高原环境对柴油机燃烧过程影响的仿真研究

为分析高原环境下柴油机性能下降的原因,应用CFD软件FIRE对不同海拔条件下柴油机燃烧过程进行了三维仿真研究。建立了描述缸内油气混合过程的中间参数,在此基础上定量分析了高原环境对柴油机缸内油气混合过程的影响。着重通过对燃烧放热规律的分析,研究了高原环境对柴油机燃烧过程的影响。结果表明：高原环境下燃烧室近壁面处易形成较浓混合气,燃油附壁较多,燃烧室中心区域空气利用率降低;燃烧后期,高原环境下柴油机缸内仍有大量浓混合气存在,且分布较集中,燃油质量分数均方差大;随着海拔的升高,燃烧中后期缸内高温区域中心逐渐向燃烧室侧壁移动,附壁燃烧严重,凹坑及余隙处易形成油气堆积,促使燃烧恶化;高原环境对柴油机预混燃烧的影响并不明显,但随着海拔的升高,扩散燃烧放热率逐渐降低,燃烧持续期大幅增加,导致严重的后燃。     

涡轮增压柴油机的油气混合与燃烧放热

通过对三台柴油机的测试与分析,本文总结了三个问题,即一、涡轮增压柴油机放热规律的特点;二、柴油机放热规律的评定参数;三、涡轮增压柴油机油气混合与放热规律的关系。在此基础上提出了一台具有良好混合和燃烧过程的直喷式涡轮增压高速车用柴油机应具备的条件,及改进某个实机燃烧过程的具体措施。     

大功率柴油机进气涡流与燃烧室优化匹配的多维仿真研究

为了得到柴油机进气涡流与燃烧室口径比、燃烧室形状的匹配关系及其对缸内气体流动和混合气形成的影响,对某型大功率柴油机进气涡流与燃烧室的优化匹配进行了多维仿真研究。研究结果表明:进气涡流与燃烧室进行优化匹配,能显著地提高柴油机的动力性;随着燃烧室口径比的增大,最优匹配的涡流比也相应增大,当口径比为0.8时,指示功率最高;对于油束撞壁情况,进气涡流主要影响燃油蒸气在燃烧室壁面附近的分布情况;对于油束未撞壁的情况,进气涡流影响相邻油束之间的干涉和燃油蒸气的空间分布;不同的燃烧室形状应匹配不同的涡流比,在几类燃烧室中,缩口燃烧室匹配的涡流比最大,其动力性也最好;随着涡流比的增大,燃油蒸气区的流场加强,影响燃油蒸气的输运及燃烧特性。     

预喷射对轿车柴油机燃烧噪声影响的数值模拟

应用CFD模拟软件STAR-CD构建三维燃烧室对轿车柴油机进行模拟计算,重点研究了预喷射和发动机压力升高率之间的关系,而压力升高率是燃烧噪声的主要评价因素.根据原机设计了预喷规律,在主喷正时和喷油压力不变的情况下,加上预喷射,通过改变预喷量和预主喷间隔角等参数来研究预喷射对噪声的影响.结果表明:预喷量可以显著降低主喷阶段的压力升高率,从而减小发动机的燃烧噪声;而预、主喷间隔角对燃烧噪声的影响不大.     

凹腔对含硼固体火箭超燃冲压燃烧特性的影响

凹腔常用来增强超燃冲压发动机中空气与燃气掺混、提升火焰稳定性及燃烧效率,然而超音速燃烧室内的燃气流场特性依赖于凹腔结构及其分布。为优化凹腔结构及其分布,提升固体火箭超燃冲压发动机补燃室内的燃烧性能,采用数值方法计算分析凹腔长深比、后倾斜角对含硼固体火箭超燃冲压发动机燃烧特性的影响。计算结果表明：在凹腔长度不变时,取凹腔长深比分别为5.00、3.75、3.00、2.50、2.18、1.85、1.67,硼颗粒燃烧效率与比冲随着长深比减小先增大、后减小,在长深比为1.85时最大;当凹腔长深比为1.85、凹腔后倾角从90°变化到175°时,随着凹腔后倾角增加,硼颗粒燃烧效率增加,175°时燃烧效率最大,但其总压恢复系数及比冲最小,比冲在165°时最高。     

