非平衡等离子体对降低点火延迟的数值研究

针对航空发动机燃气停留时间短难以充分燃烧以及稀薄燃烧中点火能过高和火焰传播速度慢的缺陷,引入高压纳秒脉冲放电作为甲烷-空气混合气的点火源,利用放电产生的非平衡等离子体改善点火和燃烧性能。通过对放电过程的模拟计算,分析产生的粒子种类和密度,从电子能量分布的角度,分析粒子分布变化的机理。再结合CHEMKIN多区模型,研究放电产生的粒子在着火过程中对点火延迟产生的影响。结果表明,约化场强处于200~400 Td区间时产生单个自由基的能量消耗最低,每个自由基仅消耗8 e V。而随着约化场强增加,O、OH等自由基的粒子密度有不同幅度的增加。在着火过程中加入自由基的摩尔分数越大,点火延迟时间越短。将约化场强为400 Td时产生的自由基摩尔分数加入多区模型,稀燃时的点火延迟时间与化学当量比条件下的相比降低了24.4%。     

交流放电等离子体助燃乙烯/空气的数值模拟

通过耦合零维等离子动力学求解器和燃烧动力学求解器,建立了交流放电等离子体助燃模型,研究了交流放电非平衡等离子体对C2H4/空气的助燃路径,并与自燃过程进行了对比.该模型使用电子能量分布函数计算电子碰撞反应速率,并得到贫燃条件下连续放电过程中温度、组分浓度、放热速率、关键组分的生成/消耗速率随时间的变化.研究表明,等离子...     

汽油机燃烧过程中气缸内对流换热的数值模拟

本文对Morel的汽油机缸内对流换热模型进行了改进,把一维模型应用于燃烧过程的计算,可以体现汽油机燃烧时缸内温度、组分浓度和湍流的空间变化对对流换热的影响,得到燃烧时对流换热量随时间的变化和在缸内的径向分布情况.计算实例表明,面积平均的对流换热系数远大于Woschni公式得到的计算值,缸内热流量的变化与火焰面的位置有密切关系.应用本文的数值模拟方法,还可以预测发动机的几个参数改变时,对流换热量的相应变化情况.     

汽油机非稳定加速工况燃烧放热率计算模型的修正

要对发动机非稳定工况实施最优控制,就应对其在非稳定工况下的工作过程做深入的研究。求取燃烧放热率是进行燃烧过程优化研究的基本手段,但在迄今为止的各种燃烧分析仪中,给出的多为稳定工况分析结果。作依据４９２Ｑ汽油机加速过程的试验结果,修正了汽油机燃烧放热率计算的热力学模型,使之适用于非稳定工况最后,通过实测示功图分析了４９２Ｑ汽油机沿外特性加速过程的放热特性和指示效率。     

LJ189F汽油机力学分析及平衡计算

对一台单缸汽油机进行了运动学、动力学分析和平衡计算.采用单轴平衡法使其离心惯性力和一阶往复惯性力得到了平衡,减小了振动,提高了可靠性和使用舒适性.     

发动机稀燃条件下纳秒脉冲等离子体助燃甲烷/空气的数值模拟

纳秒脉冲放电可产生非平衡等离子体实现辅助燃烧．通过耦合零维等离子体动力学和燃烧反应动力学,建立了发动机纳秒脉冲放电等离子体助燃甲烷/空气的模型．研究表明：相同放电能量条件下纳秒脉冲放电可在上止点附近成功点燃当量比为0.5的稀混合气,而火花放电只能导致最高温度升高124 K,无法点燃缸内混合气．在纳秒脉冲放电条件下,低温时放电产生的激发态N₂(A³Σ_u⁺)和O(1D)促进了O原子的生成．放电后期,累积的N₂振动激发态在驰豫过程释放出了较多的热量,有利于稀燃条件下的点火．电流密度的增大提高了放电过程中激发态、自由基的浓度,发动机最高燃烧温度升高,点火延迟时间缩短,燃烧相位提前．     

