机性能和污染物排放。为了研究喷油特性(如不同的喷油压力、喷油定时和喷孔直径等)对燃烧性能的影响,利用三维数值模拟软件K IVA-3代码,对喷油过程、燃烧过程和发动机性能进行了数值模拟。计算结果显示了不同喷油特性下的NO和碳烟排放的变化趋势。