直喷式柴油机燃烧压力高频振荡与燃烧噪声的关系

应用声响应法和Sysnoise声学软件进行模态实验和模态分析,研究燃烧噪声高频激励机理．通过有限元方法计算燃烧室空腔在点声源激励下的声压响应,确定了燃烧室空腔在激励力作用下产生较强烈的压力振荡的频率．通过测量发动机缸内压力和噪声,研究燃烧压力高频振荡频率和幅值与时间窗获取的燃烧噪声的关系．燃烧压力高频振荡频率与燃烧噪声高频成分具有很好的对应关系,较高的振荡幅值对应的燃烧噪声值较高．研究结果表明,燃烧压力振荡频率和幅值是影响燃烧噪声高频成分的主要因素．     

内燃机燃烧压力振荡对燃烧过程影响的模拟研究

结合可视化发动机、高速摄影和激光剪切干涉测量设备拍摄的燃烧过程照片和获得的燃烧二维温度场,建立了燃烧室空腔模型,并将空腔声学模型划分为未燃区和已燃区,通过空腔声模态和瞬态响应研究,获得了燃烧室空腔在多点激励下的声场变化情况,结果表明,燃烧室空腔在多点激励下在未燃区产生局部压力集中现象,燃烧压力振荡可能是引起燃烧过程未燃区出现局部自燃现象的根本原因。     

声响应法在直喷式柴油机燃烧压力振荡频率特性研究中的应用

本文采用声响应法对直喷式柴油机燃烧压力振荡频率特性进行了深入的研究，为此设计了一套用于压力振荡研究的实验装置，获得了常温下燃烧空腔压力振荡的共振频率随曲轴转角变化的规律，揭示了燃烧室形状和气体温度等参数对压力振荡共振频率的影响，其试验结果与理论分析基本吻合。     

声响应法在直喷式柴油机燃烧压力振荡频率特性研究中的应用

本文采用声响应法对直喷式柴油机燃烧压力振荡频率特性进行了深入的研究，为此设计了一套用于压力振荡研究的实验装置，获得了常温下燃烧空腔压力振荡的共振频率随曲轴转角变化的规律，揭示了燃烧室形状和气体温度等参数对压力振荡共振频率的影响，其试验结果与理论分析基本吻合。     

声音信号在贫油预混预蒸发振荡燃烧分析中的应用

为研究声音信号在贫油预混预蒸发(LPP)燃烧室热声耦合振荡分析中的应用,设计并搭建了LPP燃烧室振荡燃烧试验台,完成了燃烧室振荡燃烧下的声-热参数对比试验,并对燃烧装置进行声学模态分析.结果表明:在主频附近,燃烧室与预混室内的声场具有相互耦合作用;在相同入口空气流速下,燃烧室的主频与燃油质量流量成正比,在相同燃油质量流量下,燃烧室的振荡主频不变;在过渡状态下,声音信号可反映出在点火、稳定到振荡燃烧、振荡到稳定燃烧和熄火工况下,燃烧室内燃烧状态的变化;试验中测得的声音信号主频为2阶轴向振荡模态.     

贫预混预蒸发燃烧室振荡燃烧特性的实验研究

针对燃用航空煤油的贫预混预蒸发模型燃烧室的振荡燃烧特性开展了实验研究。实验表明:在相同的燃烧室入口空气燃料混合物流速下,随着当量比的增加,燃烧室振荡燃烧的振荡主频从132 Hz增加到144 Hz,但燃烧室的均方根脉动压力幅值却从1 464 Pa下降到342 Pa。在当量比不变情况下,入流空气燃料混合物流速较低时,容易引发振荡燃烧现象,而当入流空气燃料混合物流速较高时,则燃烧会变得稳定。分析了整个燃烧实验装置的前4阶轴向声学模态频率,发现实验中所激励出的振荡燃烧主频和第二阶轴向声学模态频率吻合的很好。     

混合过程对旋流预混火焰燃烧不稳定性影响的实验研究

针对预混火焰燃烧振荡问题,通过改变旋流预混燃烧器的长度和气流速度,研究了混合长度、气体流速和当量比对燃烧不稳定性的影响,检验了时间延迟模型在宽时间尺度范围内的有效性,并揭示燃烧室压力脉动与燃烧器内燃料空气混合的相互作用机制,及其对燃烧模态的影响.结果表明,燃烧室内压力脉动会向上游传播,引起预混管内当量比脉动.当混合时间尺度小于临界尺度时,时间延迟模型具有一定的可行性.预混管内当量比脉动会随气体流动传至燃烧室中,进而影响燃烧过程,导致燃烧模态随混合时间增加而出现稳定-振荡的循环变化.当混合时间尺度大于临界尺度时,压力脉动向上游的扩散和当量比脉动向下游的流动传递衰减严重,燃烧处于稳定模态.该临界尺度约为τfc=1.5.     

