气固两相流在可调煤粉燃烧器中流动的数值模拟

本文采用CFD的方法对燃烧器内气固两相流场进行模拟分析,即利用计算流体力学软件提供的离散相模型对燃烧器内流场中的固体颗粒的轨迹进行了模拟,采用RNG κ-ε方程模型和随机轨道模型,对气相流动以及气固两相的耦合采用SIMPLE算法进行计算,从而定性的分析固体颗粒在燃烧器内的运行轨迹.     

电容式气固两相流相浓度传感器的研究

采用两台极板交错放置的电容器和具有误差补偿功能的高频振荡电路研制一种新型的电容式两相流相浓度传感器，实验结果表明，该传感器具有较高的灵敏度和稳定性，较平垣的灵敏度场和较好的测量线性度，可以满足实际两相流相浓度的测量要求。     

直喷式二冲程柴油机超细颗粒物排放特性的试验研究

研究了直喷式二冲程柴油机的超细颗粒物排放特性,考察了负荷、转速、喷油嘴孔径以及燃料对排气中超细颗粒物数量浓度以及质量浓度的影响。研究结果表明:在不同的工况下,超细颗粒物的数量浓度和质量浓度没有明显的相关性;随着负荷的增大,排气中超细颗粒物的质量浓度增大,而数量浓度不一定增大;在低负荷时,排气中颗粒物数量浓度在450r/min时明显高于750 r/min,高负荷时则相反;在选择喷油嘴时,喷孔小的超细颗粒物排放水平不一定好;柴油中加入一定量的DMC,则排气中颗粒物数量浓度在低负荷时明显高于柴油,高负荷时低于柴油;而质量浓度明显低于柴油。     

带电颗粒物在柴油机颗粒物检测装置中的运动特性

为了研究带电颗粒物在柴油机颗粒物检测装置中的运动特性,建立了气相、电场及颗粒物相耦合模型,以COMSOL Multiphysics软件为工具对模型求解,得到了柴油机颗粒物检测装置内部带电颗粒物的运动轨迹、速度特性及受力情况。结果表明:在电场力的作用下带电颗粒物会向接地极板方向运动,在轨迹上出现运动偏移,在电离-荷电区施加高电压,静电捕集区施加方波电压时,可在测量区出现方波电流,实现颗粒物浓度转化;在电离-荷电区和静电捕集区附近颗粒物运动速度较慢且稳定,实现了在电离-荷电区颗粒物充分荷电,并保证在静电捕集区部分颗粒物可被捕集;在电离-荷电区和静电捕集区,颗粒物受电场力和拖拽力共同作用运动,拖拽力随入口流速增加而略有增大。     

循环流化床锅炉炉膛内气固两相流的数值模拟

利用CFD软件Fluent,基于颗粒动力学理论的双流体模型对循环流化床锅炉(CFBB)炉膛内气固两相流的宏观流动特性进行了数值模拟。将炉膛压降沿轴向的分布规律与理论值对比,验证了本次数值模拟计算的准确性。通过定性与定量分析,得到炉膛内颗粒固含率呈中心高,边壁低的"环-核"流动结构及颗粒轴向速度中心处向上,边壁处向下的内循环流动形式。另外,改变操作气速与质量循环流率,沿轴向炉膛中下部区域及沿径向边壁区颗粒固含率分布的影响比较显著。同时,操作条件对颗粒轴向速度的影响都表现为中心区域颗粒向上速度变化的效果要显著于边壁处向下运动速度的变化。边壁处的气固两相流动规律还有待于进一步研究。     

车用柴油机增压匹配数值模拟研究

使用VC 和Matlab分别建立了柴油机、涡轮增压器、进排气管及中冷器的数值模型,并编制了涡轮增压器与柴油机的匹配计算程序。应用该程序对某柴油机与某径流式涡轮增压器联合工作过程进行仿真计算,得到柴油机的性能参数及与该增压器的匹配数据,最后通过试验结果对数学模型、增压器与柴油机匹配程序的可行性进行了验证。     

柴油机TR燃烧系统的数值模拟

为了改善柴油机的油气混合过程,开发了TR燃烧系统。该系统在原机ω型燃烧室的基础上增加壁面导向圆弧,配合锥面4×Φ0．36十垂直中心喷孔1×Φ0．20喷油器。以对TR燃烧系统的可视化研究为依据,应用STAR-CD软件对其喷雾混合过程进行三维数值模拟。结果表明导向圆弧形成的二次射流增加了空气卷吸和油气混合空间。中孔油束与中心凸台碰撞形成的盘状喷注同样也增加了中心处的油气混合;TR燃烧系统具有较少的燃油附壁质量并存在多处大小不同方向各异的漩涡,加速了油气混合。台架试验表明：TR燃烧系统在中低负荷时排放烟度低于0．1 BSU,全负荷时低于0．4 BSU。推迟供油提前角至11℃A时,NO_x排放大幅度降低,浓度为203×10~(-6)～776×10~(-6),烟度在0．3～0．6BSU之间。试验表明TR燃烧系统在降低柴油机排放方面具有较大的潜力和应用前景。     

