基于遗传算法的微型燃烧室一维优化设计

在微型发动机燃烧室初步设计方案的基础上,结合流体网络法、化学反应器网络模型法和遗传算法进行微型发动机燃烧室一维优化设计,对微型发动机燃烧室的燃烧效率进行优化,程序可在预定范围内自动调整火焰筒内外双壁面各排孔孔径,在保证总压恢复系数大于95%的前提下使燃烧效率增加1.7%,达到了微型发动机燃烧室的一维优化设计要求。     

点火式LPG发动机数值模拟与仿真分析

针对点火式LPG发动机进行了缸内燃烧过程的三维数值模拟,研究了LPG发动机在稀燃状态下的燃烧特性。使用FIRE软件,分析了点火提前角、压缩比以及燃烧室结构对LPG发动机燃烧过程中缸内、温度、累积放热量、已燃燃气质量分数以及NO质量分数等参数的影响,探索出对LPG发动机燃烧过程的影响规律,为LPG发动机设计以及性能试验研究提出方向性的建议。     

微型转子发动机参数设计方案研究

针对现有小型转子发动机微型化后存在的诸如尺寸较小装配困难、压缩比对燃烧效率及热损失的影响等问题,并综合考虑熄火距离对燃烧室的影响容积比例,选择基本尺寸参数的选择,通过三区准维模型对微型转子发动机的基本性能进行初步计算,得到基本性能参数。最后采用一体化设计方案完成微型转子发动机的设计,证明基本参数设计方案的可行性,为转子发动机的微型化提供参考。     

基于计算流体动力学分析的增压发动机燃烧系统优化

利用STAR CD软件,对增压发动机缸内流动进行了数值模拟,研究了不同进气道和燃烧室设计对缸内流动过程的影响。研究表明,高滚流比气道和四挤气燃烧室方案下,燃烧系统缸内瞬态滚流比和湍动能均得到提高,且湍动能中心更靠近气缸中心。基于研究对增压发动机燃烧系统进行了优化,在1 500 r/min满负荷时,优化后燃烧持续期曲轴转角减小了3°CA。     

燃烧室结构对天然气转子发动机燃烧过程的影响

以一台由端面进气汽油转子发动机改装而来的预混天然气转子发动机为研究对象,在FLUENT软件的基础上通过编程实现转子发动机三维网格的偏心运动,并选择合适的湍流模型、燃烧模型以及详细的CHEMKIN化学反应机理,建立基于化学反应动力学的端面进气天然气转子发动机三维动态数值模拟模型。通过与试验数据进行对比和分析,验证模型的可靠性。在此基础上,研究燃烧室结构对端面进气天然气转子发动机的缸内流场、温度场和中间产物浓度场的影响。结果表明,当燃烧室凹坑布置于转子曲面长度方向的前端和转子曲面宽度方向的中心时,燃烧过程同时利用了燃烧室后部的滚流以及燃烧室中部高速流区对火焰的加速作用,缸内整体燃烧速率最大。同时,其缸内压力最大以及中间产物OH的生成量也最大,其压力峰值比中置凹坑燃烧室提高了19.9%,但其NO质量分数仍在0.5%以内。     

点燃式天然气发动机燃烧室结构优化的仿真与试验研究

利用三维数值仿真的方法,对带有浴盆形燃烧室的天然气发动机缸内流动和燃烧特性进行分析,提出了两种燃烧室结构优化设计方案,试验对比了采用原燃烧室和挤气喷射燃烧室时的发动机性能。结果表明:在不改变压缩比情况下,通过改变活塞头部凸起形状和位置,能够实现浴盆形燃烧室内的挤流与滚流有效耦合;控制点火时刻的火花塞附近气体流速,能提高缸内平均湍动能,加大快速燃烧期内火焰前封面的面积,改善燃烧质量。发动机采用优化的2号挤气喷射燃烧室,能够明显加快发动机燃烧进程,提高发动机的动力性和经济性,发动机功率从75kW提高到78.7kW,最低比气耗降低4.4%,HC和CO排放略有降低。     

