直喷天然气发动机稀薄燃烧特性的仿真试验

在缸内直喷压缩天然气(Compressed natural gas,CNG)试验样机进行火焰传播特性可视化研究的基础上,仿真计算分析了不同喷射方式和不同点火方式对缸内浓度场、温度场等微观物理场的影响,以及这种微观物理场对NO生成规律的影响。结果表明:缸内浓度场的分布特性直接影响火焰传播速度和温度场,是控制稀薄燃烧过程的关键,可通过喷射方式来控制;点火方式主要改变温度场由此影响NO的生成规律;浓度梯度越大,火焰传播速度越快,稀薄燃烧稳定性越好;通过双点点火方式可以有效控制火焰传播速度。     

燃烧室形状对天然气发动机缸内流动和燃烧过程的影响

结合4102低排放天然气发动机的开发,应用FIRE软件对4102发动机原燃烧室和2种新的燃烧室设计方案(楔形和弧形燃烧室)进行了建模和仿真计算,对比分析了燃烧室形状对缸内流动和燃烧过程的影响。结果表明,弧形燃烧室效果最好,与原燃烧室相比,在点火时火花塞附近气流速度低,初期火焰核心稳定,火焰传播速度快,燃烧持续期短,缸内最高压力比原始燃烧室提高12.7%,有利于提高天然气发动机性能。     

气体燃料船用主机工作过程三维数值模拟

为了实现高效稀燃,纯气体燃料船用主机需要采取预混合气的"分区控制、湍流激扰"来保证可靠点火和快速火焰传播。设计了某型号气体燃料船用主机的燃烧系统。应用三维CFD软件对其工作过程进行了数值模拟分析,研究了缸内流场变化、燃料-空气混合过程、点火和火焰传播过程,分析了预燃室内燃料加策略。研究为主机的燃烧系统设计和加浓喷射策略设计提供了初始数据支撑。研究结果表明:在点火时刻,主机预燃室内形成了当量比为1.05的稍浓混合气,有利于稳定点火和火焰快速传播;点火后,经由预燃室喷孔喷出的引燃火焰在主燃室内迅速扩展,在50°CA内即完成主燃烧。     

分层充气天然气发动机混合气形成的数值解析

解析了渐缩形纵向直进气道发动机的进气过程 ,与实验结果对比验证了计算方法的可行性 .对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷天然气发动机混合气形成过程进行了解析 ,得到天然气 空气混合气在气缸内的速度场、空燃比分布等 ,探明了缸内纵向滚流的存在 .表明在纵向进气滚流作用下 ,压缩接近终了时 ,缸内混合气呈明显分层构造 ,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 .     

缸内燃烧光电测量的可视化技术

利用光纤传感器对内燃机缸内燃烧进行了探测 ,并与以往常规压力传感器的测量结果进行了比较 ,探索了将光纤传感技术应用于燃烧测量的可行性。利用光强信号可实现同步探测燃烧过程的燃烧时刻、爆震燃烧、循环稳定性、火焰传播及成分分析等多项燃烧特征。图像光纤传感器是未来普及与实现燃烧深层次研究的有效手段。燃烧可视化对燃烧过程测量具有重要意义。     

分层充气天然气发动机混合气形成的数值解析

解析了渐缩形纵向直进气道发动机的进气过程，与实验结果对比验证了计算方法的可行性．对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷天然气发动机混合气形成过程进行了解析，得到天然气．空气混合气在气缸内的速度场、空燃比分布等，探明了缸内纵向滚流的存在．表明在纵向进气滚流作用下，压缩接近终了时，缸内混合气呈明显分层构造，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．     

柴油/天然气双燃料发动机油气耦合分层燃烧

针对柴油/天然气反应活性控制压缩点火发动机低负荷热效率低、未燃CH₄和CO排放高等问题，本文提出了一种发动机双进气道双阀燃气独立喷射方法，通过三维CFD仿真，对比研究了双阀燃气喷射比例对缸内油气耦合分层、燃烧以及排放特性的影响规律。结果表明：双阀燃气喷射比例对缸内混合气形成和燃烧过程有重要影响，通过微量柴油分段喷射和调整双阀燃气喷射比例，缸内能够形成高低反应活性燃料的耦合分层，缸压和放热率峰值增加，峰值相位提前，燃烧持续期缩短，未燃CH₄和CO排放总体呈现下降趋势。当双阀中直管燃气喷射比例为80%时，不仅能够提高发动机热效率，并且可以在NO排放不增加的情况下实现CH₄和CO排放的同时降低。     

