“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。     

柴油机燃烧室形状对混合气形成的影响

利用计量流体力学(CFD)模拟软件FIRE对不同形状燃烧室的柴油机的缸内喷雾与燃烧过程进行了模拟分析。通过对缸内流场、燃油浓度场、温度场分布的对比,分析不同燃烧室对混合气形成的影响。结果表明,缩口燃烧室缸内流场强度最大,混合气均匀,燃烧充分,微粒生成最少。     

"Bump燃烧室"内新概念稀扩散燃烧混合气形成机理的研究

基于自行研制的实验装置,用片状激光诱导荧光法(PLIF)对普通商用柴油喷雾的撞壁混合过程进行了实验研究,并用CFD数值分析软件对其进行了模拟计算,二者结果基本吻合．平板和实际燃烧室的实验及计算结果均表明,撞壁射流在遇到限流沿(Bump)后会剥离壁面,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,减少壁面燃油堆积量．计算结果还表明,Bump的存在改变了缸内气流运动的流场结构,Bump附近旋向相反的“双涡结构”极大地增强了二次空间射流对周围空气的卷吸,促进了燃油与空气的混合,是Bump燃烧室内稀混合气形成及稀扩散燃烧的关键所在．     

燃烧室偏心距对大功率气体机缸内混合气影响规律研究

本文采用3维流体动力学分析软件FIRE对大功率气体机缸内混合气形成过程进行分析。设计了3种不同偏心距的浅盆形活塞,并通过数值解析对比了不同偏心距活塞对缸内混合气形成的影响规律。研究结果表明,相对于其它方案,第三种的活塞缸内湍动能最大,缸内整体混合气形成质量最好,接近压缩上止点时,火花塞附近混合气更为均匀,有利于点火燃烧。通过对不同方案缸内流场分析发现,方案4缸内滚流作用明显,有利的提升了缸内混合气的形成质量。     

直喷式柴油机燃烧室廓形匹配油束夹角的数值模拟研究

应用CFD软件Fire对某大功率直喷式柴油机缸内工作过程进行了多维模拟,研究了扩口、缩口和直口三种不同燃烧室廓形时油束夹角对油束落点位置、燃油分布和燃烧性能的影响。引入油束锥台匹配比的概念建立油束夹角与燃烧室中央锥台角度之间的关系,从而达到减少匹配参数数量的目的。结果显示：对于各种类型的燃烧室廓形均存在最佳油束锥台匹配比使得发动机的动力性能最优,缩口和直口燃烧室的最佳油束锥台匹配比接近（约为1.06）,扩口燃烧室的最佳油束锥台匹配比要略大于缩口和直口燃烧室（约为1.138）。     

油束撞击法形成混合气在涡流室式柴油机上的应用

介绍了一种头部带挡块的轴针式喷油嘴在涡流室式柴油机上的应用。该喷嘴的特点是喷孔喷出的燃油直接撞击在挡块上,油束经挡块撞击在改变了方向的同时也产生油滴的二次雾化,从而达到既加大喷束与空气的接触面积,同时又限制了燃油喷进燃烧室中心的目的。发动机的台架试验表明,采用这种喷油嘴后,可以显著地改善原机的经济性和排放品质。在柴油机的标定工况下,比油耗和排气烟度分别降低４％和３０％。这种混合气形成方法为进一步提高柴油机的性能提供一个新的途径。     

有限流沿燃烧室内喷雾撞壁过程的数值研究

作者应用STAR—CD软件对有限流沿燃烧室内喷雾撞壁过程进行了数值研究，发现在活塞接近上止点时，因为缸内温度较高，所以在喷雾到达燃烧室壁面时，大部分液滴已经蒸发，这样基本上没有液滴与壁面的相互作用，所以撞壁模型的选取对计算结果的影响不大。同时也验证了限流沿可以使燃油从壁面剥离。     