燃油温度对电控单体泵增压柴油机性能影响研究

为了给柴油机电控系统提供喷油控制参数的修正策略,在1 台电控单体泵式涡轮增压柴油机上进行了燃油温度对柴油机性能影响规律的试验研究。试验结果表明:在一定温度范围内, 随着燃油温度的升高,柴油机的喷油压力和每循环喷油量近似线性地减小、最高缸内燃烧压力近似线性地减小、主燃期会近似线性地增加,最终导致有效功率、排气温度、进气压力近似线性地减小, 有效燃油消耗率近似线性地增加。     

后钝体开口先进旋涡燃烧室燃烧特性的数值研究

对不同燃烧条件下后钝体开口先进旋涡燃烧室(AVC)的燃烧性能进行了数值模拟,结果表明,后钝体开口AVC在各工况下都能实现稳定燃烧。随着来流速度的增大,总压损失增大,燃烧效率减小,凹腔内高温分布区域增大且分布更加均匀。随着来流温度的提高,总压损失先减小后保持不变,燃烧效率增大。随着壁面温度的提高,凹腔内温度升高且分布更加均匀,总压损失增大,燃烧效率减小。随着燃气当量比的增大,总压损失先增大后减小,燃烧效率减小。     

某柴油机燃烧系统数值仿真及改进设计研究

以某高升功率柴油机燃烧系统为研究对象,首先采用AVL-Fire软件对燃烧过程进行了三维数值仿真,分别采用WAVE模型、Dukowicz模型以及旋涡破碎(EBU)模型描述雾化、蒸发以及燃烧过程。采用k-ε双方程湍流模型描述湍流流动,数值结果与实验值对比验证了所采用计算模型的合理性,然后对原型机燃烧过程中的三维流动、传热以及燃油分布状况展开分析,得到了原型机燃烧系统的不足之处,在此基础上,根据高升功率柴油机对燃烧过程的要求,对燃烧室结构进行改进设计,并进行相应的三维数值仿真。改型前后的燃烧系统数值结果对比表明,燃烧室形状对燃烧系统的性能影响很大,改型后的燃烧系统在燃烧组织方面得到显著改进,放热率与有效功率得到明显提高。     

柴油机高密度-快速燃烧过程数值模拟

针对柴油机升功率提高后燃烧过程的变化,应用CFD软件Fire研究燃烧子模型在柴油机高密度-快速燃烧过程模拟中的应用,利用某高升功率单缸柴油机的试验结果对WAVE喷雾破碎模型和涡团破碎(EBU)湍流控制燃烧模型的关键参数进行标定。对柴油机3 600 r/min时全负荷条件下燃烧过程进行数值模拟,仿真结果表明,缸内平均压力、指示功率和放热率与试验结果吻合良好,缸内燃油蒸发充分、温度分布均匀     

喷油规律曲线形状对柴油机燃烧过程影响的仿真分析

基于多维数值模拟的方法,研究了4种典型的喷油规律曲线形状对直喷式高强化柴油机燃烧过程的影响规律,通过分析滞燃期、放热率形状、预混燃烧及扩散燃烧放热量分配比例、燃烧重心等,得到结论：矩形喷油规律的滞燃期最短,最先着火,斜坡形喷油规律的滞燃期相对最长;矩形和梯形喷油规律对应的预混燃烧阶段放热量占得比例较大,燃烧重心更接近于上止点(TDC),燃烧的等容度高,循环热效率高,斜坡形和楔形喷油规律预混燃烧阶段放热量占得比例较小。     

ZS1100M柴油机双ω型燃烧系统的试验研究

为了改善柴油机喷雾空间分布,提高缸内空气利用率,加强燃烧室内的气流运动,提出了带双ω燃烧室的燃烧系统,并在ZS1100M型柴油机上进行了初步性能试验。研究结果表明：双ω燃烧室的几何形状对柴油机燃烧系统的油耗与排放性能有较大的影响。在额定工况下,57型燃烧室方案的油耗与碳烟排放最低;65型燃烧室方案的NO_x排放与原机相比基本不变,油耗却降低了2.2%,碳烟排放降低了8.3%. 在额定转速下,65型燃烧室的油嘴突出高度在2.6 mm时油耗与碳烟排放性能最优。在转速1 500 r/min下,采用双排喷孔的各方案在中小负荷时油耗均比采用单排喷孔的原机方案要低;适当增加上排喷孔数,减小双ω燃烧室的喉口直径能进一步降低油耗。     

柴油引燃天然气双燃料燃烧稳定性研究

本文对天然气和柴油双燃料发动机的复合燃烧规律进行了研究,主要阐述负荷、转速、替代率、柴油供油特性、引燃油量、进气混合气浓度和供油提前角等因素对燃烧循环变动、燃烧恶化和爆震燃烧等的影响及其特征。     

