基于FIRE的二甲醚-空气预混特性的模拟

为研究内燃机代用燃料的燃烧特性,在一台压燃式发动机上对二甲醚-空气在进气道内的预混特性进行了模拟.在选定初始条件的情况下,运用FIRE软件对GW4D20发动机进气道内气体流动进行了三维数值模拟,对相应的进气道速度流场进行了分析.结果表明:二甲醚在传统压燃式发动机上应用时,需要对其进气道进行结构优化,以改善混合气均匀性,并减少死区数量;其次,对进气歧管位置进行调整和对流体流动引导可以形成滚流,加速混合气的混合;此外,流量增加20%时,速度接近为0的区域减少,因此在进气前端加装增压装置,有利于混合气的预混.     

掺氢汽油机燃烧过程的准维模型构建

为研究不同工况下掺氢汽油机燃烧特性,构建并验证了用于计算掺氢汽油机缸内燃烧过程的准维模型.模型基于理想气体状态方程、质量守恒方程、热力学第一定律,建立双区热力学微分方程组,通过湍流卷吸模型确定燃烧放热率,通过掺氢汽油层流火焰速率关联式反映掺氢对混合气火焰特征的影响规律,并利用MATLAB数值分析软件完成方程组的求解过程.结合内燃机台架试验,对不同掺氢体积分数、混合气当量比、进气道压力条件下模型的准确性进行了验证.对比结果表明,该模型能准确地反映不同运行条件下掺氢汽油机的燃烧特性.     

混氢汽油机的燃烧及排放特性试验

针对汽油机热效率低、排放高的问题,通过进气混氢降低汽油机的能耗和排放.在一台4缸汽油机上安装一套电控多点顺序气道氢气喷射系统,可实现汽油和氢气在进气道的现场混合.在发动机转速为1 500 r/min及理论当量比条件下,选择混氢体积分数为1%、1.5%、2%、3%的4种不同进气,对混氢汽油机的燃烧与排放特性进行了试验研究.试验结果表明:在混氢体积分数为3%的工况下,与原机相比,发动机制动热效率平均提高了3.23%,缸压峰值的循环变动平均减少了3.18%.随着进气中氢气体积分数的增加,发动机着火滞燃期和燃烧持续期缩短,燃烧峰值压力增加,CO_2与HC排放明显降低,但NO_x与CO排放有所增加.混氢对改善发动机性能效果显著.     

掺混氢气对乙醇燃烧的化学作用模拟研究

为了更好地了解掺入氢气对乙醇燃烧时的作用机理,利用CHEMKIN PRO程序,对稀燃工况下的乙醇/氢气预混层流燃烧进行了化学反应动力学分析,采用一种辨识方法,对不同掺氢体积分数下,掺氢对乙醇燃烧的主要产物和中间产物的化学作用及热/稀释作用进行了区分、研究和讨论.结果表明:氢气的化学作用会促进乙醇消耗和中间组分的生成,并使其反应摩尔分数分布曲线向反应上游移动,增加反应速率;而热/稀释作用会抑制组分的生成,使反应摩尔分数分布曲线向下游移动,减缓反应速率;综合作用会使掺氢后的化学反应提前发生,并对有害污染物甲醛的产生起到抑制作用.     

电控喷射甲醇发动机掺烧液化石油气的冷起动着火特性

在一台125mL单缸电控喷射点燃式甲醇发动机上进行了掺烧LPG后冷起动瞬态工况着火特性的试验研究。基于循环控制研究了LPG掺烧量、甲醇和LPG的喷射时刻对甲醇发动机冷起动着火特性和HC排放的影响。试验结果表明:低温起动时进气道内喷射适量LPG可使点燃式甲醇发动机可靠起动;LPG掺烧量对甲醇发动机冷起动着火特性有很重要的影响;合理控制LPG的喷射时刻可提高起动可靠性,降低HC排放。     

汽油混氢内燃机稀燃性能的仿真研究

在进气混氢体积分数为0、1%、3%和6%的条件下进行了汽油混氢发动机在低速、低负荷以及稀燃时的内燃机台架试验.根据试验得到的不同工况下发动机的缸压、进气流量及平均有效压力等数据对基于AVL Boost软件所建立的汽油混氢内燃机仿真模型进行了标定.利用该模型对相同进气压力、不同混氢体积分数和不同过量空气系数的条件下汽油混氢内燃机的稀燃性能进行了仿真.结果表明,混氢对稀燃时发动机低速、低负荷工况的燃烧过程改善效果较为明显,随着混氢体积分数的增加,稀燃时发动机指示热效率和做功能力均有所提高.相同混氢体积分数下,随着过量空气系数的增大,缸压峰值降低,缸压峰值所对应曲轴转角位置推迟.稀燃时,混氢后发动机火焰发展期和传播期明显缩短,缸压峰值升高且缸压峰值所对应的曲轴转角也有所提前.     