柴油机DPF后颗粒物排放研究

在一台满足欧Ⅵ排放标准的柴油机上燃用国Ⅴ柴油,带柴油机颗粒捕集器(DPF)进行了欧洲稳态循环(ESC)、欧洲瞬态循环(ETC)、全球统一稳态循环(WHSC)和全球统一瞬态循环(WHTC)试验。试验结果表明:在试验循环的瞬态过程中,发动机排气经过DPF后,较大的排气背压变化率绝对值峰值仍会导致排气中出现颗粒物数量浓度瞬时峰值。ESC循环试验中平均粒径[50nm,80nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的90%,WHSC中平均粒径[60nm,110nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的87%,ETC在平均粒径[10nm,70nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的80%,WHTC在平均粒径[10nm,40nm]和[50nm,60nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的85%。     

柴油机多脉冲喷射预混燃烧过程多维数值模拟

建立了三维CFD耦合化学反应动力学模型,对柴油机缸内多脉冲喷射形成的预混燃烧过程进行了模拟,结果表明:该模型能够较准确地预测缸压曲线、着火时刻、NOx和CO2排放,能够预测着火位置、燃烧中间产物和有害排放物的生成历程.多脉冲喷射预混燃烧产生的NOx、CO和未燃HC排放主要来源于靠近缸壁余隙内,要提高这种燃烧方式的效率和降低排放,关键是要减少燃油附壁.     

机车柴油机喷油嘴三维流场数值模拟及其改进研究

通过FLUENT软件利用可压缩流体的三维湍流模型和无粘流动模型对改进前后喷油嘴内流场进行了数值模拟。对比研究发现,90°密封座面的压力损失小于60°密封座面;随着喷射压力的提高喷油嘴流量系数有减小的趋势;喷孔倒角可以增大喷油嘴流量系数,同时可以减少高压喷射带来的压力损失。在高强化中速机车柴油机上220 000 km的实际运用结果表明,该型针阀偶件大大减少了故障率,并且其工作可靠性、使用寿命有大幅度提高。     

柴油机迷宫式油气分离器分离效率数值模拟

应用商用CFD软件AVL-FIRE对某三缸柴油机迷宫式油气分离器进行CFD分析,模拟迷宫内的流速与压力分布;采用离散模型模拟油滴粒子喷射,假定油滴粒子与壁面碰撞后即被捕捉,进而得出不同直径的油滴分离效率;对比了几种迷宫结构方案的进出口压降以及油气分离效率。结果显示:计算结果虽偏高,但趋势与试验值较吻合,证明了采用CFD技术对油气分离器进行模拟的可行性。     

增压中冷柴油机EGR数值模拟与试验研究

建立了带废气再循环(EGR)系统的增压中冷柴油机工作过程热力学计算模型,并进行数值模拟,模拟计算与试验结果表明两者基本吻合,误差在合理范围内。在此基础上,研究EGR在不同工况下对柴油机动力性、经济性和排放性的影响,并根据柴油机的综合性能对各工况下最佳EGR率进行优化,得出理想的EGR控制MAP图。最后按照模拟计算结果搭建试验平台,并进行试验研究。研究结果表明:13工况排放测试循环工况的NOx和碳烟排放分别为3.0g/(kW.h)和0.45g/(kW.h),满足欧Ⅳ排放法规的要求。     

柴油机喷嘴喷孔内气液两相湍流场三维数值模拟

柴油机喷嘴内部空穴流动是影响喷雾特性极为重要的因素。在开发了喷嘴流动区域三维实体参数化生成软件的基础上,对完全发展了的空穴流动建立起三维空穴两相流动数学模型,提出将计算区域的出口边界延伸至气缸内部,以减小出口对喷孔内部求解区域的影响。对多孔垂直喷嘴进行了喷孔内部空穴两相湍流流动的三维数值模拟,得出喷嘴内部燃油流动的压力降基本发生在喷孔入口处,喷孔入口锐边过渡,使得该处必定出现空穴现象,且会延伸至喷孔出口,增加液流紊乱,引起燃油在喷孔出口的初次雾化。     

