预燃室火焰射流对双燃料着火燃烧过程的模拟研究

基于计算流体力学(CFD)程序耦合动力学机理,研究了一台大型低速二冲程船用柴油机改装的柴油-天然气双燃料发动机预燃室系统的布置方案对射流火焰发展过程的影响,以及由此对缸内流动、燃烧和有害污染物氮氧化物(NO_x)生成历程的影响。结果表明:预燃室方案造成射流火焰对撞会对碰撞区域及周围流场产生较大扰动,同时在碰撞区域形成富燃区,抑制该区域内NO_x的生成;射流火焰不碰撞则会增大其贯穿距离,实现更大空间范围的多点着火,放热更集中,同时会因较高的温度使NO_x排放上升;此外射流火焰与缸盖、活塞和缸套等壁面接触会显著降低其流动速度和燃烧温度,造成燃烧效率下降,缸内湍动能减小,在实际应用中应尽可能避免。     

低压喷射天然气双燃料船机清洁燃烧策略的数值模拟

基于三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,研究了排气阀关闭时刻(EVC)、废气再循环(EGR)、引燃油喷射时刻(PFIT)对船用低速二冲程双燃料发动机有害污染物氮氧化物(NOx)生成的影响,并分析了多种技术路线耦合对NOx排放和燃油经济性的综合作用.结果表明:排气阀推迟关闭降低NOx排放效果显著;废气再循环是降低NOx排放最有效的措施;推迟引燃油喷射时刻可以使主燃烧过程滞后,实现NOx排放的降低.推迟PFIT耦合EGR可以在较明显降低NOx的同时保持比较好的燃油经济性,推迟EVC耦合EGR可以实现超低NOx排放.     

双燃料低速船机火焰发展和污染物生成机理

基于计算流体力学平台CONVERGE以及MATLAB后处理程序,通过数值仿真的方法,研究了船用柴油-天然气双燃料发动机预燃室内外的着火燃烧过程和火焰发展机制.此外,研究了双燃料发动机有害污染物氮氧化物(NOx)和碳氢(HC)生成及迁移过程.结果表明:整个燃烧过程分为三个阶段,首先,在预燃室内的流动和进气作用下,近通孔处...     

预燃室通道直径和形状对低速天然气双燃料发动机爆震的影响北大核心CSCD

基于三维数值仿真模拟研究了预燃室与主燃室之间通道直径及扩口型和缩口型等通道形状对发动机爆震的影响。研究结果表明:在爆震工况下,预燃室的通道直径越小则火焰射流冲击所引起的压力差越小,从而降低火焰面放热进一步产生的压力差增强效果,最终降低爆震强度。扩口型预燃室通道会减小初始压力差的强度,但是会产生火焰射流持续喷向主燃室的现象,该现象会持续增加压力差的强度,最终提高爆震强度。相反,缩口型预燃室通道可以减少这一现象的发生从而减轻爆震强度。     

船用低速双燃料发动机预燃室引燃火焰的模拟研究北大核心CSCD

以RT-flex50DF船用低速二冲程双燃料发动机为研究对象,通过对模型的仿真计算分析了引燃火焰的流速及火焰面积在燃烧过程中的影响,总结了该低压喷射双燃料发动机引燃火焰的特点及燃烧过程。通过对比预燃室通道直径的方案发现,增大通道直径可以增加缸内的着火面积,加速燃料燃烧;减小通道直径可以达到增强缸内涡流的效果,提高火焰传播速度,但通道直径过大或过小都会对缸内燃烧产生不利影响。预燃室出口结构的方案通过保持出口截面积不变而增大火焰射流的表面积来加快缸内燃烧,避免孔径对缸内的湍流等参数产生影响,结果表明在该方案中合适的小孔尺寸可以提高缸内放热率的峰值,并缩短燃烧持续时间。     