电站锅炉选择性非催化还原脱硝实验研究 ——还原区温度、尿素溶液喷射体积流量的影响

对一台HG-410/9.8-YW15型煤粉锅炉,在常规煤粉再燃技术改造的基础上进一步结合了使用尿素溶液喷射的选择性非催化还原(SNCR)技术.实验主要在280、345、410 t/h 3个负荷下进行.实验结果表明,各个负荷下,SNCR技术可以将NOx排放降至低于200 mg/m3(标准状态、6%O2体积分数、干态),达到40%～60%的脱硝效率.应选择950 ℃左右的喷射层进行喷射为宜,温度过高或过低均会导致脱硝效率的降低,过低的温度还会使得尾部NH3排放大量增加.通过增加层喷射体积流量可以提高脱硝效率,在实验范围内得到的层最佳喷射体积流量为1.0～1.6 m3/h.同时,增加层喷射体积流量对NH3及N2O的减排也是有益的,而喷入的水量会对锅炉效率造成约0.5%的损失.     

乙醇汽油稳定性的改善

通过加入分散剂的方法改善乙醇汽油的稳定性。重点考察了醇油体积比、分散剂的种类及含量对乙醇汽油分层温度的影响。同时研究了加入乙醇对汽油馏程、辛烷值等性质的影响。结果表明,无分散剂时,随着乙醇中水的体积分数的增加,乙醇汽油的分层温度逐渐升高;加入主分散剂可以显著降低乙醇汽油的分层温度,而少量助剂B、C可显著改善主分散剂A1的助溶效果;随着分散剂体积分数的增加,乙醇汽油的分层温度逐渐降低;在乙醇体积分数为10%,乙醇中水的体积分数为4.3%,分散剂的体积分数为2.91%,其组成V(A1)∶V(B)∶V(C)为90∶7.5∶2.5时,乙醇汽油的分层温度可达到-25℃。90号汽油的辛烷值(RON)调合后提高到93号,且其T10和T50点均较调合前低。     

内燃机余热甲醇催化重整制氢装置设计及实验研究

氢气随车携带不便,为了能在线产生富氢气体供给内燃机燃烧,并大幅度提高内燃机的热效率,降低排放,降低热、噪声的污染,提出应用内燃机尾气余热对甲醇进行催化重整以产生氢气的方法.设计了一套内燃机余热甲醇催化重整制氢装置,在内燃机排气余热和催化剂的共同作用下,把甲醇水溶液重整成富氢气体.重整反应器为蜂窝陶瓷载体,重整催化剂为Cu/Zn/Al/Zr,采用管式换热器对载体进行加热,甲醇水溶液在载体孔道中发生催化重整反应.实验结果表明:随着发动机排气温度的增加,重整器产氢率提高,在排气温度为350℃时,重整气中氢气的体积分数达到41.9%.达到了实验预期要求.     

赤泥-秸秆基轻质砂浆的制备及其性能表征

以拜耳法赤泥、矿渣微粉、水泥(P.O 42.5)和秸秆为原料,制备赤泥-秸秆轻质砂浆试样,并通过X射线衍射和扫描电镜等研究秸秆掺量对试样性能的影响。结果表明:对于由质量分数50%的赤泥和质量分数为50%的水泥和矿渣混合物制备而成的赤泥胶凝材料净浆硬化试样,水泥、矿渣混合物中随着水泥含量减少,试样各龄期抗压强度先提高后降低,且在水泥、矿渣质量比为1∶3时,试样的抗压强度最高,为8.05 MPa;在赤泥-秸秆轻质砂浆中加入体积分数为10%的秸秆,试样的抗压强度降低,由无秸秆试样的10.45 MPa降低至7.25 MPa,但随秸秆掺量的继续增加,试样抗压强度降低幅度减小,抗折强度却随之增大,在秸秆掺量体积分数为50%时达1.9 MPa;随着秸秆掺量的增加,试样容重降低幅度不大,但导热系数降低显著,由无秸秆试样的0.63W/(mK)降低至体积分数50%秸秆试样的0.40 W/(mK)。     

二甲醚发动机低压共轨燃料喷射系统的设计及试验

针对二甲醚燃料低粘性、高蒸汽压以及容易与空气形成混合气的特性,设计了一种可控预混合燃烧的二甲醚发动机低压共轨电控燃油喷射系统.在此基础上,以柴油代替二甲醚进行试验,分析了在喷射持续期,共轨压力、针阀升程和转速对燃油喷射过程的影响,得出了低压共轨燃料系统的燃料喷射特性,对二甲醚低压共轨系统的实用化起到了促进作用.     