直喷汽油机SI/HCCI燃烧过程的CFD模拟研究

建立了缸内直喷HCCI汽油机三维数值模型,且搭建了CFD-化学动力学反应机理计算模型.基于该计算模型平台研究了缸内直喷汽油机SI/HCCI燃烧模式下的燃烧与排放特性.分析了缸内喷雾发展过程、混合气空间分布以及不同燃烧模式下缸内压力与NO排放.研究结果表明,与传统火花点火燃烧模式相比,均质压燃模式下缸内温度空间分布更佳均匀;缸内压力升高率更高;但是燃烧持续期有所缩短.     

燃烧室形状对船用天然气发动机的燃烧特性

针对船用多点喷射稀薄燃烧天然气发动机的天然气燃烧速度慢、缸内燃烧效率低的问题,本文从燃烧室形状入手,利用三维数值模拟方法,研究了3种不同燃烧室形状(原机、缩口形燃烧室、敞口形燃烧室)对燃烧特性的影响。由缸内流场、湍动能场、混合气分布状态、燃烧过程进行微观揭示的结果表明：缩口形燃烧室缸内最大燃烧压力相比于原机增加8.4%、峰值相位提前3℃A。敞口形燃烧室缸内最大燃烧压力相比原机降低8.9%,峰值相位推迟。缩口形燃烧室缸内平均湍动能较大,高湍动能区域更加靠近燃烧室内部,混合气分布更为聚拢,活塞上行至上止点过程中形成有利于火焰传播的滚流区,此诸多因素提高了燃烧效率。敞口形燃烧室降低火力岸余隙空间,混合气分布也较为聚拢,但挤气面积的减小使得缸内平均湍动能降低,进而天然气燃烧速度与燃烧效率降低。     

臭氧对甲烷/空气层流火焰传播速度影响规律

为提高气体机稀薄燃烧时的燃烧性能,解决天然气发动机在稀薄燃烧情况下点火能量高以及火焰传播速度慢的问题,利用强氧化性的臭氧对燃料进行改质,进而提高天然气燃烧性能。通过Chemkin软件研究臭氧添加对甲烷层流火焰传播速度的影响,并对臭氧助燃的化学机理进行数值分析。试验结果表明:添加臭氧后,层流火焰传播速度增加,在稀薄混合气条件下增加量更明显。在不同温度及压力条件下,掺加臭氧均能增加层流火焰传播速度,最大可增加36%。分析表明:掺加臭氧能明显提升自由基及中间产物的生成量,进而提高甲烷层流火焰传播速度。     

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.     

基于超声雾化的柴油/汽油混合燃料液滴群燃烧特性

利用超声雾化多液滴制备系统,制成了柴油/汽油混合燃料多液滴群,其中液滴直径、液滴浓度、液滴速度等参数均可独立调节,以模拟内燃机缸内喷雾的实际流动及其与空气的混合状态。将该多液滴群引入可控活化热氛围燃烧器中,并对其稳定燃烧后的燃烧特性进行了研究。结果表明:改变混合燃料掺混比、燃料进给速度、空气流量等参数后,多液滴群自燃火焰形状随之发生显著改变,随着燃料中柴油所占比例的增大,火焰起升高度增加,火焰宽度减小;燃料进给速度和空气流量的改变,影响了混合燃料的燃空当量比及中央射流出口速度,进而影响到燃料的燃烧特性。     

天然气发动机点火提前角的优化

为提高天然气发动机的动力性和燃料经济性, 对天然气发动机的点火提前角进行了优化研究.利用GTPower软件搭建了天然气发动机的仿真模型, 通过理论分析与数值模拟相结合的方法, 分析了点火提前角对天然气发动机缸内燃烧压力和燃烧温度、压力升高率、燃烧放热率、转矩及燃气消耗率的影响.在此基础上, 利用DOE (design of experiments) 模块, 针对增压天然气发动机节气门全开、空燃比为22~25的工况, 以转速和点火提前角为独立变量、以输出转矩为相关变量、以缸内燃烧压力峰值出现的位置及压力升高率限值为约束条件, 进行了点火提前角的优化计算, 得到了最佳点火提前角的三维MAP图.     