富氧条件下汽油机燃烧过程数值模拟与试验研究

本文采用数值模拟和试验的方法研究进气中O<,2>体积分数对汽油机燃烧特性的影响.根据湍流的分形特征,应用分形理论计算了湍流燃烧速度和质量燃烧率等.试验对一台单缸汽油机分别提供O<,2>(氧气)体积分数为21%、23%、25%、27%和29%的富氧空气,分析缸内压力及放热率.借助VB语言编制计算程序,进行了计算与试验对比分析.     

增压直喷汽油机热平衡和平衡试验对比

为提高内燃机能量利用效率,针对增压直喷汽油机联合开展了万有特性下热平衡和平衡试验.基于热力学第一定律和第二定律,建立内燃机热力学分析模型,结合试验数据得出该机的热平衡图和平衡图,在此基础上分析了内燃机工作参数对各种形式能量流和流的分布影响,并对热平衡和平衡进行了对比分析.结果表明:从热平衡分析来看,燃料能量主要损失在废热中,各种形式能量流分数大小呈明显的波动变化;从平衡分析来看,不可逆损所占比例最大,是限制内燃机效率的主要因素;热效率和排气能量分数分别与效率和排气流分数的等值线形态相似;排气分数峰值出现在高速高负荷区,传热分数峰值出现在低速低负荷区.针对分析结果,提出了几点改善汽油机能量利用效率的建议.     

汽油机的稀薄燃烧系统分析

简要介绍了一种新型的汽油机的稀薄燃烧系统 ,可以有效地降低燃油消耗率和废气排放。     

汽油机工作过程的数值模拟

本文根据Benson等人提出的汽油机燃烧模型,考虑了燃烧室挤气面积对火焰传播速度的影响,对汽油工作过程进行了数值模拟,并结合EQ6100发动机实测数据找出了紊流火焰传播速度因子与发动机转速的关系。实验表明模拟结果是合理的,建立的汽油机燃烧过程模拟是可行的。     

缸内直接喷射式汽油机点火稳定性的数值分析

缸内直接喷射式汽油机的一个显著特点是依靠火花塞点燃喷入缸内的汽油油束。由于缸内混合气浓度极不均匀，所以其点火及火焰传播过程与普通均质燃烧式发动机有很大的不同。火焰核心的稳定形成及初始火焰发展对缸内的整个燃烧过程有极其重要的影响。本文利用二维两相混合模型模拟喷雾过程，利用一个详细的准维模型模拟火花塞的点火过程，并采用特殊处理方法使两个子模型相匹配，计算了缸内直接喷射式汽油机从喷雾到形成稳定火核的全过程，分析了多种因素对点火稳定性的影响，尤其是对涡流比、点火时刻和喷油定时之间的适当配合进行了模拟分析。计算结果对优化实验有明显的指导作用。     

等离子点火系统数值模拟计算

本文用等效的内部加热区代替产生欧姆热的电弧,采用k—ε双方程湍流模型进行数值模拟,对等离子点火装置内的气体流场进行计算。通过改变不同的工况,分析了进气速度,电功率对电极斑点附近的电极表面温度及流场温度的影响。计算表明增加气流量可以有效提高电极的冷却效果,也是提高电极冷却效果的最佳途径;但增加气流量不但使喷嘴出口气流平均温度降低,而且还会增加电源功率,同时也容易使等离子弧进入湍流区。通过对数值模拟结果的分析,提出了等离子发生器的结构设计的合理建议。     

中心轴插式等离子体点火特性数值模拟

以Fluent软件为计算平台,针对中心轴插式等离子体点火燃烧器内部三维湍流流场及点火特性进行数值模拟,计算煤粉混合物在通过整个燃烧器时内部温度场、着火过程成分变化和煤粉的燃尽率等,分析其点火燃烧器内部的燃烧特征.分析了在给定来流条件下,不同等离子体喷枪功率下,点火煤粉燃烧器内中心截面温度分布;分析了点火煤粉燃烧器内CO、O2和CO2的质量浓度分布与温度分布的关系.     

