不同海拔地区下混合燃料柴油机性能试验研究

采用大气模拟测控系统对4100QB-2柴油机燃用生物柴油/纯柴油混合燃料运行在不同海拔高度(81kPa和101kPa)下的性能进行了台架试验.试验分析了混合燃料的物性,根据其物性和掺混比计算出当量比油耗.对比分析了不同海拔下的自然吸气柴油机燃用混合燃料的外特性和负荷特性及有效热效率、机械效率.     

一维热扩散方程的格子Boltzmann方法分析

针对一维热扩散方程的数学特点,建立了热扩散方程离散速度模型,构造了其平衡态分布函数,采用Chapman-Enskog展开和多尺度技术,构建了用于求解一维热扩散方程的D1Q3模型,进行了验证性数值实验。实验结果表明,模型的数值解与文献的解析解吻合良好,其两者的误差随网格细化而大幅度减小,从而说明了本文构建的格子Boltzmann模型可用于求解一维热扩散方程。     

不同海拔下国Ⅴ柴油机的性能和排放

对一台满足国Ⅴ排放要求的柴油机,分别在1 700m、2 200m、3 000m海拔高度下采用可移动式发动机台架和车载设备,进行了高原实地的排放测试。原机测试结果表明,随着海拔的升高,缸内进气量减少,燃烧恶化,最高燃烧压力下降,比油耗增加,CO排放升高,NO_x排放下降;海拔的升高对尾气排放具有降低氧含量和提高燃烧温度的双重作用,其中降低氧含量对高海拔排放的影响更大。采用后处理装置后,NO_x排放虽有所下降,但由于发动机企业出于成本考虑减少尿素喷射量,使NO_x排放仍超出国Ⅴ法规限值。     

不同海拔条件下柴油机撞壁喷雾燃烧特性的可视化研究

使用定容燃烧弹模拟一款重型柴油机在海拔0m、3 000m和4 500m条件下运行时缸内的热力学状态,利用多种成像技术实现了撞壁燃烧过程的可视化,研究了不同海拔对撞壁喷雾燃烧的高温着火、火焰传播和碳烟生成特性的影响。结果表明,海拔从0m升高到4 500m,撞壁着火延迟从0.55ms延长到0.88ms,撞壁着火距离从20.38mm增大到26.87mm,高海拔对撞壁着火过程有明显的抑制效果;撞壁火焰呈现圆盘状火焰形态,火焰发展进入稳定阶段后,由于前锋区域的涡流强度增大,撞壁火焰铺展高度、撞壁火焰铺展宽度和撞壁火焰面积都随海拔升高而增大,但在火焰发展初期,由于撞壁平板的冷却作用,撞壁火焰尺寸在海拔升高到4 500m时减小;空间积分火焰亮度和时间积分火焰亮度均随海拔升高而增大,海拔升高到4 500m时碳烟生成速率和氧化速率均增大。     

不同海拔下EGR对含氧燃料柴油机性能影响的试验研究

利用大气模拟系统,在81kPa和100kPa的大气环境下,试验研究废气再循环(EGR)对柴油、B15E5燃料动力性、经济性及排放特性的影响。研究结果表明:使用EGR后,柴油机动力性下降较明显,81kPa时转矩的下降幅度高于100kPa时,B15E5燃料在最大转矩转速时动力性下降幅度大,转矩峰值消失。EGR对柴油机的经济性影响不明显,B15E5燃料的经济性差于纯柴油;低负荷工况有EGR时,柴油机燃油消耗率在81kPa时增加,而在100kPa时下降。EGR使柴油机的NOx排放明显下降,随着负荷增大降幅增大。EGR使柴油机的碳烟和CO排放明显增加,B15E5燃料的碳烟和CO排放明显低于纯柴油;81kPa时碳烟和CO排放高于100kPa时。EGR使燃烧温度和压力下降;100kPa时燃烧始点比81kPa提前。     

