Bump环强化柴油混合过程的数值模拟研究

对双模式HCCI燃烧,促进其主喷阶段燃油的混合速率至关重要。采用CFD数值模拟方法研究了一种新型燃烧室设计——BUMP燃烧室对直喷柴油机喷雾燃烧过程的影响。结果表明,bump环扰动缸内气流运动产生复杂的流谱,形成强烈的湍流。燃油喷雾撞壁后,bump环剥离壁面射流形成二次空间射流,减少了燃油在燃烧室壁面的沉积,湍流混合速率大大增加。自燃着火时刻,BUMP燃烧室内有38．2％的燃油处于碳烟生成门槛之外,而对比燃烧室仅为28．9％。数值模拟解释了BUMP燃烧室同时降低NOx和碳烟排放的实验现象。此外,模拟还发现燃油混合速率对喷油定时非常敏感,存在一个高湍流混合速率曲轴转角区间。     

燃烧室内碳闰对燃油喷雾的影响

在柴油机燃烧室内的残余废气中和壁面上，存在固态微小碳粒，使喷雾两相流变成了喷雾三相流。本文探讨了碳粒对燃油喷雾、油滴破碎与聚合、油滴着壁特性等可能产生的影响。     

燃烧室内碳粒对燃油喷雾的影响

在柴油机燃烧室内的残余废气中和壁面上，存在固态微小碳粒，使喷雾两相流变成了喷雾三相流。本文探讨了碳粒对燃油喷雾、油滴破碎与聚合、油滴着壁特性等可能产生的影响。     

复合式燃烧室壁面温度的变化规律及其对燃烧过程影响的研究

本文介绍了用接触法测量X2105柴油机燃烧室壁面温度的试验结果。研究了复合式燃烧室壁面温度随发动机负荷、转速、燃油喷射正时和冷却水温度等的变化规律以及燃烧室壁面温度对复合式燃烧过程的影响。研究结果表明,适当提高X105系列柴油机在低负荷时燃烧室壁面温度,并避免高负荷时燃烧室壁面温度过高,将有利于提高柴油机的经济性和降低有害排放物质。     

直喷式柴油机燃烧室形状对碳粒形成过程影响的试验研究

本文介绍了作者采用可视化技术和图象分析技术研究直喷式柴油机燃烧室形状对燃烧室内喷雾场和燃烧碳粒场影响的研究结果。分析了四角形燃烧室和盆形燃烧室喷雾发展历程和燃烧碳粒场发展历程，找出了四角形燃烧室碳粒排放量较低的原因。     

基于灰烬沉积的微粒捕集器热再生特性

柴油机微粒捕集器的循环再生过程中,微粒中的不可燃灰烬物质会累积在进口孔道的过滤壁面上.考虑沉积灰烬层对微粒捕集器热再生过程的影响,耦合过滤体孔道内气相质量、动量和能量守恒以及碳烟颗粒的质量守恒与壁面能量守恒方程建立了微粒捕集器热再生模型,采用数值模拟的方法研究不同灰烬沉积状态下过滤体孔道内碳烟颗粒再生与壁面温度沿轴向的分布规律.结果表明:微粒捕集器内沉积的灰烬层增加了碳烟颗粒再生时过滤体的热传导阻力,使得再生时过滤壁面的温度升高,且随着灰烬沉积量的增加,壁面峰值温度增加幅度增大;同时进气孔道前端温度的升高会加快后端孔道内碳烟的氧化速率,进一步增加再生时后端壁面的峰值温度.因此,为避免灰烬层对微粒捕集器工作状态的影响,必须根据过滤体内灰烬的沉积量严格控制微粒捕集器再生时碳烟颗粒的承载量.     

直喷式柴油机缸内热辐射多区(多维)模型的研究

以准维现象学多区喷雾燃烧模型和碳粒生成预测了模型为基础,建立了缸内空间辐射多区（多维）模型,并以Ｇ４１３５直喷式柴油机为研究对象,用蒙特卡洛（Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ）法计算和分析了燃烧室壁面辐射热量的分布,结果表明,热流量分布规律和数值与柴油机缸内燃烧过程,有关试验结果相符。     

油冷柴油机燃油耗与热负荷研究

摘要本文利用油冷隔热技术,在一台小型高速柴油机上进行了节能与热负荷的试验研究.同时,对油冷柴油机的燃烧室壁面进行了稳态和瞬态温度测试.说明油冷技术起到隔热效果,使燃烧室壁面温度升高而热冲击负荷减小,传热损失降低,燃烧过程得到改善.尤其在中小负荷时,柴油机经济性可有明显提高.     