富氢燃料贫预混旋流燃烧热声振荡特性的实验研究

贫预混燃烧是实现富氢燃料燃气轮机低NO_x燃烧的有效途径之一,但是贫预混燃烧极易产生热声振荡,热声振荡会干扰燃烧过程,对燃烧室的结构造成破坏。本文通过实验分析了当量比、燃料组分以及空气质量流量对热声振荡特性的影响。结果表明:在动态压力功率谱上有两个明显的峰值,其频率均随当量比的增加而增加,同时当量比也会影响振荡强度;氢含量越高,越容易发生热声振荡,提高氢含量会影响热声振荡的特性,当氢含量达到一定值之后再提高氢含量对热声振荡特性的影响变得不明显;空气质量流量越大,振荡强度增大,稳定燃烧的范围变小。     

折流燃烧室几何结构简化和流量统计对比

以多喷嘴阵列燃烧器为对象,研究了甲烷预混模式下不同当量比燃烧的自激热声振荡特性,实验过程中同步测量了热释放率和压力脉动信号并获取了OH*时序图像。利用相空间重构和本征正交分解分别解析了压力脉动、反应区相干结构和各阶模态能量占比。研究结果表明,在当量比0.62~0.85范围内,随着当量比增加,燃烧室内依次出现低频振荡、稳定燃烧、间歇振荡和极限环振荡4种典型燃烧状态;当发生极限环振荡时,压力重构曲线为极限环,其轴线附近没有数据点分布,前3阶能量占比达到70%以上,反应区沿轴向发生明显的交替变化,沿径向具有较好的对称性和均匀性;稳定燃烧时,重构曲线凝成一团,前20阶能量占比不足25%,不存在明显的主频,瞬态火焰形态具有较好的一致性;甲烷预混多喷嘴阵列燃烧器的自激振荡模态为单一轴向振荡模态,和传统旋流燃烧有很大的不同,这可为后续进一步开展多喷嘴阵列燃烧器热声产生机理和抑制方案的研究提供参考。     

运用波动方程计算内燃机爆震燃烧时的热声耦合性质

分析热声耦合领域和内燃机爆震的研究现状,给出根据KIVA燃烧模型推导出的三维波动方程,将之与KIVA相耦合,对一台内燃机爆震燃烧时的声波进行计算.结果显示,燃烧室内声学波动频率很高,且爆震时其幅值可达数个兆帕.对比实测爆震气缸压力高频信号可知,该波动方程可正确计算爆震时燃烧室内声波.对比高速摄影实验结果.声场计算结果和气体获得声功的分布图可知,声场的振荡比火焰传播更快、更复杂;内燃机燃烧的热声振荡没有特定部位稳定声功的输出或输入.最后,总结了常规热声机和内燃机热声耦合性质的异同.     

用声响应法测量直喷式柴油机燃烧压力振荡共振频率的研究

本文根据声波动理论推导出声压波动方程，证明了在密闭空间中声压波动具有与柴油机燃烧室内气体压力振荡相类似的规律性。实验还表明，通过声响应法测量的声压波动共振频率与燃烧压力振荡共振频率是基本相等的。     

内燃机燃烧室柱面反射系数及其对压力波动的影响

为了对气缸中的声场进行更加准确的计算,燃烧室壁面声学反射系数作为重要参数,需要单独讨论.分析不同结构的声反射系数及其应用范围,结合内燃机燃烧过程的实际情况,推导出柱面结构下的3层介质反射系数表达式,对不同参数条件下的3层结构反射系数进行计算讨论,确认了柱面结构反射系数的取值范围为0.977~1.0.结合能够描述缸内压力波动变化情况的波动方程,分别计算了不同反射系数对压力波动的影响,结果表明,在燃烧室内声学波动频率约为10,000,Hz 以下时,采用柱面结构反射系数能够更加准确地描述缸内的压力波动     

柴油机燃烧室气体振荡的模拟与试验研究

基于燃烧数学模型中的流场模型,对柴油机燃烧过程中的气体高频声波振荡问题建立声学模型并给出了求解方法。用该方法对燃烧室内的声学变化特性进行计算,并将不同转速和不同负荷工况下的实测缸压振荡结果和声学计算结果进行对比。研究结果表明:该方法能正确计算柴油机燃烧过程中的压力振荡。对于试验用柴油机,燃烧室气体第一阶主振荡频率均在5kHz以上,振荡规律与具体的工况有关。直接影响燃烧振荡性质的两个因素为放热速率和燃气温度,燃气温度越高,则发生振荡时的振荡频率越高;放热规律曲线峰值越大则振荡幅值越大。以8×10-5 s为间隔绘制了声场分布图,结果表明:燃烧室中的声场分布是不均匀的,且随时间变化十分迅速。     