经过低温等离子体后柴油机颗粒物氧化反应机理函数的确定

以热重试验结果为基础,研究了被捕集到低温等离子体发生装置极板上的柴油机颗粒物的氧化反应机理函数。采用Malek法,将试验结果与常用的固体反应机理函数获得的曲线、经验公式(empirical formula,EF)拟合的曲线进行对比。研究结果表明:常用的固体机理函数获得的标准曲线、反应速率曲线与试验结果一致性较差;加热速率分别为5、10、20K/min时,通过EF经验公式拟合得到的反应速率曲线与试验得到的反应速率曲线基本重合,且相关系数分别为0.968 1、0.992 4、0.990 4。以加热速率为10K/min得到的幂指数确定的颗粒物氧化反应机理函数为f(α)=α-0.29(1-α)1.54[1-ln(1-α)]3.93。三种不同的加热速率条件下,由该机理函数获得的标准曲线与试验曲线变化趋势十分相似,可以较为准确地反映柴油机颗粒物的氧化反映机理。在不同加热速率条件下得到的指前因子lnA与活化能E保持了很好的线性关系,满足公式lnA=0.136E-7.015,相关系数为0.994。     

柴油机排放颗粒物试验研究

为了适应国六阶段柴油机排放的要求,对某柴油机进行排放颗粒物台架试验,研究和测试进气相对湿度、进气阻力、排气背压、介质温度等参数对排放颗粒物的影响,并用同一台样机验证试验的有效性,试验结果表明:进气阻力、排气背压、介质温度3个参数对试验结果有一定影响,其中排气背压对试验结果影响较大,进气相对湿度对柴油机排放颗粒物排放基本无影响。研究成果有助于对减少柴油机颗粒排放的研究、设备故障的排查和管理。     

20RK270型柴油机传感器线缆优化布置设计

针对20RK270型柴油机传感器线缆的布置设计无法满足当今柴油机自动化、智能化需求的问题,基于该型机的结构和应用特点,对其传感器线缆的布置进行优化设计。主要设计思路为:转速信号完全隔离;排除温度传感器误差;邻近的、功能相近的传感器或传输信号性质相近的传感器线缆整合在一起。实际应用表明:优化设计后电气系统装配步骤简化,装配出错率降低,生产效率提高;同时,柴油机运行稳定性得到提高。     

柴油机排放颗粒物的观测及分析

本文是在一台单缸柴油机上 ,采用电子显微分析仪对排放颗粒物进行观测和分析 ,并对柴油机排放颗粒物产生的原因进行了探讨 ,进而提出了控制柴油机排放颗粒物的研究方向。     

船舶柴油机颗粒物排放法规及控制技术发展

介绍了国内外船舶柴油机颗粒物排放标准以及IMO黑炭新规的进展,指出:船舶柴油机颗粒物排放控制将成为船舶柴油机行业的重点研究方向之一;黑炭测量方法的研究非常迫切。介绍了可同时降低柴油机NO_x和颗粒物排放的SCRF技术(即将SCR催化剂涂覆在DPF上)。对高、中、低速船用柴油机排放颗粒粒径和数量浓度的分布特性进行了研究,并根据研究结果建议:在开发船用柴油机颗粒捕集器时,应根据颗粒粒径分布特性,适当调整过滤体微孔直径或增加再生频率。     

稠密气固两相流的直接数值模拟

分别用欧拉方法处理气相场和用拉格朗日方法处理离散颗粒场。在处理粒场时考虑到颗粒直径、比重、材料的刚度、摩擦系数等对颗粒运动的影响。用直接模拟法分别对漏斗流、球磨机以及喷动流化床内颗粒的运动进行了模拟,并通过实验对喷动流化床的模拟结果进行了验证。     

柴油机Urea-SCR尿素喷射过程参数优化及数值模拟研究

建立SCR尿素喷射及催化反应器的三维物理模型,得到在各种不同工况下,排气速度和温度对尿素液滴分布及组分浓度分布均匀性影响,并优化了尿素喷射位置和角度;同时设计安装一款简单紧凑型的混合器,对加装混合器后的氨浓度分布进行了分析,并结合试验归纳出尿素喷射过程对NOx转化效率的影响因素。研究结果表明:排气速度的提高影响喷雾的形态,液膜的生成主要发生在低温低转速工况;改变喷射位置和喷射角度对均匀性影响不明显;安装混合器可以明显改善氨浓度均匀性及转化效率,分别提升0.89%和92%,液膜有一定程度的增加,压力损失600Pa,控制在一个相对较低的水平。