柴油温度对燃烧火焰温度和碳烟生成的影响

通过定容燃烧弹,采用双色法研究不同柴油温度对冷起动过程中燃烧火焰温度和碳烟生成特性的影响,获取缸内燃烧火焰温度分布和表征碳烟分布的KL因子.结果表明:在喷油后3.5 ～ 6.0 ms的燃烧稳定时期,柴油温度为40℃的火焰中大于2 200 K的区域约占60％,柴油温度为20℃的火焰中大于2 200 K的区域约占55％,柴...     

用双色法研究进气道喷射乙醇柴油引燃时的燃烧过程

利用高速彩色CCD摄像机的3个单色通道信息进行了双色法计算温度和KL因子的可行性研究，并用乙炔火焰对计算结果进行了验证，讨论了不同双色组合对测试精度的影响。在一台可视化发动机上对进气道喷射乙醇柴油引燃时的燃烧过程进行了分析，结果表明：随着乙醇喷入量的增加，燃烧火焰面积减小，温度及代表碳烟浓度的KL因子也相应下降，说明乙醇对柴油燃烧过程中碳烟的生成有抑制作用。     

基于激光诊断的生物柴油碳烟生成特性研究

制作了1个以液体为燃料可以产生层流扩散火焰的燃烧器,应用双色激光诱导炽光法(LII)技术来测量火焰中的绝对碳烟体积分数.基于在2个波长上获取的火焰中某1点的LII信号,获得被激光加热的碳烟粒子温度,同时得到此点的碳烟浓度,通过映射得到火焰的二维碳烟浓度分布.采用激光诱导荧光法可获得碳烟前驱物多环芳香烃在火焰中的二维分布,将激光诱导荧光和激光诱导炽光相结合,在柴油和生物柴油混合燃料的层流扩散火焰上进行测试.研究结果表明,随着生物柴油掺混比例的增加,碳烟和多环芳香烃的最大浓度都随之降低,浓区分布面积也进一步缩小.     

柴油燃烧火焰中碳烟生成的特性试验

基于装配单孔喷嘴孔径为0.18,mm的定容燃烧弹系统,采用脉冲LED二维消光法,以国Ⅴ的0号柴油为研究对象,对其在给定工况下喷雾燃烧火焰中形成的碳烟进行了定量测试,同时采用增强器电荷耦合相机同步测量了火焰浮起长度.试验过程中,保持定容燃烧弹内气体密度恒为20,kg/m3,研究了不同喷油压力、氧体积分数和环境温度对碳烟分布、初始形成时刻的影响,结果表明:采用的二维消光法对国Ⅴ柴油有较好的适用性;国Ⅴ柴油喷雾燃烧中碳烟的KL值、生成的初始时刻随着喷油压力升高而降低,随着氧体积分数升高而升高,随着环境温度的升高而升高.     

后喷射策略下生物柴油对发动机燃烧和排放影响的数值模拟

以正庚烷-癸酸甲酯(MD)-癸烯酸甲酯(MD9D)简化机理为基础,构建了生物柴油(大豆生物柴油SME)-柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理。在单次喷射和主-后喷射两种喷油方式下,将大豆生物柴油、纯柴油以30∶70和70∶30体积比掺混,将该化学反应机理与CFD计算软件耦合,研究后喷策略下生物柴油-柴油混合燃料的低温燃烧特性和排放特性。数值计算结果表明:随着SME掺混比例增加,缸内燃烧温度峰值逐渐降低,缸内燃烧放热主要受OH自由基与燃料的脱氢反应速率影响,反应速率随温度升高而增大;NO_x排放随掺混比例增加而逐渐降低,NO_x排放主要受温度影响;单次喷射下,掺混比例越高,碳烟排放量越低;后喷射下,碳烟生成量受C_2H_2影响,随掺混比例增加而逐渐降低,OH在碳烟氧化过程中起主要作用,碳烟最终排放量受掺混比例影响不大。     

均质化学计量比燃烧下GDI发动机碳烟生成可视化解析

汽油机燃烧过程中产生的黄色火焰与生成的碳烟呈正相关,根据这一特征,利用高速摄影获取汽油直喷(GDI)光学发动机缸内的火焰图片,通过统计计算其中黄色火焰的信号强度,分析了缸内碳烟的生成规律以及燃料中甲苯、乙醇含量对缸内碳烟生成的影响.结果表明:在化学计量比燃烧条件下,碳烟在点火初期火花塞电极附近产生,这部分碳烟的滞留时间相对较长,整个燃烧过程中,碳烟的产生主要位于火花塞附近.甲苯比例的增加对碳烟生成有明显的促进作用;而添加乙醇能够抑制缸内碳烟总体生成量,但在点火之后的1°CA内,黄色火焰信号强度没有降低,表明该时期碳烟的生成无法得到有效抑制.     

