适于内燃机燃烧过程研究的高速摄影机信号同步系统

阐述了一种适于研究内燃机燃烧过程的高速摄影机信号同步系统。该系统通过发光二极管在高速摄影底片上打印信号编码 ,确定每幅燃烧图象对应的曲轴转角 ,实现图象与缸内燃烧爆发压力的严格对应。     

瞬态工况壁面温度对燃烧噪声的影响

研究了直喷式柴油机瞬态工况壁面温度对燃烧噪声的影响机理。开展内燃机瞬态工况测试技术和测试方法研究,通过对瞬态与稳态过程的壁面温度差异的研究分析,从气体动力载荷和高频压力振荡两方面分析研究瞬态噪声与稳态噪声产生差异的机理。瞬态工况壁面温度高于同负荷同转速的稳态工况。壁面温度的差异导致两种工况下滞燃期的改变,影响燃烧压力和缸内压力升高率以及压力高频振荡的频率和幅值。结果表明,瞬态与稳态工况壁面温度的差异影响到动力载荷与压力高频振荡,是两种工况下燃烧噪声产生差异的主要二级影响因素之一。     

汽油机燃烧压力与燃烧噪声分析

为了深入研究汽油机的燃烧噪声产生的机理,达到在发动机设计阶段实现对燃烧噪声预测目的,提出根据汽油机的气缸压力与压缩压力计算燃烧压力与燃烧噪声的方法。采用FFT方法对缸内压力、压缩压力、燃烧压力以及气体共振激励力进行了频谱特性分析,确定了各频带范围内燃烧噪声的贡献量。理论分析结果表明:在小于1 000 Hz的频率下,压缩压力引起的噪声占主要地位,在1 000~10 000 Hz的频率段,燃烧噪声占主导,而在大于15 000 Hz的频率范围内,气体共振激励力引起的噪声较大。在中频段汽油机的转速对燃烧噪声的影响较大。     

应用火花塞式传感器测量增压汽油机缸内压力

气缸压力是发动机的一个重要的指标,通过选举火花塞式传感器测量增压汽油机缸内压力,得出增压后发动机的工作状态及其增压效果。该传感器由一个小型点火电极和一压力传感件构成,其接收气缸压力的表面尽可能接近燃烧室,同时易受热影响的压电陶瓷传感元件尽可能近地置于火花塞温度最低的塞柱底座。避免了燃烧气体的纵向共振和热传递的影响。     

基于计算流体动力学分析的增压发动机燃烧系统优化

利用STAR CD软件,对增压发动机缸内流动进行了数值模拟,研究了不同进气道和燃烧室设计对缸内流动过程的影响。研究表明,高滚流比气道和四挤气燃烧室方案下,燃烧系统缸内瞬态滚流比和湍动能均得到提高,且湍动能中心更靠近气缸中心。基于研究对增压发动机燃烧系统进行了优化,在1 500 r/min满负荷时,优化后燃烧持续期曲轴转角减小了3°CA。     

燃烧室结构-声耦合特性研究

声振耦合影响燃烧室燃烧稳定性,加剧火焰筒薄壁结构疲劳破坏,声振耦合特性研究对燃烧室燃烧稳定性设计与结构抗疲劳设计非常必要。利用有限元软件建立燃烧室结构-声三维模型,进行燃烧室封闭结构声振耦合特性研究,计算出结构的固有频率和模态振型。通过试验,测量燃烧室声振传递函数,得到燃烧室结构声振耦合固有频率和模态振型。研究表明,声场相当于给结构增加了附加质量,降低了结构固有频率,并产生了特殊的耦合频率。试验验证了有限元计算结果的正确性,从而为燃烧室薄壁结构设计提供了参考。     

隔板应用于发动机燃烧室不稳定燃烧抑制中的二维数值计算分析

针对某水下航行器的燃烧室,用有限元的方法对隔板抑制燃烧不稳定性的声学机理进行了初步研究。利用ANSYS软件数值计算了隔板长度变化以及隔板数目变化时,对应的燃烧室声模态,并比较了它们的变化对燃烧室声模态造成的影响。计算表明:隔板抑制燃烧不稳定主要是通过对燃烧室腔体的声学共振频率进行平移,避开了与其相耦合的频率,从而达到抑制燃烧不稳定的目的。同时随着隔板长度的增加,靠近隔板处的声腔部分的切向声模态轴向化会逐步加剧,这样就可以得到更好的抑制作用。     