涡流运动降低柴油机混合气浓度及碳烟排放的数值分析

为了揭示涡流运动对柴油机混合气形成及碳烟排放的影响规律，采用经过实验验证的喷雾及湍流模型，用CFD数值分析软件对某车用柴油机燃烧室内不同涡流条件下柴油喷雾的混合气浓度、速度矢量场、燃油液滴空间分布及油束特性进行了模拟计算．模拟结果表明，当涡流比从0到5．0依次增大时，过喷孔轴线的铅垂面内喷雾浓度场局部浓区燃空当量比逐渐降低，而过喷孔轴线且与铅垂面垂直的平面内喷雾浓度场局部浓区的燃空当量比则先降后升，而不是逐渐下降．只有合理选择剖切平面，即选择过喷孔轴线且与铅垂面垂直的平面，才能正确评价涡流运动对燃烧室内混合气浓度分布及碳烟形成区域分布的影响规律．组织燃烧室内气流运动，须兼顾与气缸轴线垂直的水平面内的涡流运动和过气缸轴线的铅垂面内的湍流或滚流运动．涡流比太大，铅垂面内的湍流或滚流太弱，会削弱喷雾射流对燃烧室底部空气的卷吸，降低燃烧室底部的空气利用率．随涡流比增大，射流顺涡流方向的弯曲度增大，不同喷孔的油束会发生相互干涉，在靠近气缸中心的区域内形成局部浓混合气，不利于降低碳烟排放．对具体的燃烧室结构和喷油系统，合理匹配涡流运动十分必要．     

在小型燃烧室内压力雾化旋流燃烧过程的数值模拟

利用概率密度函数模型(PDF),针对不同供油压力和喷雾锥角下压力旋流雾化喷嘴出口下游液滴群在小型燃烧室内的燃烧过程进行数值模拟研究。研究表明:随着喷雾锥角的增加,火焰张角有所增大,火焰中心及火焰区域外的燃烧室空间温度逐渐上升。燃烧室单侧出口导致了火焰偏斜,且随喷雾锥角增加而越发明显,适当增加喷嘴供油压力可改善远出口端的温度分布。本文研究的压力雾化喷嘴,在小型燃烧室内喷雾锥角=60～80°、供油压力=0.9 MPa～1.2 MPa时可以取得较好的燃烧效果。     

TR燃烧系统混合气形成过程的数值模拟

一种新型柴油机燃烧系统TR,是由收口深坑ω形燃烧室改进而成,在壁面设置导向圆弧,并与带中孔的多孔喷油嘴相匹配．为研究其气流运动规律和混合气形成机理,应用STAR-CD软件对TR燃烧系统进行三维数值模拟．结果表明,采用4×φ0．36mm 中心喷孔1×φ0．20mm的喷油器,并增加柱塞直径提高供油速率,可将TR 着火点控制在上止点附近,同时减小着火后的燃油喷射量．采用了导向圆弧和中孔喷射,燃烧室内气流运动剧烈, 燃油的空间分布更为合理,空气利用充分,减少壁面散热损失,实现TR系统的“快速燃油喷射、快速混合气形成和快速燃烧”设计思想,并具有良好的冷启动性能．     

燃烧室几何形状对柴油机燃烧过程影响的数值模拟研究

通过工作过程模拟程序确定柴油机工作的初始边界条件,并运用CFD程序研究不同径深比燃烧室对混合气形成、燃烧及排放的影响。结果表明,三维模拟的示功图和放热率与实测结果基本吻合;径深比较小的ω1燃烧室在喷油过程中有强烈的燃油蒸汽撞壁现象,恶化了碳烟排放;径深比较大的ω1燃烧室在喷油初期的燃油分布相对不均匀,燃烧室局部存在高温富氧区,造成NOx排放偏高;将工作过程模拟和三维模拟相结合,能更精确地分析发动机工作过程,排放的计算值与实测值在趋势上有较好的一致。     