燃料含氧量在不同海拔下对柴油机性能的影响

为了研究生物质燃料含氧量在不同海拔地区对柴油机性能的影响关系,进行了燃用不同氧质量分数的生物柴油-乙醇-柴油(BED)混合燃料和纯柴油的对比试验.结果表明,发动机外特性在不同大气压力下BED混合燃料的转矩均低于纯柴油,并随氧质量分数的增加逐渐降低,随大气压力的升高降幅逐渐减小;当量燃油消耗率在81,kPa时均低于纯柴油,随着氧质量分数的增加逐渐降低,随着大气压力的升高,在中低转速下当量燃油消耗率随氧质量分数的增加有上升趋势,在100,kPa下超过了纯柴油.负荷特性表明,当量燃油消耗率在不同大气压力下随氧质量分数的增加逐渐降低,降低幅度逐渐增大;随着大气压力的升高,当量燃油消耗率逐渐降低.在81,kPa高原环境的低负荷下,各种燃料的碳烟排放差别不大,随着负荷的增大,各种燃料的碳烟排放随着氧质量分数的增加逐渐降低.含氧BED混合燃料的最佳喷油提前角随着混合燃料中生物柴油比例的增加而减小,随着乙醇比例的增加而增大.     

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。     

不同海拔下直喷式柴油机燃用生物柴油时的性能研究

在大气模拟试验台架上进行了不同大气压下直喷式柴油机燃用0~#柴油(B0)和纯生物柴油(B100)的动力性、经济性、烟度和噪声声压级测量对比试验.结果表明:随着海拔高度的增加,发动机动力性和经济性下降,噪声升高,但海拔对燃用B100发动机的影响小于B0;同一海拔下二者相比,燃用B100发动机实测油耗增加,动力性降低,全负荷时烟度减小.低负荷时二者有效热效率和噪声相差不大,但随着负荷的增加,特别是全负荷时,燃用B100发动机有效热效率明显提高,噪声小于B0.     

不同海拔条件下喷油参数对柴油机性能的影响

通过内燃机高原环境模拟试验台,研究了不同海拔条件下高压共轨柴油机在最大转矩转速点(1500 r/min)全负荷(2300 N·m)和部分负荷(500 N·m)工况下喷油提前角、共轨压力及循环喷油量(全负荷)对柴油机燃烧特性与性能的影响规律.结果表明:全负荷工况下,随着喷油提前角增加,柴油机滞燃期增加,最高燃烧压力和最大压力升高率增大,增大趋势随海拔增加而降低,柴油机转矩在0 km和3 km海拔先增加后减小,在5 km海拔时逐步增加.随着共轨压力增加,柴油机燃烧相位提前,最高燃烧压力、最大压力升高率和转矩均增加,排温降低;部分负荷工况下,有效燃油消耗率随共轨压力增加而降低.随循环喷油量增加,转矩、排温和缸内压力均逐渐增大,最大压力升高率在3 km海拔范围内逐渐增加、在5 km海拔时逐渐减小.海拔每升高1 km,柴油机在全负荷工况下,最佳循环喷油量平均降低5.81%,最佳喷油提前角和共轨压力在全负荷和部分负荷工况下平均分别增加了1.2°,CA、0.8°,CA和4 MPa、3 MPa.     

不同海拔下柴油机颗粒过滤器碳烟加载及再生特性研究

为研究不同海拔下柴油机颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)碳烟加载规律及再生特性,在一台高压共轨柴油机上分别在两种大气压力(80kPa和100kPa)下进行了试验研究。研究内容包括全球统一瞬态循环(world harmonized transient cycle,WHTC)排放测试、DPF碳烟加载及压降特性、DPF再生过程温度场及压降特性。结果表明:高原环境下DPF的排气温度和各项排放数据指标均高于平原环境。高原环境下压降损失随碳烟的累积呈现出先快速增加后缓慢增加的趋势。再生温度和海拔高度对DPF再生压降、载体再生峰值温度、载体再生径向和轴向温度梯度、再生时机均有影响;再生温度越高及海拔越低,DPF再生压降越高;再生温度及海拔越高,再生时载体的峰值温度越高且载体径向和轴向温度梯度越大。     