加氢催化生物柴油喷雾燃烧及碳烟的试验

针对一种新型的大分子烷烃、不含氧的加氢催化生物柴油,基于先进的光学测试平台,在定容燃烧弹上、3种不同温度下开展了燃烧条件下该生物柴油的喷雾特性、燃烧特性以及碳烟生成特性的可视化研究.试验结果表明:随着加氢催化生物柴油掺混比例的增加,喷雾液相长度、着火延迟期和火焰浮起长度均呈现减小的趋势.对比50%,柴油和50%,加氢催化生物柴油的混合燃油(HB50)与柴油的碳烟生成特性发现,HB50碳烟的初始位置和初始时刻相对提前,并且在可视化区域内,碳烟的生成区域减小,碳烟的生成质量却增大.     

柴油机燃用新型戊醇混合燃料的燃烧和排放特性

戊醇是一种能量密度较高的新一代生物质燃料,与低碳醇相比,具有与柴油更好的互溶性和较高的十六烷值.在一台单缸柴油机上研究对比了不同喷油时刻下3种不同掺混比例的戊醇、生物柴油和柴油混合燃料的燃烧和排放特性.结果表明:与柴油相比,添加戊醇后,混合燃料的最高放热率升高,燃烧持续期缩短,热效率提高.戊醇混合燃料的碳烟排放显著降低,其中戊醇-生物柴油-柴油混合燃料的碳烟排放降低效果最佳,最高降幅为85.7%;且NOx排放下降,最大减少了11.2%,即采用戊醇混合燃料可实现碳烟和NOx排放的同时降低.     

柴油机燃用混合替代燃料的燃烧与排放特性

将生物柴油和F-T柴油(F-T diesel)进行掺混,并将其混合燃料应用于4100QBZL柴油机上.在未对原机做任何改动的情况下,研究了该机燃用不同体积配比混合燃料时的燃烧特性及NOx和碳烟排放性能.研究表明,与0#柴油相比,该机的预混燃烧放热峰值降低、扩散燃烧放热峰值升高、燃烧更柔和;NOx排放随着生物柴油掺混比例的增大而升高;碳烟排放显著下降,较0#柴油的降低幅度高达37%;低比例的混合燃料对NOx排放和碳烟排放的trade-off关系有明显改善.生物柴油与F-T柴油混合燃料宜在较低的生物柴油掺混比例范围内使用.     

预喷对重载柴油机燃烧与排放影响的试验

基于内窥镜测量技术,在一台6缸高压共轨重载柴油机上研究了预喷正时、预喷油量与EGR率等对燃烧放热、排放物生成的影响作用.对柴油机缸内燃烧过程中的火焰图像进行了采集,并且通过双色法计算得到了碳烟颗粒场分布图像.结果表明:随预喷正时延迟,缸内峰值压力升高,预喷燃烧的两阶段放热现象消失,预喷燃烧的火焰亮度加强,NOx和碳烟排放均降低;随预喷油量增加,预喷燃烧的放热率和火焰亮度升高,NOx和HC排放增大,而碳烟和CO排放降低;随EGR率提高,预混燃烧强度变弱并且开始呈现两阶段放热现象,主燃烧始点滞后,NOx排放显著降低,但碳烟、HC和CO排放升高.采用内窥镜测量可以更方便准确地了解发动机实际运行工况下缸内燃烧特性.     

Spatial combustion analysis of biodiesel fueled engine using combustion chamber endoscopy and modeling

Main objective of this study was to demonstrate endoscopic visualization of combustion events in the combustion chamber of a production grade compression ignition (CI) engine. High speed endoscopic imaging was used to provide qualitative information about the in–cylinder combustion for mineral diesel and biodiesel fueled engine operating at different engine loads. These images were analyzed using image processing program developed in MATLAB, in order to determine the ‘start of combustion’ (SoC), ‘spatial soot distribution’ and ‘spatial flame temperature distribution’. In–cylinder pressure and rate of heat release (RoHR) were validated using simulation results obtained by using a KIVA-3V code. The luminosity of flames in the combustion images was relatively lower for biodiesel compared to baseline diesel. Area of soot distribution decreased in later stages of combustion for both test fuels, which indicated superior oxidation of soot particles formed, during the post combustion events. Biodiesel showed relatively lower dissipation of heat, which caused lower soot radiations in the flames. Simulated soot distribution and flame temperature distribution obtained from KIVA-3V code also showed similar behavior and verified the trends observed by combustion chamber endoscopy.     

