氢发动机工作过程的数值模拟研究

为了分析和研究氢发动机的运行特性，预测多种参数变化对性能的影响，对氢发动的燃烧过程建立零维模型，进行数值模拟。试验表明，模型的计算值和试验值具有良好的一致性，模拟计算弥补了试验测试中的不足，可以从更深层次地认识氢发动机的运行特性和规律。     

天然气/柴油双燃料转子发动机燃烧过程的数值模拟

针对天然气/柴油双燃料转子发动机的缸内工作过程,基于FLUENT软件建立了耦合正庚烷简化机理的二维计算模型,并利用文献数据进行了验证。在此基础上,研究了纯柴油工况下喷射持续期对燃烧过程的影响,获得了较好的喷射持续期;并在该持续期下对天然气替代率对转子发动机燃烧过程的影响进行了研究。研究结果表明:保持当量比不变,喷射持续期的变化会对燃油浓度分布产生影响,从而影响燃烧过程;采用45℃A喷油持续期可以在保持较高缸内压力的同时减少污染物的生成。天然气替代率的提高会导致初期燃烧速度的减缓和后期燃烧速度的增大;随着天然气替代率的增大,燃烧初期同一偏心轴转角下的缸内压力和温度逐渐降低,燃烧后期则呈相反的趋势。采用50%天然气替代率可以在保持较高缸内压力的同时大大降低CO和Soot生成量,而NO生成量略有升高。     

预燃室式天然气掺氢发动机燃烧及排放模拟

为探索掺氢对预燃室式大功率中速天然气发动机燃烧和排放的影响,采用计算流体动力学耦合化学动力学方法,在一台6ACD320型天然气发动机上,对氢气体积分数为0～ 30％的天然气-氢气混合燃料的燃烧过程进行了数值模拟.结果表明:在天然气中掺氢促使缸内产生了更多的0、OH等活性自由基,从而加速了缸内火焰传播,发动机的指示燃气消...     

不同点火提前角时HCNG发动机的燃烧与排放特性

在一台火花点火天然气发动机上开展了在不同点火提前角下燃用不同体积掺氢比(O%～50%)的天然气掺氢燃料(HCNG)的试验研究,进行热效率、燃烧放热率、循环变动及排放特性的分析.结果表明:与原天然气发动机相比,HCNG发动机的最大扭矩点火提前角(MB了)减小,MBT时指示热效率变化不大;点火提前角增大时,火焰发展期增长,最大压力变动率减小,快速燃烧期和平均指示压力变动率先减小后增大;在相同点火提前角时,以上4个参数均随掺氢比的增加而减小.N0x、CO排放浓度随掺氢比增加而增大,CH4排放則相反.     

转子发动机数值模拟技术的进展概况

针对新型发动-转子发动机,简要介绍了转子发动机目前的研究状况以及转子发动机数值模拟所采用的各种模型及其所使用的技术和优缺点,最后介绍了国内外转子发动机数值模拟技术的进展情况与发展趋势。     

20%HCNG发动机试验研究与平均值建模

进行了20%天然气掺氢(HCNG)发动机试验,根据空气和燃气的混合气流量、进气歧管压力、转速、节气门开度等参数间的拟合关系,提出了预测混合气流量和进气歧管压力的经验公式,并得出在相同发动机转速条件下,进气歧管压力与有效效率之积(p_(man)η_e)和进气歧管压力与转速之积(p_(man)n)呈近似线性关系。建立了20%HCNG发动机平均值模型,分别进行了稳态工况和瞬态工况仿真验证,仿真数据与试验数据吻合较好。     

一维湍流预混火焰的数值模拟

建立湍流燃烧的“双流体”数学模型,用于一维湍流预混稳态火焰的描述,假定燃烧火焰由冷的反应物（预混气体）和热的生成物（燃烧产物）组成,它们既有各自的属性,又相互作用,进行热量,质量和动量的交换,采用Patankar和Spalding的Phoenics计算程序来求解该数学模型,成功地模拟了一维湍流参混火焰的压力场,密度场,速度场。     

发动机螺旋进气道三维流场数值模拟及试验研究

利用CATIA V5R14对某发动机螺旋进气道进行了三维造型,然后利用Ricardo三维流体软件VECTIS进行流体计算,并对该气道进行了稳流试验,计算结果与试验对比发现,平均流量系数与里卡多涡流比吻合较好,而且CFD可以获得大量试验无法获得的信息。因此CFD已成为现代设计优化气道不可缺少的重要技术。但由于CFD相对试验来说耗时长,而且各气门升程下计算数据波动较大,故目前开发优化气道流程中CFD仍不能完全替代气道稳流试验。最后对该气道流量系数不高的问题提出了改进建议。     

车用发动机燃用天然气掺氢燃料的性能计算分析与研究

为了研究天然气掺氢发动机的燃烧特性,从模拟试验的角度运用大型发动机软件建立了6缸火花点火天然气掺氢发动机的虚拟样机,并经过试验验证该模型基本准确.通过仿真计算得出,天然气发动机在掺入氢气之后,提高了燃烧速度,明显拓宽了发动机的稀燃极限.在掺入氢气30 %(体积百分比)时,发动机的综合性能指标较好;提高压缩比,指示热效率得到提高.     

