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。     

缸内直喷汽油机喷雾、混合气形成和燃烧过程的三维数值模拟

建立了带进排气道的缸内直喷(GDI)汽油机三维数值模型,并对喷雾模型和燃烧模型进行了实验标定,进而模拟了GDI发动机化学当量比条件下均质混合气和分层混合气两种模式从进气-喷雾-混合气形成-燃烧的全过程.模拟结果表明,GDI发动机高压多孔喷嘴喷雾雾化明显,贯穿距离较长,进气过程中缸内形成强滚流促进燃油蒸发和油气混合;进气冲程单次喷射可在缸内点火之前形成较为均匀的混合气,进气和压缩冲程中进行两次喷射可在缸内点火之前形成火花塞附近较浓、周围较稀的分层混合气;在化学当量比条件下适当采用分层混合气燃烧,与均质混合气相比可以降低燃烧速度,从而减小最大爆发压力和压力升高率.计算结果有助于深入理解GDI发动机的工作过程,并为后续研究GDI燃烧控制策略提供了模拟计算平台.     

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。     

ZS110直喷柴油机喷雾及混合气形成过程的三维数值模拟

利用移植到微机上的ＫＩＶＡ程序对常柴ＺＳ１１１０直喷式柴油机的喷雾及混合气形成过程进行了三维数值模拟，并用数值模拟的方法探讨了喷油嘴喷孔直径一致时对混合气浓度分布的影响，计算结果为该机的改进提供了充分的理论依据。     

ZS1110直喷柴油机喷雾及混合气形成过程的三维数值模拟

利用移植到微机上的KIVA程序对常柴ZS1110直喷式柴油机的喷雾及混合气形成过程进行了三维数值模拟，并用数值模拟的方法探讨了喷油嘴喷孔直径不一致时对混合气浓度分布的影响，计算结果为该机的改进提供了充分的理论依据。     

基于喷油器特征的缸内直喷汽油机混合气形成过程数值模拟

建立了多孔喷油器的一维仿真模型,对不同喷油压力下的喷油参数进行了计算,并详细分析了喷油器针阀开启和关闭时单孔喷雾锥角及喷孔出口有效流动面积的变化。以10 MPa喷油压力下的喷雾计算结果为边界,用FIRE软件模拟了定容喷雾并对其数值模型进行了标定,进而以一2.0 L涡轮增压缸内直喷汽油机为研究对象,分析了喷油时刻对缸内混合气形成的影响。结果显示,在5 000 r/min全负荷工况下,喷油时刻为400℃A时形成的混合气更能满足燃烧和发动机性能的要求。     

柴油机喷雾蒸发混合和燃烧的数值模拟

应用一个准维多区模型对柴油机喷雾的蒸发、混合和燃烧进行了数值模拟,提出了求解燃油蒸发过程的油滴直径瞬时变化的简单代数方程,考虑了碰壁对喷雾射流贯穿的影响。并对一台直喷式柴油机的燃烧过程进行了计算,计算结果与试验值符合较好。     

“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。     

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。     

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。     

温度及压力对柴油机燃烧室内混合气形成影响的数值模拟

用CFD分析软件对柴油机燃烧室内不同环境条件下柴油喷雾的混合气形成及撞壁混合过程进行了模拟计算，并与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，油束撞壁后主要沿燃烧室壁面向下移动，在燃烧室近壁区形成一层薄而浓、面积较大的混合气层，且随燃烧室内气体密度的增大，对应时刻及位置的速度、喷雾贯穿距、燃烧室壁面的燃油堆积量、近壁区浓混合气层的面积及混合气浓度减小．     

预混合燃烧过程的数值模拟研究

对预混合燃烧降低碳烟形成的机理进行了数值模拟,并与仅有主喷射的燃烧过程的数值模拟计算结果进行对比,结果证明采用预混合燃烧确能降低柴油机碳烟形成。     

生物柴油混合燃料在柴油机中燃烧数值模拟计算

以K IVA-3为计算平台,计算了生物柴油和柴油混合燃料的燃烧过程,并将结果与柴油的燃烧计算结果进行分析比较。结果表明：混合燃料的燃烧效果与纯柴油相似,NO排放没有明显升高,可以作为柴油的替代燃料使用。     

氢气微尺度催化燃烧过程的数值模拟

通过耦合计算流体力学软件FLUENT和化学反应动力学软件CHEMKIN,并运用空间气相和表面催化详细化学反应机理,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行了数值模拟,讨论了不同反应模型的燃烧特性以及表面催化反应对空间气相反应的影响。计算结果表明：OH浓度的高低可用来判断微型管道内是否发生表面催化反应。由于壁面的催化作用,空间气相反应发生的难度增加,即表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;表面催化反应对空间气相反应的影响能被分成三种类型。计算结果为在微型动力系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据。     

限流沿燃烧室中实现柴油喷雾稀扩散燃烧的混合气形成过程

提出了一种在于激光诱导荧光法的实验方案，采用增压式共轨喷油器，在定容燃烧实验装置内进行柴油喷雾形成、发展、撞壁和混合过程的实验。实验发现，燃油喷雾在燃料室壁面的沉积可通过在壁面设置一个“限流沿”（BUMP），使之从壁面剥离，剥离后的壁面射流形成一个迅速扩散的二次空间射流，进而形成较均匀、较稀薄的混合气，它有利于减少碳烟和NOx排放。     

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。