高压共轨直喷柴油机缩口燃烧室内混合气形成的多维数值研究

改进设计了高压共轨直喷式柴油机缩口型燃烧室,利用FIRE软件针对不同燃烧室结构对燃烧室内气流特性的影响进行了多维数值模拟。研究了高压共轨喷射系统与缩口直喷式燃烧室匹配时不同喷射参数对燃烧室内流场、浓度场和温度场分布特性的影响,以及混合气形成过程的微观特性。研究结果表明:改进后的缩口直喷式燃烧室能够合理地利用喷雾的动能,提高燃烧室内的气流强度及其保持性,从而加强燃烧开始后燃油与空气的混合能力,促进扩散燃烧过程。因此,合理的燃烧室形状配合喷射时刻和压力的有效控制能在提高发动机性能的同时降低排放,是高压共轨直喷式柴油机实现高效率低排放的有效途径。     

近后喷对高压共轨柴油机燃烧过程影响的数值计算

应用CFD模拟软件FIRE针对车用增压共轨柴油机在高负荷工况下采用近后喷策略的缸内工作过程进行了数值计算。分析了后喷量和主/后间隔角对燃烧过程的影响。研究结果表明,随着后喷量和主/后间隔角度的增加,缸内燃烧压力、放热规律及缸内温度曲线的峰值降低,燃烧重心推迟,燃烧噪音和NOx生成量减少,但经济性有所恶化。同时,增大后喷量一方面可使后喷燃油的贯穿距增大,在壁面附近高温缺氧区域内形成的燃油蒸汽增多,增加了后喷燃油的Soot的生成量,另一方面增强了对缸内流场的扰动效果,使得更多的氧气进入燃烧产物区,加速了Soot的氧化,因此选取适当的后喷量可以获得较低的Soot的生成量。后喷间隔过大时,Soot排放有明显增加的趋势。     

液态LPG直喷发动机混合气形成的数值解析

首先数值解析了缸内电控直喷汽油机的混合气形成过程,并且与光学纹影实验结果比较,验证了解析方法的可行性.在此基础上,分别考察了电控LPG直喷发动机曲面活塞顶燃烧室和凹坑型活塞顶燃烧室在部分负荷工况下混合气的形成过程.结果表明:在部分负荷下、压缩行程后期喷射时,由于缸内滚流的作用,两种不同形状活塞顶的燃烧室在接近压缩终了时,缸内混合气都能呈明显分层构造,即在火花塞附近聚集了较浓的混合气,而离火花塞较远处则是较稀的混合气,整个燃烧室的空燃比达到40:1.     

高压共轨喷射柴油机采用燃料主喷和后喷的燃烧模拟

为了解后喷对柴油机燃烧、排放的作用,利用商用计算软件STAR-CD对高压共轨柴油机进行了改变后喷量和主后喷间隔的燃烧模拟。结果表明,后喷对NOx影响不大,碳烟显著降低。随着后喷量逐渐增大,碳烟曲线由单峰演变为双峰,且峰值明显降低,这是后喷燃油恰处于氧气较浓的区域着火燃烧,产生碳烟相对较少的结果。后喷扰动使得燃油和碳烟与氧气的混合加强,燃烧强化,高温区增大,后期碳烟氧化速率明显增大。主后喷间隔4°CA时25%后喷量的作用最明显,碳烟最终生成量减少37.6%。综合考虑热效率,认为后喷量取20%左右为宜。主后喷间隔过大时,碳烟有增加的趋势。     

液态LPG直喷发动机混合气形成的数值解析

首先数值解析了缸内电控直喷汽油机的混合气形成过程,并且与光学纹影实验结果比较,验证了解析方法的可行性。在此基础上,分别考察了电控LPG直喷发动机曲面活塞顶燃烧室和凹坑型活塞顶燃烧室在部分负荷工况下混合气的形成过程。结果表明:在部分负荷下、压缩行程后期喷射时,由于缸内滚流的作用,两种不同形状活塞顶的燃烧室在接近压缩终了时,缸内混合气都能呈明显分层构造,即在火花塞附近聚集了较浓的混合气,而离火花塞较远处则是较稀的混合气,整个燃烧室的空燃比达到40∶1。     