船用柴油机燃烧室结构分析

为探索不同燃烧室结构对大缸径船用柴油机燃烧和排放的影响,基于原机燃烧室,新设计了6种不同形状的燃烧室,采用AVL Fire软件建立燃烧室仿真模型,并结合涡流数和均匀系数来对缸内流动、混合和燃烧过程进行数值模拟分析。结果表明：燃烧室直径和凹坑深度等参数会对缸内流动产生很大影响,凹坑深度较大的缩口燃烧室能产生较强的涡流从而改善燃烧,而浅坑的开口燃烧室的缸内燃烧状况较差。同时发现,只有在缸内涡流和湍动能都较大的情况下才能使燃烧更充分。从发动机性能和排放结果来看,缩口燃烧室G1的功率输出增加4.6%,排放与原机基本持平;直口燃烧室G4在略低于原机的功率输出下,NOx排放降低43.3%;开口燃烧室的做功能力较差。     

燃烧室喷嘴的优化设计与仿真模拟

通过建立圆管状燃烧室内煤粉燃烧的数学模型,对燃烧室回流区的温度场进行数值模拟。通过改变燃烧室的喷嘴形状,数值模拟了温度场的分布规律。结果表明,不同的喷嘴对燃烧有着重要影响,钝体喷嘴最适合该燃烧室的要求。实验表明,数值模拟与实验结果能基本吻合。研究结果对燃烧室的设计和燃烧室工况分析具有指导意义,所建立的数学模型为燃烧室几何和结构设计以及燃烧过程操作中进行定量分析提供了有效手段。     

燃烧室对醇醚燃料发动机排放影响的数值模拟

为了研究燃烧室形状对醇醚燃料发动机排放的影响,应用AVL_Fire软件模拟研究5种不同形状的燃烧室对发动机燃烧过程和排放的影响。结果表明:不同形状的燃烧室对湍动能的影响主要在上止点附近;不同燃烧室内NO的生成区域较大,基本遍布于整个燃烧室内,而Soot主要分布在温度高的油束附近和凹坑壁面处;直口燃烧室A和敞口燃烧室B内的Soot排放均较低,NO排放均较高;缩口平底燃烧室D的NO排放很少而Soot排放高;缩口尖底燃烧室E内的NO和Soot排放均较低,具有较好的排放特性。     

单缸电力约束活塞发动机汽缸工质压强的燃烧模拟分析

论文介绍了单缸电力约束活塞发动机的结构及工作机理，建立了工质压力的动力学方程式；利用AVL／Boost软件建立发动机工作模型，模拟分析燃烧室的燃烧情况并求解第一工作室即燃烧室的工质压强，为电力约束活塞发动机的性能仿真提供了依据。     

微自由活塞发动机HCCI着火界限研究

开展微燃烧室里均质压缩燃烧(Homogeneous charge compression ignition,HCCI)可视化试验,进行定性分析,并以试验为基础建立三维数值模拟计算模型;基于丙烷燃烧化学反应动力学机理,提出自由活塞运动与燃烧过程耦合的计算方式,通过编写STAR-CD软件中的动网格子程序,对微燃烧室里均质气体压缩燃烧过程进行了数值模拟研究;分析了各种参数对微HCCI着火特性的影响,得出在理想模型下的压缩着火界限,即当量纲一参数压缩比不小于55时,均质气体总能压缩着火;并揭示泄漏对均质压缩燃烧过程的影响,得出在不同泄漏间隙尺寸下着火界限的变化情况,为微自由活塞发动机的设计提供一定的理论依据。     

基于CFD的氢气／空气当量比对微尺度燃烧室燃烧特性影响的分析

以美国麻省理工学院（MIT）研制的硅基六晶片微燃烧室为研究对象,提出利用二维CFD（计算流体动力学）数值模拟的方法,研究在保持微尺度燃烧室进口氢气／空气流量不变的情况下,改变氢气／空气当量比对燃烧室燃烧特性的影响。整个模拟计算主要包括氢气／空气的流动路径、微燃烧室的内部区域以及整个燃烧室的墙壁面;同时在计算过程中我们考虑了氢气／空气的流体动力学特性、传热学特性和详细的基元反应机理。结果表明,利用二维CFD数值模拟的方法研究微尺度燃烧室燃烧特性可行,与国外实际测量结果较为相似,为今后微型燃气轮机燃烧室的研制及改进提供了一定的参考依据。     

微型摆式内燃发电机的循环能量分析及效率计算

微型摆式内燃发电机(M ICSPG)是微型摆式内燃机和发电机的有机集成体。在左、右燃烧室的交替驱动下,M ICSPG通过自由活塞组件(SFPA)的往复摆动,实现燃料的化学能和电能的直接转换。本文从M ICSPG的一个工作循环着手,按照能量的输入、流动、耗散及输出的传递过程,剖析了M ICSPG中能量的转换规律;并以此为基础,估算了M ICSPG的效率、平均输出功率、SFPA的最大瞬时速度等特性参数。研究结果对M ICSPG中各能量组件依存关系的理解、控制系统的设计、工作特性及效率的提高提供了有益的参考。     