不同环境下喷雾燃烧碳烟演化历程的数值模拟

针对柴油发动机在不同负荷下碳烟排放特征的演变和发展,依据ECN喷雾定容燃烧实验中碳烟的测量数据,基于OpenFOAM开源软件喷雾燃烧求解器,耦合半经验现象学碳烟预测模型．通过Φ-T关系图呈现环境因素改变对碳烟形成及氧化各阶段的影响,分析各子过程的分布区域和演化规律,进而提出环境条件对碳烟生成及演化历程的影响机制．研究结果表明：现象学模型本身能够较好地反映碳烟的分布情况．碳烟生长主要发生在当量比Φ>3区域;而碳烟发生氧化的区域,也是OH主要分布的区间,大多位于当量比Φ<2的位置．环境温度和密度的增加初期促进了碳烟的成核,加剧了颗粒的聚并速率,使得颗粒数显著下降;而环境氧体积分数的增加抑制了碳烟颗粒数的增长和聚并速率,使碳烟整体尺寸趋于小尺寸、高密度的分布情况．     

预燃室火焰射流点火对汽油机性能影响的研究

在一款增压直喷小型强化废气涡轮增压汽油机上,进行了加装预燃室与传统点火在低速外特性、中转速负荷特性的燃烧特性、经济性和排放特性对比试验,分析了预燃室火焰射流点火过程与传统点火对汽油机性能影响的规律.研究结果表明,在1500 r/min、平均有效压力为2 M Pa工况,采用预燃室点火后缸内燃烧等容度提高,最高燃烧压力增大...     

预燃室氢射流火焰引燃氨预混气火焰发展及着火特性数值研究

基于计算流体平台CONVERGE,对化学当量比下H2射流火焰引燃NH3、空气预混气过程中射流火焰的发展历程、射流特性及主/预燃室物质场分布进行了数值仿真。结果表明：射流火焰发展历程可分为射流阶段、过渡阶段和热射流阶段三个阶段;射流火焰的前锋面移动距离的增长率受NH3火焰传播速度的制约而逐渐下降;随着射流引燃的进行,射流火焰温度场和物质浓度场呈现明显分层现象,NH2高浓度区经分离后分布在射流头部的NH3燃烧区及射流尾部的H2射流火焰区。     

预燃室参数对大缸径天然气发动机燃烧过程影响的研究

在对大缸径天然气发动机燃烧系统开发的过程中,设计了小容积预燃室加浅盆型主燃室的燃烧系统,之间通过8个直径2mm的均匀布置的通道连接,针对2种角度的布置结构进行数值模拟及试验分析。通过简化的甲烷反应动力学模型模拟分析了主燃室内的燃烧过程。分析结果表明:大的连接通道夹角有利于加快燃烧室径向的火焰传播速度,但主燃室中心部位燃烧较慢;小夹角的方案则相反。单缸试验机上的试验也得到了相同的结果,并证明大夹角通道方案有较好的抗爆震性能和排放性能。     

W型火焰锅炉SNCR过程的数值模拟

W型火焰锅炉,由于燃烧方式和所燃劣质煤种等原因,尾部烟气中NOx的含量大大高于我国环保规定要求.目前的低NOx燃烧技术都不能使其NOx排放量降低到规定范围.随着形势的发展对W型火焰锅炉必须考虑进行尾部烟气脱除NOx,而SNCR技术较为可行.本文针对这一问题利用国际大型计算软件CFX-TASCFLOW对某300MW 型火焰电站锅炉进行了SNCR过程数值模拟.经模拟合理的选择设置了SNCR喷口,分别对SNCR设置前后的炉内燃烧过程的速度场、温度场和NOx浓度分布等进行了准确的数值计算,得出了合理的结论,对采用SNCR技术给予指导.     