柴油机缸内火焰辐射传热新模型

柴油机缸机的火焰辐射受诸多因素的影响,用理论分析法来确定它是相当困难的,由于柴油机缸内火焰辐射特性依赖于缸内的燃烧过程,而燃烧过程中的实际热力状态又可用示功图来分析,因此借助于火焰辐射与缸内热力参数之间的这种间接关系,建立了一种计算柴油机缸内火焰辐射传热的新模型,利用该模型对一台直喷柴油机缸内火焰辐射热流量随曲轴转角的变化情况进行了计算,将计算结果与实测结果进行了比较,表明该模型能较好预测缸内火焰     

生物柴油缸内燃烧火焰温度对NOx生成的影响

采用内窥镜高速摄影的方法,拍摄了柴油机燃用不同比例生物柴油-柴油调合燃料燃烧火焰的图像.基于亮度测温法的原理,计算了火焰的温度场分布.根据NOx生成的特点,提出了针对NOx生成的火焰温度评价指标:NOx生成区域的瞬态火焰面积、火焰面积变化速率、火焰面积平均变化速率、温度区域持续期、火焰面积出现效率,分析了评价指标随发动机转速、生物柴油调合比例的变化规律.研究结果表明:随着生物柴油添加比例和转速的增大,燃用B50和B100的NOx生成区域的火焰面积出现时刻和消失时刻提前,提前程度在高转速时较大,区域的峰值不断增大,对应的位置逐渐提前,火焰面积变化速率和火焰面积平均变化速率的峰值均不断增大,出现效率不断增大,持续时间逐渐缩短,这说明随着生物柴油调合比例的增大,缸内出现了有利于NOx生成的环境.     

基于CFD的增压柴油机不同喷油提前角的排放影响分析

在考虑进气涡流比的情况下,对某490增压直喷柴油机不同喷油提前角下的缸内喷雾及燃烧过程进行了三维CFD模拟,给出了4种不同喷油提前角时的缸内火焰、NOx和Soot的时空分布.计算和分析了不同的喷油提前角下,上止点前后喷入缸内的油量比例、着火时刻、上止点温度、最高燃烧温度等对燃烧与排放物的影响.结果表明上止点前后的油量比例对排放有较大影响,对于该机型在喷油提前角较小的情况下,应考虑适当减小喷油锥角以充分利用燃烧室底部的空气.仅靠喷油提前角的变化并不能同时降低NOx和Soot的排量,并通过性能与排放试验进行了验证.     

湍流燃烧模型对直喷式柴油机火焰结构和排放物预测的影响研究

研究了不同湍流燃烧模型（EBU、CTC和PaSR模型）对直喷式柴油机燃烧过程中火焰结构和排放物生成的影响。分析了缸内平均量（放热率、缸内平均温度、NO和soot）变化情况和OH、NO及soot分布,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明：不同燃烧模型虽然能得到相近的缸内平均量结果,但预测得到的缸内OH、NO、soot分布和温度分布情况存在一定差异;其中以EBU模型的预测结果与试验偏离最大;PaSR模型能较准确预测缸内变量微观分布情况和火焰脱离喷孔的距离,其预测得到的火焰结构与Dec1997年提出的概念模型一致。     

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。     

生物柴油对直喷式柴油机燃烧和排放的影响

列举了生物柴油的基本物化特性。介绍了生物柴油对直喷式柴油机燃烧和排放的影响。相比普通柴油,燃用生物柴油可以减少CO、CO_2、SO_2、HC、微粒以及碳烟的排放且不会影响柴油机工作性能。采用EGR、乳化油、多次喷射及微粒捕捉器等措施可以进一步降低使用生物柴油的微粒和NOx排放。生物柴油作为一种可再生的替代能源,以其良好的环境效应受到越来越多的关注。     

多参数对柴油机缸内局部瞬态火焰温度及碳粒浓度的影响

采用了一种新的基于微粒衍射理论的改进双色法来研究柴油机缸内局部瞬态火焰温度和碳粒浓度 ,并在缸盖火力面上布置了 2个有代表性的测点 :一个测点位置在缸盖鼻梁区 ,面对活塞凹坑 ;另一个测点位置面对活塞顶。在 2个测点同时测得的缸内局部碳粒浓度和火焰温度 ,数值上有很大的差异 ,且均有一定相位差 ,其相位差约为 10°CA左右。面对活塞顶位置 ,火焰温度和碳粒浓度有较大的循环变动。分析了包括负荷、转速、进气温度、冷却水温度在内的多种参数对缸内局部瞬态碳粒浓度、火焰温度的影响。     

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。     

直喷式柴油机燃用生物柴油的燃烧特性

在一台直喷式增压柴油机上进行了生物柴油、柴油及其掺混油B20、B50的性能试验,通过测量喷油器针阀升程、喷油压力和气缸压力曲线,对放热率、滞燃期等燃烧特性参数进行了分析,以研究生物柴油对发动机燃烧性能的影响。试验结果表明,在相同工况下,随着掺混油中生物柴油比例的增加,喷油始点逐渐提前,喷油延迟角逐渐变大,喷油压力和喷油持续期有所增加;滞燃期逐渐缩短,在大负荷尤为明显;预混合放热峰值逐渐降低,而扩散燃烧放热峰值逐渐增大;缸内最高燃烧压力提高,其对应的曲轴转角也逐渐提前。燃用生物柴油后发动机的热效率有所提高,在中等负荷时尤为明显。