MPI天然气发动机混合气形成过程的数值模拟

采用数值模拟方法，对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷(MPl)方式天然气发动机中混合气的形成过程进行解析，得到了天然气一空气混合气在气缸内的速度场、浓度场等。结果表明在纵向进气滚流作用下，压缩终了时，缸内混合气明显呈分层构造，在火花塞附近聚集较浓的可燃混合气，实现部分负荷工况下的稀薄燃烧。     

MPI天然气发动机混合气形成过程的数值模拟

采用数值模拟方法,对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷(MPI)方式天然气发动机中混合气的形成过程进行解析,得到了天然气-空气混合气在气缸内的速度场、浓度场等.结果表明在纵向进气滚流作用下,压缩终了时,缸内混合气明显呈分层构造,在火花塞附近聚集较浓的可燃混合气,实现部分负荷工况下的稀薄燃烧.     

燃烧室下游流场优化数值模拟研究

建立燃气轮机燃烧室点火前的流体流动计算模型,利用计算流体力学软件,对3组不同速度流体的流动情况进行了模拟计算分析燃烧筒流道内的速度场,压力场,对比燃烧筒内在不同压力和速度下流场内流体的流动,模拟计算区域的流场,然后实际进行点火实验,验证模拟结果,发现流场分布最均匀最有利于点火.     

高压喷射的高速直喷柴油机混合气形成及燃烧过程

为了有效组织燃烧室内气流特性,改进了车用缩口直喷高速柴油机燃烧室结构,并在此基础上基于CFD商用软件FIRE对匹配不同轨压的喷雾特性时燃烧室内气液混合流的速度场、浓度场和温度场的动态分布特性进行了仿真计算分析。研究了高速直喷柴油机的混合气形成规律,并通过试验研究了这种混合气形成特性对燃烧过程及排放特性的影响。结果表明:通过对缩口直喷燃烧室内气流特性和轨压的优化匹配,可以有效地控制燃烧过程的滞燃期、预混合燃烧比例和扩散燃烧过程,从而控制高温燃烧持续期,在保证经济性的前提下,可以有效地降低NOx和烟度排放。     

缩口燃烧室中气流特性与燃油喷雾匹配对柴油机燃烧及排放的影响

利用三维数值仿真软件FIRE,对缩口直喷燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷射时刻匹配时对缸内速度场、浓度场和温度场分布特性的影响进行了仿真分析.研究了燃油喷雾与不同燃烧室空间气流特性匹配时的混合气形成特点和燃烧过程,并对混合气形成特点对发动机性能的影响进行了试验研究.结果表明,缩口燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷油正...     

柴油机缸内过程的三维数值模拟

以不稳定性理论为基础为描述油滴破碎过程,以粘附、反弹／粘附和飞溅／附壁射流3个相互重叠的过程来描述喷雾碰壁,建立了燃油喷雾模型。将燃烧划分为低温着火、高温预混燃烧和相关火焰微元扩散燃烧3阶段建立了燃烧模型。开发了微机化三维模拟计算程序,在微机上对涡流室式柴油机的空气运动、喷雾和燃烧全过程进行了数值模拟。     

轻型车用柴油机起动怠速过渡过程瞬态喷油量控制

提出了一种基于目标转矩的起动过程瞬态喷油量控制方法,并在2.8T型高压共轨直喷柴油机上与恒定油量控制方法以及油量MAP式控制方法进行了对比试验。结果表明:基于MAP式控制方法在起动过程中虽然NO_x排放少,但燃烧效率也低,HC和CO排放较高;恒定油量控制方法在起动过程中能保持较高的燃烧效率,HC和CO排放较低,但NO排放多,而且起动过渡到怠速时转速波动较大;本文控制策略可根据起动过程中转速的变化精确控制瞬态喷油量,因此起动过程中燃油消耗量最少、燃烧效率高、CO_2排放最低,在HC和CO以及NO_x排放水平较低的前提下,可以实现起动过程平稳地过渡到怠速状态。     

二维微管中空泡形成过程的数值模拟

应用专业CFD软件——Fluent对喷油器中的空化特性进行数值模拟,对二维微管液流中的空化现象做了定性的讨论,模拟其空泡形成过程,并分析了喷射压力、喷孔的几何形状等影响因素对空穴现象的影响.     