初始条件对燃气轮机DLE燃烧室性能影响研究

以单头部中心分级旋流干式低排放(Dry Low Emission, DLE)燃烧室为研究对象,以天然气为燃料,针对不同的全局当量比、进口温度、进口压力条件开展试验测试和数值模拟,研究燃烧室的燃烧性能以及污染物排放的变化规律。研究发现：随全局当量比增大,中心回流区长度略有增大、宽度变窄、回流速度增大,燃料量的增加使得高温区面积明显扩大,燃烧室出口温升明显增大,出口温度分布系数变化不大,燃烧室出口CO和NO_x排放摩尔分数明显增大;随进口温度的增大,中心回流区长度先明显增大再减小、宽度变窄、回流速度先增大再减小,进口空气温度的升高使得反应速率加快从而导致燃烧室出口温度升高,但温升、出口温度分布系数变化不大,CO和NO_x排放摩尔分数增大;随进口压力的增大,中心回流区长度、宽度略有增大,回流速度增大,燃烧室内部和燃烧室出口温度无明显变化,出口温度分布系数减小,CO和NO_x排放摩尔分数受影响较小。     

Thermodynamic analysis of a pulse combustion system and its application to gas turbines

The study describes a special construction of a pulsating self-compressing combustion system, which gives nearly constant in- and outflows of gas, and its use in connection with gas turbine power stations. The main idea of the self-compressing combustion chamber is that the pressure at the outflow after combustion is higher than that at the inflow to the combustion chamber. The maximum thermodynamically possible pressure rise in the combustion chamber is solved and calculated for different temperature ratios and combustion processes. The thermodynamic advantage of pulse combustion for gas turbine systems is shown as a function of the self-compression pressure ratio.     

柴油机瞬变工况下某些喷油及性能参数变化的研究

本文建立了柴油机瞬变工况喷油及燃烧过程瞬态参数的测量分析系统,研究了柴油机转速及负荷突变过程中喷油及燃烧过程瞬态参数的连续变化情况.结果表明,在开始加速时喷油提前角增大,喷油持续期及滞燃期延长,使得最大压力升高率急剧增加.在转速及负荷突变过程中,喷油及燃烧过程均呈波动状变化.     

进气参数及燃烧室结构对LNG发动机排放性能的影响

以L23/30A发动机为研究对象,研究了不同进气参数及不同燃烧室几何形状对缸内燃烧特性对柴油机性能及排放的影响。研究结果表明:随着进气压力的增大和燃烧室过渡圆深度的加深,缸内挤流作用加强,油气混合均匀,缸内燃烧充分,降低了soot及NO_x的生成;减小燃烧室的缩口直径及提高进气温度,缸内湍流分层严重,滞缓了缸内涡团的破碎与聚合,局部油气分布过浓燃烧不完全,导致局部温度、压力过高,诱发燃烧过程中soot及NO_x的生成。因此,在加深燃烧室过渡圆深度的前提下,通过提高低温燃烧的进气压力,可以改善发动机的燃烧特性。     

Parameter variations and the effects of hydrogen: An experimental investigation in a lean premixed low swirl combustor

With a global focus on the reduction of fossil fuel consumption and harmful pollutant emissions, new technologies have been raised offering reduced emissions with the combustion of alternative and renewable fuels. Low swirl combustion and the addition of highly reactive fuels into the fuel stream are two methods that have been shown to meet these challenges. In the present study, the thermo-acoustic behavior of a lean premixed low swirl combustor is examined by the variation of several parameters: the equivalence ratio, bulk velocity, chamber pressure, and the addition of hydrogen into the fuel mixture. It is reported that the natural modes of the chamber employed shift upwards for both fuel mixtures examined when increasing the equivalence ratio. As additional heat is dumped into the chamber, the increase in acoustic energy is being pumped through these natural modes. An increase in the bulk velocity is found to have opposite effects on these dominant acoustic modes for the two mixtures investigated. The methane mixture shows negative shifts in frequency when increasing the bulk velocity, whereas the hydrogen-methane mixture displays upward-shifting frequencies. Elevating the chamber pressure results in an increase in the acoustic modes for both mixtures, although the trend is more consistently linear for the hydrogen-methane flames.     

A hydrogen injection system with solenoid valves for a four-cylinder hydrogen-fuelled engine

A four-cylinder four-stroke water-cooled gasoline engine with spark ignition is refitted to an in-cylinder injection spark-ignition hydrogen-fuelled engine, and the concept of its test apparatus is set up. The study to be reported in this paper focuses mainly on modification for its hydrogen supply system and combustion system to solve such problems as small power output and abnormal combustion in a hydrogen-fuelled engine. A fast response solenoid valve, which possesses good switch characteristics and very fast response, and its electronic control system are described. A high pressure hydrogen injector is designed to improve hydrogen jet penetration and mixture formation in the combustion chamber, and to prevent backfire occurring in the hydrogen supply pipe between the fast response valve and the combustion chamber. Ignition by spark plug is adopted and an Intel 8098 chip microprocessor is developed to control ignition and injection timing optimally. This study shows that abnormal combustion, such as backfire, pre-ignition, high pressure rise rate and knock, can be controlled and performance of the engine can be improved by means of this system.