基于小波包熵与Gabor小波变换的管道连续型泄漏源定位

针对压力管道泄漏声发射信号的含有高频噪声、多模态以及频散现象,影响对泄漏源定位精度的问题。研究了一种基于Gabor小波变换与小波包熵值降噪相结合的方法对泄漏源进行定位。首先对采集的泄漏信号进行小波包熵值降噪以滤除背景噪声,其次对降噪后的信号进行Gabor小波变换获得其在特定频率下的时间-频率空间分布,确定不同模态信号到达同一个传感器的时间差,并结合压力管道的频散曲线特性确定该频率下不同模态的群速度,最终实现对管道泄漏源的精确定位。     

点火时刻对157FMI发动机缸内直喷燃烧过程的影响研究

以157FMI发动机为研究对象,将其发动机进气道喷射原型尝试性地根据双火花塞位置结构实施缸内直喷技术,通过对比不同点火时刻对缸内燃烧过程的影响进行研究,结果表明:发动机转速为2500r/min,喷油量20mg的情况下,喷油器安装角度设定为55°,随着点火时刻提前,缸内平均压力、温度,压力升高率峰值逐渐增大,且平均压力、温度、压力升高率峰值对应的曲轴转角提前,瞬时放热率峰值出现了先增大后减小的趋势,但峰值相位逐渐提前。研究结果为小型摩托车发动机缸内直喷技术的应用提供了理论指导和参考。     

柴油机曲轴扭振多体动力学分析与研究

为分析4100QBZL型柴油机曲轴的扭转振动,建立该柴油机曲轴的有限元模型,对曲轴进行模态分析,并在模态分析的基础上获得曲轴的柔性体中性文件,建立曲轴系的刚柔耦合多体动力学模型,通过多组试验测量的缸内压力数据作为驱动力,进行耦合仿真,得到曲轴系各部件运动规律以及曲轴在柔性体模型下的主轴颈、连杆轴颈负荷仿真结果,并对曲轴进行扭振分析,获得发动机在稳定运转时曲轴扭转振动幅值随负荷和转速的关系。结果表明:随发动机转速以及负载的提高,曲轴的扭转振动均存在变大的趋势,且转速对扭振幅值影响更为显著。曲轴系的振动幅值在各工况下满足工程要求。研究结果对提高柴油机的噪声、振动、行驶平顺性(Noise、Vibration、Harshness,NVH)具有参考意义。     

Calculation on cylinder pressure fluctuation by using the wave equation in KIVA program

Cylinder pressure fluctuation during combustion process of internal combustion engine is closely related to combustion noise and knock.The current studies are based on cylinder pressure test to obtain ...     

防爆柴油机活塞的热载荷响应特性研究

为提升矿用防爆柴油机的换热能力,提出水冷代替油冷方案,对燃烧室内活塞的热载荷响应特性进行了研究与分析.基于CFD方法,建立活塞冷却腔内的气液两相流模型,选用SSTk-ω湍流模型,结合VOF模型和Level Set模型得出不同曲轴转角下的液相比例和对流换热系数变化规律,分析了冷却腔结构对传热效果的影响.构建活塞热机耦合模...     

Hot-fire injector test for determination of combustion stability boundaries using model chamber

This study realizes the conceptual method to predict combustion instability in actual full-scale combustion chamber of rocket engines by experimental tests with model (sub-scale) chamber. The model chamber was designed based on the methodologies proposed in the previous work regarding geometrical dimensions and operating conditions, and hot-fire test procedures were followed to obtain stability boundaries. From the experimental tests, two instability regions are presented by the parameters of combustion-chamber pressure and mixture (oxidizer/fuel) ratio, which are customary for combustor designers. It is found that instability characteristics in the chamber with the adopted jet injectors can be explained by the correlation between the characteristic burning or mixing time and the characteristic acoustic time. In each instability region, dynamic behaviors of flames are investigated to verify the hydrodynamically-derived characteristic lengths of the jet injectors. Large-amplitude pressure oscillation observed in upper instability region is found to be generated by lifted-off flames.     