GTL/柴油混合燃料发动机瞬态工况下微粒排放粒度分布特征

研究了高压共轨增压中冷柴油机燃用天然气转化制成的合成油（Gas to liquid,GTL）不同添加比例的混合燃料在恒转速增转矩瞬态工况下的微粒排放粒度分布特征,分析了工况瞬变率及GTL添加比例对于微粒排放粒度分布的影响。研究结果表明,随着恒转速增转矩工况瞬变率的减小,各种试验燃料的微粒排放总量及其随时间变化的增长率均...     

柴油机燃烧室结构对混合气形成及燃烧特性的影响

针对已开发的2.0L型高压共轨直喷柴油机燃烧室,利用FIRE软件建立其仿真计算模型,仿真分析了不同燃烧室结构对缸内速度场以及湍流特性的影响,并引入与混合气形成和燃烧过程密切相关的无量纲参数Da数,研究了燃烧室结构形状对混合气形成机理、燃烧过程以及NO和SOOT生成率的影响。结果表明:通过合理设计燃烧室的结构形状可以有效组织混合气的形成和燃烧过程,从而抑制NO和SOOT的生成。     

轨压对喷雾特性的影响

轨压是影响高压共轨柴油机喷雾形成的主要条件之一,喷雾的好坏直接影响到燃烧过程与排放的好坏。本文在通过实验数据对建立的仿真模型进行验证的条件下,应用CFD软件对不同轨压下的喷雾特性进行了仿真分析。通过对混合气以及绝对喷雾的速度场特性分析得出:轨压越大燃油雾化越好,最高速度出现得越早,然而最高速度值却变小,且保持性变差;单纯的喷雾特性与混合气的特性存在很大的差距,尤其是在喷孔附近对喷雾的影响更大。     

含运动弹丸的某火炮膛口流场数值模拟

为研究膛口流场结构,利用Euler方程并结合Spalart-allmaras湍流模型建立流场数学模型,对某火炮含弹丸的膛口流场进行数值仿真模拟,应用动网格技术处理弹丸的运动情况。仿真结果反映了膛口流场形成及发展过程。     

计算网格对柴油机喷雾数值模拟的影响

利用通用商业CFD软件STAR-CD对柴油机喷雾特性进行数值模拟,分析了计算网格对柴油机喷雾数值模拟结果的影响。研究表明,计算网格的划分直接影响到气流运动状态和油束的几何形态。随着网格加密,喷雾射流速度不断增大,喷雾油束几何形态变得细长,喷雾贯穿距增大。将Hiroyasu经验公式算出的喷雾贯穿距与CFD数值模拟值进行对比,说明采用网格D模拟计算的值吻合较好,该网格适合于喷雾计算。     

缸内直喷天然气发动机燃烧室选型及其混合气形成机理

利用FIRE软件建立了2.0L型直喷CNG发动机的燃烧模型,在光学样机上对CNG燃料缸内直喷的燃烧模型进行验证的基础上,仿真研究了不同燃烧室形状对缸内微观物理场的影响,探索燃烧室形状对混合气形成机理和燃烧特性以及NO生成规律的影响。结果表明:CNG燃料缸内直喷时燃烧室形状对缸内湍流特性及浓度场分布特性,特别是对火花塞附近的浓度场和湍流特性的影响很大;NO生成量不仅取决于NO的反应速率,还与反应区域的面积和反应持续时间密切相关;当燃烧室采用直口且底部适当凸起的形状时,不仅有效抑制了NO的生成,而且可以有效控制火焰传播速度,有利于稀薄燃烧。     

柴油机缸内燃油分布特性

应用商用CFD模拟软件FIRE针对YD4A75-C3电控共轨柴油机实际工作过程中的燃油分布特性进行了深入研究。结果表明:燃油喷入缸内后迅速发生雾化,形成燃油蒸汽,其在射流动能的推动下向燃烧室壁面、凹坑及余隙内进行扩散。燃油在运动过程中,缸内燃油分布区域较为集中,分布的空间体积较小,燃油浓度分布存在严重的不均匀性,基本以高浓形态存在于缸内。同时,未燃燃油吸收了较多燃烧过程所释放的热量,燃烧前已具有较高的基础温度,进一步促进了局部高温区域的产生及有害排放物的生成。