火花点火天然气发动机工作过程的数值模拟

近年来,由于能源和环保的要求,火花点火天然气发动机以高效、低污染燃烧的优点正在迅速发展。为了分析和研究这种发动机的运行特性,预测多种参数变化对性能的影响,将零维模型应用于气体燃料发动机燃烧过程中。试验表明,模型的计算值和试验值具有很好的一致性。模拟计算弥补了实验测试中的不足,可以从更深层次地认识气体燃料发动机的运行特性和规律。     

缸内直喷二冲程汽油机均质燃烧过程的数值模拟

缸内直喷二冲程发动机实现均质燃烧的主要问题是在过早喷油时会导致燃油逃逸的现象发生,因此本文采用旋流喷油器,配合高转速,利用AVL-FIRE软件模拟形成近化学计量比的混合气实现均质燃烧。模拟了均质燃烧过程中混合气形成及不同点火时刻燃烧放热率、缸温缸压等随曲轴的变化,结果表明:高转速大负荷下,在ABDC15°CA喷射,BTDC15°CA点火,可以实现均质燃烧模式,从而达到提高发动机热效率和降低排放的目的。     

汽油压燃发动机中燃烧化学动力学特性的模拟

利用PRF70掺混燃料作为汽油表征燃料进行仿真研究,将三维计算软件CONVERGE和Chemkin结合,研究了汽油压燃燃烧反应过程的主要放热反应并对其进行了相关的化学反应路径分析。结果表明:在汽油压燃燃烧反应过程中,不同反应对总放热率的贡献不同,由HCO+O_2CO+HO_2、CH2O+OHHCO+H2O、CH2CCH2OH+O_2CH2OH+CO+CH2O是燃料燃烧过程中对放热贡献最大的3个反应,其放出的热量远大于其他反应;汽油压燃燃烧反应过程中参与夺氢反应的自由基主要有4种,分别是HO_2、OH、H、O,在不同曲轴转角处上述4种自由基参与夺氢反应的重要性不同,HO_2夺氢反应所占比例始终领先其他3种,H、O参与的夺氢反应所占比例随曲轴转角的增加而增加,相应的OH参与夺氢反应所占比例减少;汽油压燃燃烧反应过程中,随着曲轴转角的变化,缸内温度升高,异辛烷发生高温裂解的比例增加。     

等离子燃烧器燃烧特性的数值模拟

结合煤粉锅炉等离子燃烧器的结构特点,用数值仿真软件Fluent对套筒式等离子燃烧器的内燃特性进行了二维流动数值模拟,计算了一次风从燃烧器的等离子点火区到炉膛内的燃烧特性,并与实验和工程应用结果进行了比较。模拟结果表明:在等离子燃烧器喷口形成了“粉包火”的着火工况,降低了燃烧器喷口温度,改善了燃烧器的工作环境。该燃烧模拟结果与等离子燃烧器在某600MW机组现场应用以及在等离子热态试验台点火试验的结果基本吻合。图6表2参3     

火花点火发动机着火延迟期,燃烧持续期及NOx排放的数值模拟预测

本文介绍了火花点火发动机着火延迟期、燃烧持续期及ＮＯｘ排放的数值计算方法，并结全准维湍流卷吸模型进行了数值计算。文中给出了准维模型的计算与试验结果，并分析计算了若干发动机运行参数对着火延迟期、燃烧持续期及ＮＯｘ排放和平均指示压力的影响。结果表明，根据准维模型建立的着火延迟期、燃烧持续期及ＮＯｘ排放计算式有较清晰的物理意义，对分析、理解火花点火发动机燃烧与排放形成有一定的参考价值。