天然气发动机预燃室内混合气形成对点火射流的影响

针对船用天然气发动机预燃室内的混合气形成及射流点火特性进行了研究。基于试验标定和验证的喷雾燃烧模型,对预燃室内的柴油雾化–混合–着火过程进行了仿真计算,获得了混合气形成对点火射流特性的影响规律。结果表明,在同时考虑预燃室内燃油湿壁量与雾化质量时,存在一个最佳喷射压力匹配区间,且在相同喷射压力下采用两段喷射可以减少预燃室的燃油湿壁量;增大预燃室内混合气浓度分层并缩短初始着火点与射流孔的距离,可减小燃料损失,增长放热持续期,提高点火能力。     

基于数值模拟的某柴油机燃烧室优化研究

用AVL FIRE软件建立了柴油机喷雾燃烧过程研究的计算模型,根据模型分析了燃烧室关键特征对经济性和排放的影响,并设计了燃烧室优化方案。研究发现,在A100工况,优化方案改善了油气混合状况,提高了空气利用率,并加速了燃烧后期速度,使得经济性得到提高,同时NO_x排放也有所增加;而在部分负荷A25工况,优化方案降低了燃烧室碗底的流动速度,减少了壁面传热损失,经济性得到提高,同时NO_x排放也有所降低。发动机台架试验结果表明,相对于原始方案,优化方案的外特性油耗平均降低了约2.0g/(kW·h);ESC循环加权油耗降低了2.2g/(kW·h),且加权NO_x比排放相当。     

柴油机燃烧室改进的模拟仿真研究

首先介绍了柴油机燃烧室设计的尺寸特点,然后再在原燃烧室的基础上对它的尺寸做了一些改进,并通过大型CFD分析软件AVL-FIRE对修改后的燃烧室模型进行了流场数值模拟,计算出缸内流场的流动分布,对比分析得出燃烧室尺寸对气体流动的影响。     

激光诱导荧光法研究柴油机新概念燃烧中的喷雾混合过程

建立了一套基于激光诱导荧光法的光学试验装置，用高压共轨式电控喷射器喷射燃油，其喷射压力达120MPa。此喷射器能在微机控制下实现预喷射和分段喷射。定容燃烧弹预先充上气体，其主要成分是氮气，还有一部分是乙炔和氧的混合气。在燃油喷射之前，点燃乙炔和氧的混合气，使燃烧室内的压力上升至6MPa，温度上升至1000K。试验结果与前期的气体射流模型结果吻合，在燃烧室壁面设置限流沿后，所产生的二次射流可以形成稀薄的混合气区。因此，使用限流沿的新概念混合气形成过程有望用于降低柴油机的碳烟和NOx排放。     

喷雾锥角对柴油机燃烧过程影响的数值模拟

柴油机燃烧过程中喷雾内部的物理化学过程非常复杂,传热、蒸发、扩散、流动等物理过程控制着化学反应,影响着火和燃烧过程,进而决定着发动机的动力性、经济性以及排放性能。利用CFD分析软件FIRE对一台直列6缸增压柴油机的喷雾与燃烧过程进行模拟。研究了喷雾锥角对燃烧过程的影响规律以及喷雾锥角对碳烟和NOx生成的影响。     

基于CFD数值模拟的柴油机性能研究

为研究燃烧室结构对柴油机性能的影响,利用CFD程序对不同缩口直径和深度的燃烧室内的气流特性、喷雾特性、燃烧特性以及排放特性进行数值模拟。结果表明,柴油机的性能与燃烧室的结构形状关系密切。缩口直径较小,燃烧室深度较深的燃烧室3能形成良好的气流特性,燃烧室内滚流强度保持较好,喷雾油粒的索特平均直径小,雾化效果较好,缸内平均温度和平均压力值较大,NO生成量最高,所以其排放特性仍需改善。研究结果为燃烧室的设计提供了依据,便于柴油机的各种性能均能达到良好的水平。