不同海拔下柴油机氧化催化器与选择性催化还原系统对柴油机性能与排放的影响

基于柴油机高原试验台架,在80 kPa、90 kPa、100 kPa大气压力下进行了柴油机外特性试验,研究了不同海拔下加装柴油机氧化催化器（diesel oxidation catalyst,DOC）与选择性催化还原（selective catalytic reduction,SCR）系统对柴油机的进排气参数、动力性、经济性、燃烧性能及排放特性的影响。研究结果表明,加装DOC+SCR会使进气流量下降,排气背压升高,功率和转矩下降,油耗升高,排气温度升高,排气流量下降,而HC、CO、NOx与碳烟等污染物排放显著下降。不同海拔下加装DOC+SCR的影响程度也有所差异,尤其是对排气温度、排气背压、有效燃油消耗率与SCR转化效率的影响最为显著。加装DOC+SCR后,80 k Pa、90 k Pa、100 k Pa下的排气温度分别平均升高7.35%、7.21%、7.11%;排气背压分别平均升高28.02%、27.08%、26.81%;有效燃油消耗率分别平均升高1.64%、2.87%、2.94%;外特性工况下SCR最大转化效率分别为88.86%、86.11%、84.76%。     

基于格子Boltzmann方法的非饱和土体导热系数研究

以非饱和土体为研究对象,通过四参数随机生长法(QSGS)对土体的微观结构重构。根据土体各相及相间的热传导方程,建立求解非饱和土体有效导热系数的数学模型。基于格子Boltzmann方法的D2Q4模型对该模型进行求解。研究结果表明:土体的有效导热系数随饱和度的增加而增大,且冻土的变化幅度远大于未冻土。土体的有效导热系数随孔隙率的增加而减小,孔隙率较小时其下降速率较快。在土颗粒分布均匀、各向同性且孔隙率相等的情况下,土颗粒大小对土体有效导热系数的影响不显著。当片状土颗粒排列平行于传热方向时,其有效导热系数要大于排列垂直于传热方向的土体。     

基于格子Boltzmann方法的活塞环润滑和油膜流动研究

使用不可压缩格子玻尔兹曼方法（lattice Boltzmann method, LBM）对活塞环进行润滑和流动计算,采用基于非平衡外推和空间插值的方法来重构活塞环几何形状和界面速度边界,通过Reynolds方程验证了LBM的可行性。在此基础上,建立了3种不同的活塞环桶面轮廓,研究了不同活塞环桶面轮廓对润滑和流动的影响,获得了润滑区域的速度分布和流线图。结果表明,在相同条件下,随着桶面偏移量的增加,峰值压力和承载力增加;在几何收敛区域内,润滑油沿流动方向流速快的流体占比逐渐增加;在活塞环入口位置捕捉到了涡流和反向速度分量的存在,随着桶面偏移的增大,涡流区有扩大的趋势。应用LBM计算活塞环润滑是可行的。     

不同温度条件下连铸保护渣结晶性能的研究

实验采用热丝法熔化结晶性能测定仪对连铸保护渣的结晶性能进行了研究。结果表明:不同的实验温度条件下,连铸保护渣的结晶化率和结晶时间相差很大。在实验条件下,实验温度为1 000,1 200℃时,连铸保护渣的结晶化率均达到100%,但结晶时间随着实验温度的上升而减少,分别为262,99 s。实验温度为1 300℃时,连铸保护渣没有发现晶体析出。     

不同海拔下增压中冷柴油机性能和排放的研究

采用内燃机大气模拟综合测控系统深入研究了增压中冷柴油机运行在不同海拔地区的动力性、经济性和排放特性与海拔高度的关系。试验结果表明：随着海拔高度的升高,大气压力减小,导致吸入气缸内的空气量减少,缸内吸气终了的温度和压力下降,从而使得增压中冷柴油机的动力性、经济性下降,等有效燃油消耗区明显变窄,CO、NOx、HC、PM排放浓度升高,而且在不同转速不同工况下CO、NOx、HC、PM排放浓度随海拔高度的变化趋势存在差异。     