内燃机曲轴-轴承系统曲轴变形引起的轴承润滑状态变化对曲轴强度的影响

在计及曲轴变形的轴承润滑分析的基础上,应用得到的轴承油膜压力分布作为载荷边界条件计算曲轴应力和强度,以分析目前曲轴强度计算中作用在轴颈上的载荷普遍采用假设的轴承油膜压力分布形式对结果精度的影响。计算中采用整体曲轴梁单元法计算曲轴变形和轴承负荷,采用动力学法进行曲轴轴承的润滑分析,应用有限元法计算曲轴应力。结果表明,计及曲轴受载变形的影响时,轴承油膜压力产生偏布且最大油膜压力明显增加,导致曲轴轴颈过渡圆角表面局部区域的应力数值明显增大,曲轴安全系数减小。因此为使曲轴设计更加合理、更接近实际,曲轴强度计算时应取曲轴—轴承系统为研究对象,根据轴承润滑分析实际计算结果,确定作用在曲轴轴颈上的载荷分布。     

计入曲轴受载变形的粗糙表面曲轴轴承弹性流体动力润滑分析

对一四缸内燃机曲轴轴承进行了计入曲轴受载变形和表面形貌的弹性流体动力润滑分析.计算中采用动力学法进行曲轴轴承的润滑分析,采用变形矩阵法计算油膜压力作用下轴瓦表面的变形.结果表明,表面形貌对曲轴轴承轴心轨迹影响较大,表面弹性变形对曲轴轴承轴心轨迹影响很小;计入表面形貌,曲轴轴承最大油膜压力增大显著,最小油膜厚度明显减小,端泄流量在大部分时间几乎没有变化;计入表面弹性变形,轴承最大油膜压力基本都有不同程度的减小;表面弹性变形对端泄流量、轴颈摩擦因数以及最小油膜厚度的影响甚小.     

Experimental study on combustion instability and attenuation characteristics in the lab-scale gas turbine combustor with a sponge-like porous medium

The present study has experimentally investigated the combustion instability and its attenuation characteristics in the lab-scale swirlstabilized premixed combustor with a sponge-like porous medium. Unlike the conventional premixed burners, this model combustor has the unique features including a porous dump plane and an acoustic cavity, which was devised for attenuating the combustion instability. When replacing the dump plane with a non-porous medium, the burner becomes the conventional design. In order to evaluate the damping effects of the porous medium on the unstable flame dynamics, various acoustic and photonic measurements and flame visualization were made. Special emphasis is given to the effects of the acoustic cavity length on the stabilization characteristics. Results showed that the model combustor with the porous dump plane and the acoustic cavity exhibited dramatic attenuation of the pressure oscillation intensity by up to about 40 %. The attenuation was increased with increasing the acoustic cavity length. It was also found that the attenuation is effective not only for the fundamental resonance but also for its higher harmonics. Based on the experimental results, detailed discussions are made for the combustion instability and its attenuation characteristics in the model gas turbine combustor with porous and nonporous media.

     

轴系扭振诱发的车内异响诊断及优化

针对某涡轮增压轿车在加速过程中出现320~470Hz异响问题进行诊断与优化。首先,对异响特性及源头进行诊断,按照一般整车异响诊断流程,依次进行了基本的声振测试、机舱内声强测试以及燃烧测试,发现异响源自发动机且为整体扩散式异响,排除了燃烧激励起异响的可能性之后,判断异响由轴系振动引起;然后,进行小惯量扭振减振器(torsional vibration damping,简称TVD)的轴系扭振测试来验证异响与扭振的关系,时频图上显示异响频段内扭角特性与异响十分相似,断定异响源自轴系扭振;最后,针对装配大惯量TVD条件下的轴系进行扭振仿真计算,350Hz对一阶扭转模态具有最优的减振效果。依照仿真结果重新设计TVD进行试验,结果显示车内噪声异响频段内幅值衰减明显,主观评价"咕噜"音消失。本研究对于主流轿车的车内异响诊断和优化都具有着重要的指导意义。     

多柱塞阀配流往复式容积泵新型流量调节方法研究

针对多柱塞阀配流往复式容积泵的结构特点,提出了通过使进液阀在排液行程阶段延迟关闭的方法来实现泵出口流量调节的目的。为探究这种新型流量调节方法的有效性,利用AMESim建立了仿真模型并进行了仿真分析。结果表明：以曲轴转角位置作为控制信号,从曲轴处于排液行程位置开始,控制各个柱塞腔进液阀依序延迟关闭一定的曲轴转角角度,可使已进入柱塞腔的部分液压介质经进液阀回流至液箱,进而使流经排液阀进入后续液压系统的流体体积减少,最终实现了流量调节目的。相较于现有的基于变频技术和电磁卸荷技术的流量调节方案,提出的新型流量调节方法可避免由于曲轴转速反复变化引起的泵动力端润滑质量下降以及由于卸荷阀反复启闭引起的后续液压系统压力波动频繁等问题。