掺氢天然气充量均质压燃发动机燃烧和排放特性的数值模拟研究

为研究掺氢对天然气充量均质压燃（homogeneous charge compression ignition, HCCI）发动机的燃烧及排放特性的影响,基于化学反应动力学软件包CHEMKIN中的零维模型模拟天然气HCCI发动机在掺氢比为0%~40%时的燃烧过程及排放,并对其进行数值分析。结果表明：掺入氢气后缸内温度和放热率先略下降后上升而缸内压力变化不明显,着火时刻随掺氢比增加不断提前,CO和CO₂的生成浓度降低而NO的生成浓度上升。掺入氢气为体系提供大量H,使链分支和链传递反应加快,HO₂和OH生成速度加快,造成着火时刻提前。NO的总生成速率随掺氢比增加而加快。     

增压稀燃天然气掺氢发动机排放特性

为了研究20%掺氢比的增压稀燃天然气掺氢(HCNG)发动机的排放特性,通过对发动机进行了空燃比和点火提前角调整试验、ETC循环测试试验和加装氧化型催化器试验,获得了20%HCNG发动机的排放规律.CH4排放随着空燃比的增大先减少后增加;CO排放在高于理论空燃比后骤减;Nox排放随着空燃比的增大先增加后减少,在空燃比19～21 左右达到最大值,1600～1800r/min时最低.CO、Nox随着点火提前角的增大而增加;CH4随着点火提前角的增大略有增加,并且点火提前角越大,对CH4排放的影响越小.加装催化器后,CO、CH4的转化效率均＞90%.试验结果表明:增压稀燃和氧化型催化器相结合是天然气掺氢发动机节能减排的有效方案.     

火花点火甲醇发动机工作过程多维数值模拟

研究对象为一台由柴油机改造的火花点火甲醇发动机,应用AVL-FIRE软件的FEP技术建立进气道-进气门-气缸部分三维动态网格,建立数学模型并验证了模型的可行性;详细分析了缸内流体速度场分布,甲醇与空气的混合气燃烧火焰扩散及传播过程;研究了火花塞位置对甲醇发动机燃烧过程的影响,结果表明火花塞设置在原柴油机喷油器处较为合理...     

车用柴油机增压匹配数值模拟研究

使用VC 和Matlab分别建立了柴油机、涡轮增压器、进排气管及中冷器的数值模型,并编制了涡轮增压器与柴油机的匹配计算程序。应用该程序对某柴油机与某径流式涡轮增压器联合工作过程进行仿真计算,得到柴油机的性能参数及与该增压器的匹配数据,最后通过试验结果对数学模型、增压器与柴油机匹配程序的可行性进行了验证。     

机车柴油机喷油嘴三维流场数值模拟及其改进研究

通过FLUENT软件利用可压缩流体的三维湍流模型和无粘流动模型对改进前后喷油嘴内流场进行了数值模拟。对比研究发现,90°密封座面的压力损失小于60°密封座面;随着喷射压力的提高喷油嘴流量系数有减小的趋势;喷孔倒角可以增大喷油嘴流量系数,同时可以减少高压喷射带来的压力损失。在高强化中速机车柴油机上220 000 km的实际运用结果表明,该型针阀偶件大大减少了故障率,并且其工作可靠性、使用寿命有大幅度提高。     

汽油机进气动态特性建模与仿真研究

从汽油机实际工作过程出发,运用平均值建模方法构建了汽油机进气管内空气动态特性模型,并基于稳态试验数据对模型待定参数进行了辨识。通过引入转速修正项对模型结构进行了修正,特别是对节气门处空气质量流量的饱和非线性特性进行了补偿,解决了原节气门处空气质量流量子模型在较大节气门开度下误差较大的问题。台架试验和计算机仿真对比结果显示,在稳态工况下,进气压力模型仿真与实测值的最大相对误差不超过±2%,在节气门阶跃的瞬态工况下,最大误差不超过±3%。相关模型可直接用于基于模型的进气口空气流量预测、空燃比控制器设计,也可作为汽油机模型的一部分,为空燃比控制策略软硬件在环仿真提供条件。     

直喷式汽油机缸内浓度场数值模拟

对直喷式二冲程汽油机缸内浓度场进行了数值模拟,选取两种代表性的发动机工况,采用球顶燃烧室,改变喷油定时和喷雾方向,研究它们对燃烧室内混合气浓度分布的影响。通过仿真分析得到:喷油定时和喷油方向对缸内浓度场分布有很大影响。当喷油器的中心轴线与气缸中心轴线的夹角为15°的喷油方向,喷油定时在低负荷选择95°CA、高负荷选择160°CA时,可以在火花塞附近形成有利于点火的混合气浓度,在整个燃烧室形成有利于分层燃烧的浓度场分布。     

基于AVLFIRE的发动机进气道三维流场数值模拟研究

利用软件AVLFIRE对4个不同气门升程下进气道的流动特性进行分析研究,揭示某发动机进气道及缸内的流动特性．得出各升程下气体流动的流线图、湍动能、速度等值线图及流量系数和涡流比,直观地表明了进气过程气道及缸内的流动特性,为进气道性能优化、评价和再设计提供了方法和依据。     

柴油机内部EGR的数值模拟分析

应用大型通用CFD软件STAR-CD及网格生成软件ES-ICE,对带有内部EGR的柴油机进气及压缩过程缸内三维瞬态流场进行数值模拟研究,并分析其组分浓度及温度的分布情况,通过研究掌握内部EGR对缸内温度、浓度场的影响,为进一步研究内部EGR对缸内燃烧的影响奠定基础。