不同气压下N_2~+离子迁移率对直流正电晕放电特性的影响

离子迁移率是高海拔地区电晕放电的关键参数之一,其取值大小对于考虑海拔因素的电晕计算模型具有重要意义,因此有必要研究不同气压条件下离子迁移率的变化对电晕放电的影响。采用5mm棒-板间隙模型,棒电极施以15kV直流电压,板电极接地,并在流体动力学模型的基础上加入9种粒子间化学反应。结果表明,N_2~+离子迁移率的增大会导致电晕头部离子数密度的增加,从而加强对间隙电场的畸变作用,轴向最大场强在接近板电极时会随之减小;N_2~+离子迁移率的增大也会降低电晕平均发展速率;海拔越高N_2~+离子迁移率对电场分布、平均发展速度和离子数密度的影响越明显。研究成果可为输电线路架设等工程实践提供指导。     

不同燃烧气氛条件下SCR烟气脱硝性能实验研究

以淮南烟煤为例,经计算得到富氧、O_2/CO_2以及空气燃烧条件下的烟气成分,通过模拟不同烟气成分,在实验室活性测试平台上研究了氨氮比α、温度(表征反应速率常数k)、表观速度(表征停留时间τ)、入口NO初始的质量浓度CNO以及烟气成分中H_2O和O_2对SCR催化剂脱硝性能的影响。结果表明:相同实验工况下,与空气气氛相比,富氧和O_2/CO_2气氛下SCR烟气脱硝效率降低了8%;不同气氛下,随氨氮比、温度的增加,脱硝效率增长,且增长速率逐渐降低;表观速度增加时,脱硝效率减小,且减小速率也逐渐减低; CNO减小时,脱硝效率仅变化了1%左右;烟气中H_2O和O_2也会影响脱硝性能,但均与烟气中的CO_2无关。     

运行在不同海拔下增压柴油机的EGR试验研究

随着海拔高度的增加，大气压力降低，导致柴油机的过量空气系数减小，然而柴油机在进行EGR后，过量空气系数减小的幅度增加，柴油机的各项工作特性参数发生不同程度的变化，以至于各个工况点下的最佳EGR率发生变化。使用内燃机大气模拟综合系统，对在不同海拔地区运行的柴油机进行EGR后的经济性和烟度的变化规律进行了初步研究，所获得的结论为在高原地区运行的柴油机采用EGR以及EGR技术的进一步研究提供了依据。     

基于可变高增压方式的航空活塞发动机变海拔工作特性仿真研究

以一台直列四冲程压燃式航空活塞发动机为研究机型,通过GT-Power构建一维热力学模型,首先对比研究了不同海拔下固定截面增压（fixed geometry turbocharger, FGT）、可变几何截面增压（variable geometry turbocharger, VGT）和两级可变几何截面增压（twinvariable geometry turbocharger, TVGT）对发动机性能的影响;然后基于搭建的TVGT增压系统,探究了高、低压级VGT叶片开度对发动机变海拔条件下工作特性的影响。结果表明：在不同海拔和转速工况下,发动机匹配TVGT增压系统后,其海拔适应性更佳。针对TVGT系统,在不同海拔下,当高压级VGT叶片开度位于0.2～0.4范围内,低压级VGT叶片开度位于0.6～0.8范围内时可以获得较高的动力性及经济性。通过对高、低压级VGT叶片开度的优化,在巡航工况转速3 397 r/min时可在6 000 m海拔下实现106.8%的功率恢复目标,可满足发动机对高海拔工作运行的功率恢复要求。     

加压条件下煤热解反应动力学的试验研究

运用热分析仪器研究固体热分解特性和反应动力是目前较为流行的方法。