二冲程直喷汽油机混合气形成的数值解析研究

二冲程汽油机具有升功率高、做功密度大、运转平稳、结构简单等优点。文章依据四冲程缸内直喷汽油机结构特点,提出了区别于传统的曲轴箱扫气形式的、具有弯曲活塞顶的壁面引导式二冲程直喷汽油机的分层稀薄燃烧系统,利用纹影实验验证了数值解析计算方法的可行性,使用AVL Fire软件数值模拟了壁面引导式二冲程直喷汽油机在不同负荷工况(4800 r/min)时缸内混合气形成的过程。结果表明:在部分负荷工况时,燃油在压缩过程中后期喷射,接近点火时刻(25°CA BTDC)火花塞电极附近形成了理想的可燃分层混合气构造,燃烧室的整体空燃比可达到40:1;在大负荷工况时,燃油在扫气后期喷射,接近活塞压缩终了气缸内可形成均质可燃混合气,且不造成燃油短路。     

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。     

两阶段喷油在催化转化器性能考评台架中的应用

催化转化器性能考评台架可以快速、有效的评价催化器的性能,具有较高的应用价值.在对催化转化器性能考评过程中,汽油机燃烧循环变动带来的转速波动,降低了空燃比控制的精度,从而影响了考评结果的可信性.为了降低燃烧循环变动,采用两阶段喷油的方式,将每循环所需的燃油一次喷射在进气冲程之前,形成缸内均质混合气;另一次喷射在进气冲程,用于提高点火瞬间火花塞附近混合气质量分数.通过对比不同喷油时刻和喷油比例时发动机的转速波动,分析了两阶段喷油参数对燃烧循环变动的影响.采用两阶段喷油进行了催化转化器空燃比特性试验,试验结果表明,通过优化喷油参数可以降低转速波动,提高空燃比控制精度.     

二甲醚柴油机HCCI变参数运行的数值研究

运用二甲醚HCCI简化机理,利用计算流体动力学软件对ZS1100柴油机燃用二甲醚进行了仿真研究,分析了进气温度、燃空当量比、压缩比对燃烧和排放的影响.研究表明:提高进气温度、增大燃空当量比,最高压力和温度均上升,HC和CO排放降低,NO排放增加;增大压缩比,燃烧始点、峰值压力均提前.     

涡流比对柴油机双ω燃烧系统性能的影响

为了改善柴油机喷雾空间分布,提高缸内混合气形成质量,提出了双ω型燃烧室及与之相匹配的双排喷孔的新型燃烧系统.在试验缸压曲线与仿真曲线基本吻合的前提下,应用AVL FIRE软件对不同涡流比的缸内喷雾、混合气形成和燃烧过程进行了数值模拟,分析了其对缸内速度场、浓度场及燃烧排放特性的影响.结果表明:随着涡流比增大,预混燃烧阶段形成的混合气增多,滞燃期缩短.当涡流比为2.0时,Soot排放最低.随着涡流比继续增大,在强涡流的作用下,油束末端撞壁后产生一个局部环状涡旋,燃烧恶化,Soot排放明显增加.     

LPG用于小型点燃式发动机的性能优化与稀薄燃烧

介绍了将LPG应用在小型点燃式发动机上时 ,对燃烧系统参数优化和稀薄燃烧能力的影响。试验在一台四冲程、水冷 1 2 5ml单缸摩托车发动机上进行。研究结果表明 ,压缩比和点火提前角的增大有利于恢复发动机扭矩 ,火花塞间隙调整对扭矩影响不明显 ;提高压缩比、增加点火提前角和加宽火花塞间隙将有利于LPG在发动机中拓宽稀薄燃烧区的范围     

两阶段喷油在催化转化器性能考评台架中的应用

催化转化器性能考评台架可以快速、有效的评价催化器的性能，具有较高的应用价值．在对催化转化器性能考评过程中，汽油机燃烧循环变动带来的转速波动，降低了空燃比控制的精度，从而影响了考评结果的可信性．为了降低燃烧循环变动，采用两阶段喷油的方式，将每循环所需的燃油一次喷射在进气冲程之前，形成缸内均质混合气；另一次喷射在进气冲程，用于提高点火瞬间火花塞附近混合气质量分数．通过对比不同喷油时刻和喷油比例时发动机的转速波动，分析了两阶段喷油参数对燃烧循环变动的影响．采用两阶段喷油进行了催化转化器空燃比特性试验，试验结果表明，通过优化喷油参数可以降低转速波动，提高空燃比控制精度．