柴油机缸内团聚态颗粒氧化过程中的破碎

基于全气缸取样系统采集不同燃烧时刻的柴油机碳烟,使用粒数粒径测试分析仪和透射电子显微镜测量了碳烟的粒径分布、数密度、分形维数和团聚度,进而获得团聚态颗粒的破碎速率,在上述工作的基础上,分析了柴油机缸内碳烟氧化主导阶段团聚态颗粒物的破碎现象.结果表明:碳烟氧化主导阶段初期,团聚态颗粒破碎速率高,碳烟颗粒总粒数密度和核态颗粒数密度增加,同时分形维数和团聚度明显减小.随氧化主导阶段燃烧反应的进行,破碎速率逐渐降低,总颗粒数密度逐渐减小,核态颗粒数密度先增加后减小,而分形维数和团聚度呈现上升的趋势.     

喷孔直径对直喷式柴油机碳粒生成过程的影响

介绍喷孔直径对直喷式柴油机碳粒生成过程影响的试验研究及结果。试验在倒拖的单缸试验机上进行,采用了同步高速摄影技术。研究结果说明：喷孔直径影响着火位置。减小喷孔直径可加速碳粒燃烧扩展过程,提高碳粒燃烧速率,进而可降低柴油机的碳粒排放量。     

“BUMP燃烧室”内混合气形成的多维数值研究

用CFD多维数值分析软件对BUMP燃烧室内柴油喷雾的撞壁混合过程进行了模拟计算,并与用PLIF法取得的试验结果进行了对比,二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明,撞壁射流在遇到BUMP后会剥离燃烧室壁面,形成二次空间射流,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率,出现与周围空气迅速混合的闪混现象,燃烧室壁面燃油堆积量下降。计算结果还表明,BUMP的位置、高度、形状和角度不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同,在实际应用中应对其进行优化和合理匹配,以便降低柴油机的NOx和碳烟排放。     

小缸径直喷式柴油机喷雾,燃烧和碳粒生成过程试验研究

本介绍了作采用同步高速摄影技术和图象分析技术研究柴油机缸内碳粒生成和氧化过程的研究结果。研究结果表明：在柴油机燃烧过程中碳粒最早出现在燃烧室内有空气渗混的富油区；速燃期内高温富碳燃烧区的形状与着火前一时刻喷雾场的形状相吻合；富油区大直径油滴的燃烧裂解和活塞顶隙处外溢燃气的低温燃烧是柴油机产生碳烟微粒排放的主要原因。     

新型后处理器SCRF催化去除柴油机PM和NO_x的模拟计算与分析

以涂覆铜沸石的壁流式碳化硅SCRF(SCR catalysts coated DPF)为研究对象,对在SCRF壁面进行的碳烟氧化、NH3吸附及NOx还原反应过程进行模拟计算。计算结果表明:450℃时SCRF对NOx具有的最大转化率,并对PM有较高的氧化速率。随着NO2/NOx的增加,NH3吸附覆盖度降低,当NO2/NOx=0.5时,能同时达到较高的碳烟和NOx转化效率。增大氨氮比(ANR)和基底的比表面积,能提高NOx和PM的转化效率。沉积在SCRF壁面的滤饼层碳烟增大了NH3的物理吸附,同时碳烟的被动再生生成的NO组分改变了局部的NO2/NOx,能提高快速SCR的反应速率,因而增大了SCRF对NOx的还原效率。本研究能为新型后处理器SCRF在柴油机尾气系统中的应用提供理论基础。     

船用低速柴油机喷孔方向对缸内燃烧影响的仿真研究

在某船用低速柴油机燃烧系统开发中,为设置合理的喷孔方向,应用流体动力学软件STAR-CD对不同喷孔方向的缸内燃烧情况进行仿真分析。分析结果表明:喷孔方向对柴油机缸内燃烧的影响较大;喷孔方向顺着缸内涡流方向时可促进喷射燃油的传播及混合,改善缸内燃烧;但喷孔方向顺着涡流朝向缸套壁面喷射时,油气混合主要发生在燃烧室缸套壁面附近,增大了缸套壁面的传热,且不利于燃烧室中心区域空气的利用;本文研究中,原喷油器的喷孔绕喷油器轴线朝缸内涡流方向旋转30°或35°时,缸内燃烧情况明显改善。     