电控喷射小型乙醇发动机排放性能

对电控喷射125mL汽油机和乙醇发动机的过量空气系数和点火提前角与排放性能之间的关系进行了试验研究。确定了影响乙醇发动机排放的敏感参数的合理取值范围,为乙醇发动机参数匹配提供了参考依据,并验证了发动机燃烧乙醇燃料可降低NOx的排放浓度。     

Suppression of super-knock in TC-GDI engine using two-stage injection in intake stroke (TSII)

Turbocharging and direct injection are main technologies used for energy-saving gasoline engines.But the biggest challenge is super-knock,whose mechanism is unclear and has no effective strategy to suppress this super-knock until now.The effects of injection strategies on super-knock were experimentally investigated in a turbocharged GDI engine.It was found that two-stage injections during intake stroke(TSII)can eliminate super-knock.Meanwhile,the fuel consumption,emissions and exhaust temperature can keep optimized level.By sweeping the start of the 1st injection(SOI1),end of the 2nd injection(EOI2)and the split injection ratios(ROI2)using 5000 cycles evaluation test at low-speed high load operating point,the optimized injection strategy for the typical TC-GDI engine is TSII with SOI1 at middle of intake stroke,EOI2 at end of intake stroke,and ROI2 of 0.3.     

混氢汽油机排放特性的试验

在一台加装了电控氢气喷射系统的汽油机上,在发动机1 400 r/min的条件下,对混氢汽油机排放性能进行了试验研究.试验结果表明:适当增加过量空气系数有利于改善混氢汽油机的HC、CO与NOx排放;在理论过量空气系数附近,混氢后发动机CO排放有所升高,但稀燃条件下混氢有利于改善汽油机HC与CO排放;减小点火角后,混氢汽油机HC与NOx排放有所降低;随着进气压力的升高,HC与CO排放得到明显改善.     

车用柴油机低排放缩口燃烧系统的优化

为了定量评价低排放缩口燃烧室内的气流特性,引入了涡流强度保持性的概念。采用FIRE软件对车用直喷式柴油机低排放缩口型燃烧室内气流的空间分布及其变化规律进行了数值计算,利用计算结果并结合MATLAB软件计算了不同缩口直径燃烧室内的瞬态涡流强度保持性大小,由此评价这种燃烧室的气流特性,并分析不同缩口直径对燃烧室内气流特性及其涡流强度保持性的影响。在此基础上,通过台架试验对比分析燃烧室内的这种涡流强度保持性与喷射系统参数和进气涡流匹配时对柴油机性能的影响。结果表明,采用适当的低排放缩口型直喷式燃烧室结构可有效地组织和控制燃烧室内气流分布规律及其强度,而且对于这种燃烧室结构存在着最佳的喷射位置和进气涡流比,从而在动力性和经济性基本保持不变的条件下可有效地改善柴油机的排放特性。     

喷气式可变涡流进气系统对柴油机废气排放的影响

设计了一种喷嘴在螺旋进气道内喷射空气的可变涡流进气系统———喷气式可变涡流进气系统。研究了该系统对柴油机有害气体排放物的影响。试验结果表明,该系统在不影响进气充量系数的情况下,对柴油机有害气体排放量影响显著。其根本原因在于系统对气缸内涡流强度的改变直接影响了燃料、空气的混合和燃烧。对于涡流强度与燃烧不相匹配的发动机工况,喷气式可变涡流进气系统可以有效地降低有害气体排放量。     

乙醇燃料均质压燃发动机的试验研究

利用进气预热和废气再循环(EGR)控制方法,在由CA6110柴油机改造的单缸发动机上进行了以乙醇为燃料的均质混合气压燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)试验研究。结果表明:在过量空气系数λ=1~9时,发动机可以实现HCCI燃烧,但由过量空气系数和EGR率表示的HCCI工作范围受爆震和部分燃烧的限制。乙醇燃料HCCI燃烧最大平均指示压力可达到0.6 MPa,指示效率可达到60%。在HCCI燃烧中只产生少量的NOx,但是未燃HC和CO的排放较高。     

边界条件对乙醇HCCI发动机燃烧的影响

利用发动机循环模拟软件BOOST,并使用详细的化学反应动力学机理,建立了乙醇HCCI发动机的单区模型。模拟计算结果与试验结果吻合得较好。利用该模型研究了气门流量系数和缸内壁面温度对燃烧的影响。模拟计算结果表明,该HCCI发动机的气门流量系数不宜取得很大,在较小的流量系数下HCCI的燃烧变得柔和;而改变壁面温度相当于对进气加热,促进了燃烧。     

点燃式缸内直喷甲醇发动机甲醛和未燃甲醇排放特性

基于气相色谱和液相色谱相结合的甲醛和甲醇测量方法,试验研究了点燃式缸内直喷甲醇发动机甲醇喷射正时、点火正时和过量空气系数在均质燃烧模式下对甲醛和未燃甲醇排放的影响。试验结果表明,甲醇喷射正时、点火正时和过量空气系数对该发动机甲醛和未燃甲醇排放有显著影响,并且甲醛和未燃甲醇排放随喷射正时、点火正时和过量空气系数的变化呈相反的变化趋势。推迟喷射甲醇、提前点火及采用稀混合气可以降低甲醛排放。