甲醇柴油混合燃料缸内燃烧仿真分析与试验验证

为探索战时车辆代用燃料,通过建立柴油机的燃烧模型,计算分析不同比值甲醇柴油混合燃料的缸内燃烧压力、温度、放热规律,并通过单缸机试验,探索出甲醇柴油混合燃料对柴油机动力性、经济性、机械负荷、热负荷的作用规律及掺混比值。     

碳酸ニ甲酯与柴油混合燃料的互溶性及最佳混合比研究

碳酸二甲酯(DMC)具有含氧量高、沸点低等特点，适合作为柴油机的燃料添加剂。对DMC和柴油的互溶性以及不同DMC添加比例下，对柴油机的动力性、经济性、排放特性进行了研究。实验结果表明：在发动机燃油和燃烧系统不作变动的条件下，在添加比20%范围内随着DMC在柴油中添加比例的增加，排气烟度逐步下降，热效率提高；当添加比例在10% - 20%时，烟度降低40%～50%，热效率增加了1% - 3%，发动机功率降低4%～8%，NOx、HC、CO和C02的排放变化很小。通过研究得出：DMC和柴油的最佳比例为15%；柴油和DMC的添加比在0%～15%范围内二者有很好的互溶性；上述研究对柴油机合理应用含氧燃料有指导意义。     

喷管对连续旋转爆轰涡喷组合发动机性能影响的数值研究

采用共轴环包式双燃烧室模型,通过数值模拟探讨了尾喷管结构参数对连续旋转爆轰涡喷组合发动机燃烧室及喷管流场结构和性能的影响。采用40%富氧空气为氧化剂,煤油蒸气为燃料,物理模型由外环内径93 mm、外径113 mm、长度85 mm的环形旋转爆轰燃烧室和内腔直径83 mm、长度85 mm的共轴涡喷中心流道组成,计算域包括带有共用等直喷管、独立等直喷管以及2种不同收缩比的拉法尔喷管的连续旋转爆轰涡喷组合发动机的燃烧室和喷管流场。数值结果表明：旋转爆轰燃烧室在发动机带有不同尾喷管时均能够形成稳定自持传播的爆轰波,不同喷管构型对爆轰燃烧室内的流场结构与参数影响较明显。相比于独立等直喷管,对于爆轰波峰值静压与波速的影响上拉法尔喷管起到有效的提升作用,但收缩比的增加会导致预混气喷注不均匀,影响爆轰波自持传播的稳定性;共用等直喷管则轻微地降低了爆轰波峰值静压与传播速度,提高了预混气喷注区域和波头的高度。在该文所选工况下,较大收缩比的拉法尔喷管能明显地改善喷管出口的状态,对发动机的推力与燃料比冲提升最显著,高达16%。     

天然气混氢发动机稀燃极限影响因素试验研究

为了研究点火提前角、掺氢比、节气门开度、发动机转速、机油和冷却水温度对天然气混氢发动机稀燃极限的影响,在一台点燃式发动机上开展了台架试验。试验转速1 500～3 000 r/min,节气门开度10%～40%,机油温度75 ℃～95 ℃,冷却水温度65 ℃～85 ℃. 试验用燃料掺氢比0～40%,点火提前角条件为稀燃最佳角。结果表明：过大和过小的点火提前角都使发动机的稀燃极限减小;稀燃极限随燃料中掺氢比增加而显著提高;随节气门开度增加略有上升;随发动机转速增加而减小;随机油温度升高先减小后增大;随冷却水温度升高而略有上升。     

旋转爆轰发动机燃烧室掺混特性数值研究

为探索旋转爆轰发动机燃烧室内气体射流冷流掺混的情况,采用高精度高分辨率迎风通量分裂格式(AUSMPW+),求解三维欧拉方程。以环缝/小孔喷注方式的发动机模型为基础,在保证当量比不变情况下,分析了燃料喷注位置、喷注角度、单侧孔或双侧孔喷注、入口总压及出口反压对冷流掺混效果的影响。研究结果表明:随着H₂喷注位置的前移,掺混效果有明显提高; 喷注角度的改变对H₂/Air的掺混效果有很大的影响; 顺喷的掺混均匀度变化幅度较大,在燃烧室的头部,顺喷的掺混效果比垂直喷注和逆喷差,在燃烧室尾部的掺混效果优于其他2种; 对单侧孔或双侧孔喷注而言,双侧孔喷注方式的掺混效果明显高于单侧孔喷注方式; 掺混效果与入口总压成反比,与出口反压成正比。