柴油机全气缸取样技术存在的几个问题

本通过专门的试验或计算，对柴油机全气缸取样技术存在的几个问题进行了分析与讨论，这几个问题是：如何定义取样转角，执行机构延迟时间的分散性对取样控制精度的影响；微粒的壁面沉积；取样时刻缸内正常未燃燃油液滴对微粒、ＨＣ测试结果的影响；高转速下取样的可能性。     

基于试验载荷的某重型燃气轮机结焦积炭模拟

燃烧室燃油壁面结焦和燃烧积炭能对燃烧性能和寿命产生严重不良影响。基于某重型燃气轮机4种功率下燃烧载荷的火焰筒壁面测温漆试验结果,数值研究了壁面燃油结焦和积炭特性。用UG软件进行实体三维建模;用气相Realizable k-ε湍流模型、燃油颗粒Lagrange随机轨道模型、EDC燃烧模型和碳烟生成模型等模拟两相湍流燃烧反应流;采用压力-速度耦合SIMPLE算法和二阶迎风差分离散格式,计算分析了燃油颗粒分布与热壁面结焦、燃烧传热、火焰筒壁温分布和碳烟沉积。模化并分析了壁面同时发生的结焦和积炭特性及其影响因素。模拟结果与相关试验基本符合,为降低壁面的结焦积炭和改进燃烧室设计提供了理论依据。     

喷油定时和燃烧室形状对柴油机燃烧及排放的影响

在保持压缩比不变的条件下,设计了3种不同径深比的燃烧室,并采用CFD数值模拟方法研究了喷油定时和燃烧室形状对柴油机燃烧过程、碳烟和NOx排放的影响.结果表明,随着喷油的推迟,各燃烧室NOx排放均呈下降趋势,碳烟排放则有所增加,尤其是缩口较小的燃烧室,其碳烟生成较多而氧化速率却很低,因此碳烟排放较高.此外,缸内温度为1500～2400K的区域是碳烟生成的主要区域,温度过低不利于碳烟的生成,而较高的温度会促进已生成碳烟的氧化.     

燃烧室壁面积炭层的形成及其对壁面瞬时温度和瞬时热流量的影响

在一台单缸柴油机上，通过采用着火前后倒拖工况运行，研究燃烧室壁面积层的形成及其随发动机运行工况，运行时间，燃烧室壁面位置等的变化规律，以及镀表面积炭层对测量壁面瞬时温度，瞬时热流量的影响。     

偏置燃烧室柴油机缸内喷雾性能研究

本文借助三维流体分析软件STAR—CD模拟研究了偏置燃烧室柴油机机中不同喷孔特性（喷孔与燃烧室壁面距离、喷雾锥角等）对缸内流场和喷雾性能的影响。结果表明：燃烧室偏置对各个喷孔的喷雾性能影响显著,具有明显的非对称性;为了使燃油到达燃烧室底部,应适当减小喷孔与燃烧室壁面距离;同时可以适当减小喷雾锥角,提高燃烧室凹坑内的空气利用率。     

用光导纤维多色法对柴油机燃烧室内火焰温度与碳粒生成的研究

本文介绍了作者研制的分叉光导纤维４色法测量装置和采用它对直喷式４１３５型柴油机燃烧室内火焰温度和碳烟浓度测量的结果。以双色法为基础的４色法，通过数学方法可优化试验结果，减小测量误差。测量结果表明：在燃烧过程中，碳粒生成时间落后于温度上升时间，持续高温产生碳粒高浓度，后燃烧使碳粒浓度增加。随着负荷的增加，燃烧火焰温度及碳粒浓度增加，它们持续的时间也延长。燃烧终了破粒浓度和排气烟度增大。在喷注区会产生很高的碳粒质量浓度值，稀混合气区火焰温度上升较早。过后燃烧或供油提前角减小，使燃烧终了碳粒浓度增大。