乙醇/正庚烷燃烧过程PAH形成的数值模拟

应用CHEMKIN化学动力学软件,构建乙醇/正庚烷的芳香烃(PAH)形成机理(包含241种组分,1,703个基元反应).在激波管和预混火焰条件下,研究乙醇/正庚烷燃烧过程中前驱体单环芳香烃(苯)和多环芳香烃(萘、菲、芘)的形成,探讨乙醇掺混比对PAH形成的影响.对生成速率的分析结果表明,丙炔基的聚合与环化、苯基的加氢反应是形成苯的主要反应;多个苯环的形成主要通过脱氢加乙炔反应;具有氧化性的H和OH自由基减少了PAH的生成.敏感性分析结果表明,乙醇/正庚烷燃烧过程中,促进苯生成的主要反应是戊基、戊烯、烯丙基和丙基的分解.随着乙醇掺混比的增加,燃烧过程中分解形成的活性羟基(—OH)摩尔分数增加,PAH的生成速率下降,表明乙醇具有抑制PAH形成的作用.     

障碍物管道中湍流火焰发展的数值模拟

应用湍流马赫数修正的非稳态可压缩性K－ε-f-gr四方程湍流模型，模拟了半开口狭长管道中重复布置的障碍物引起的湍流火焰加速现象。结果表明，障碍物产生的扰动对加强燃烧和湍流输运的影响很大。随着火焰向前传播，火焰穿过障碍物时发生变形，反应区越来越长，且火焰速度逐渐上升。同时，火焰速度和管内压力的计算结果与实验测量值吻合良好，修正后的湍流模型能较真实地模拟障碍物管内预混火焰的发展过程。     

双旋流平焰烧嘴的数值模拟

为改善常规混合煤气平焰烧嘴性能,使之在更大的调节比下保持火焰形状为圆盘状,并保证对尽可能多的不同热值的混合煤气的适应性能,使用Fluent软件对实验用200 m3/h双旋流平焰烧嘴的空气旋流器、煤气旋流器等局部结构以及整体燃烧情况进行了模拟分析;得到了平焰烧嘴的温度分布、燃烧组分的浓度和流场的等参量的详细结果,模拟计算的结果与实验测试结果吻合。这些工作对改进烧嘴的设计和系列化有较强的指导作用,并显示了CFD软件在烧嘴优化设计和研究中的作用。     

预混火焰不稳定性的大涡模拟

在湍流燃烧大涡模拟的基础上,利用气动声学FW-H方程对甲烷,空气预混火焰的不稳定性进行了数值分析.局部化学当量比的周期性波动,造成燃烧室内出现周期性的压力振荡,随着化学当量比的增大或减小,压力振荡幅值均有所提高;贫氧工况下,压力振荡的频率较低,贫燃工况下,压力振荡频率较高.燃烧室内同时存在周期性的温度振荡和速度脉动;压力振荡与速度脉动趋于同频、同相,而温度振荡在相位上稍有提前.流向涡涡量分布呈现周期性变化趋势,相对而言,贫氧工况下,流向涡涡量较小、涡团尺度较大;贫燃工况下,流向涡涡量较大、涡团尺度较小.     

大分子碳氢燃料预混射流火焰的化学反应器模拟

针对大分子碳氢燃料预混射流火焰进行模拟,建立一个基于化学反应器网络(CRN)的快速预测模型,对不同工况的大分子碳氢燃料预混射流火焰进行快速模拟.通过对3种(正庚烷、正癸烷、正十二烷)燃料在进口流量0.268～0.343 g/s,当量比0.8～1.2,混合气进口温度380～500 K下的射流火焰进行计算流体力学方法(CF...     

高温空气平焰燃烧过程的数值模拟

高温空气燃烧技术是一种新型高效低污染燃烧技术,而平焰燃烧是一种以辐射传热为主的传统工业炉窑燃烧技术,将二者相结合,进行了高温空气平焰燃烧过程的数值模拟研究,采用燃料深度给入方式成功实现了传统平焰预混或半预混燃烧向非预混燃烧的转变,并分析了高温空气燃烧技术与平焰燃烧相结合的可行性及其燃烧特性。