微热光电系统燃烧器的研究

介绍了一种新颖的微动力机电系统，即微热光电系统。该系统可以取代电池作为各种微型机械的动力，广泛应用于民用与军工部门。微燃烧器是微热光电系统的一个重要元件，其外表面必须产生一个高而均匀的温度分布，以尽可能高地输出辐射能。结合三维数值模拟与实验对微燃烧室进行了研究。研究结果表明，带有台阶的微火焰管燃烧室非常适合于微热光电系统的应用。     

喷油嘴微孔电火花加工机床机电控制系统设计

喷油嘴喷孔加工质量直接影响发动机的燃料喷射和燃烧性能。喷油嘴喷孔机械钻削加工已难以适应高压力、微细喷孔喷油嘴发展的需要。微细电火花加工喷油嘴喷孔具有无宏观加工力、无毛刺、可加工微细喷孔以及可在热处理后加工等优点。文章结合自主设计研发的喷油嘴微细孔电火花加工机床,设计了机床的机电伺服控制系统,并进行了控制系统性能优化,进行了喷油嘴微细喷孔的电火花加工实验和工业应用,较好地满足了喷油嘴微细喷孔加工的工业需求。     

微尺度下氢氧预混合气催化燃烧的研究

基于空间气相和表面催化的详细化学反应机理,应用计算流体动力学软件对亚毫米燃烧器内的氧氧预混合燃烧进行模拟,在对催化燃烧模型进行试验验证的基础上,讨论不同反应模型的燃烧特性以及壁面材料和进口流速等对催化燃烧反应的影响.模拟结果显示,表面催化反应会使壁面相邻位置空间气体内的OH质量分数降低,对该催化壁面临近区域的气相反应有所抑制;壁面催化反应与空间气相反应耦合进行时,燃烧效率可达到最大值;进口速度对出口排气温度的影响要大于对外壁面最高温度的影响,进口速度过高会导致燃烧效率降低;燃烧器材料的选择也对催化燃烧有着重要的影响,采用热导率较小的材料时,燃烧器壁面存在较高的温度梯度,燃烧器外壁面温度也较高,而采用热导率较大的材料时,壁面对进口端的气体预热作用增强,高温燃烧区域向入口端移动.     

Rapid prototyping and testing of 3d micro rockets using mechanical micro machining

The trend of miniaturization has been applied to the research of rockets to develop prototypes of micro rockets. In this paper, the development of a web-integrated prototyping system for three-dimensional micro rockets, and the results of combustion tests are discussed. The body of rocket was made of 6061 aluminum cylinder by lathe process. The three-dimensional micro nozzles were fabricated on the same aluminum by using micro endmills with φ100μm~φ500 μm diameter. Two types of micro nozzle were fabricated and compared for performance. The total mass of the rockets was 7.32 g and that of propellant (gun powder) was 0.65 g. The thrust-to-weight ratio was between 1.58 and 1.74, and the flight test with 45 degree launch angle from the ground resulted in 46 m~53 m of horizontal flight distance. In addition, ABS housing for the micro machined rocket was fabricated using Fused Deposition Modeling (FDM). A web-based design, fabrication, and test system for micro nozzles was proposed to integrate the distributed hardware resources. Test data was sent to the designer via the same web server for the faster feedback to the rocket designer.     

超磁致伸缩微位移给进器异形板弹簧有限元分析

超磁致伸缩微位移给进器是以超磁致伸缩材料为核心、以自动控制理论为基础典型的机电产品。主要通过超磁致伸缩致动元件和微位移传感器实现闭环控制系统，并在软件上实现对磁致伸缩滞后等因素进行补偿，完成车刀的精密给进。根据内燃机活塞异形加工的要求，对超磁致伸缩微位移给进器的关键部件-异形板弹簧进行了有限元分析。通过有限元的计算结果发现，该异形板弹簧的最大应力值出现在弹簧的螺栓孔处，最大变形位置为顶端。这在设计时必须加以考虑。     

原位反应形成Al2O3/Cr复合材料的研究

本文利用燃烧合成工艺制备了原位反应的 Al2 O3加少量 Cr的陶瓷基复合材料 ,并对其组织结构及形成机理进行了研究与分析。