利用放热规律计算研究柴油机添加剂对燃烧过程的影响

为探明柴油添加剂的节油与降烟的作用机理，和热规律计算对纯柴油及加剂柴油的燃烧过程进行了分析对比。结果表明：利用放热规律计算结果可以定性分析燃油添加剂对发动机燃烧过程的影响。     

双燃料发动机燃烧放热规律模型及实验研究

在原单一燃料放热规律计算模型的基础上，针对双燃料发动机燃烧过程的特点，将其分为四个阶段，建立了一种新的双燃料发动机燃烧放热率计算模型。使用该模型，可以实现引燃燃料与主燃料放热率计算的分离。简要介绍了该模型的计算原理和方法。利用该模型分别计算了柴油-LPG双燃料发动机的引燃柴油、LPG及总体的燃烧放热率，分析了其燃烧过程及燃烧特性，并与试验结果进行了分析比较。为研究分析双燃料发动机的燃烧特性提供了一种便捷有效的方法。     

基于RANS和LES的汽油、柴油及其掺混燃料压燃燃烧特性数值模拟研究

研究中首先采用RANS和LES两种湍流模型对汽油、柴油及汽柴油掺混燃料的喷雾进行了气液相贯穿距的标定。基于标定好的喷雾模型,采用RANS与LES对3种燃料在发动机中的燃烧过程开展了数值模拟研究。通过对比RANS与LES对部分预混燃烧数值模拟的差异,揭示了两种湍流模型对缸内流动、燃料输运及燃烧过程的影响机理。结果表明,RANS与LES都能够对柴油及掺混燃料的燃烧过程实现较好的预测,其中LES对汽油部分预混燃烧中滞燃期及放热规律的预测与试验更为接近。同时,LES对3种燃料NOx排放的计算结果都与试验更加接近,这与燃料在缸内放热的位置密切相关。     

柴油/甲醇组合燃烧发动机的燃烧特性与排放

对一台高速直喷式柴油机采用柴油／甲醇组合燃烧方式及其纯柴油燃烧方式的燃烧特性进行了研究。其结果表明，采用柴油／甲醇组合燃烧的发动机，燃烧始点晚于采用纯柴油时的燃烧起点，但是燃烧速度快，气缸峰值压力比燃烧纯柴油时高；与纯柴油的双峰放热规律不同，组合燃烧的放热率曲线呈单峰形；组合燃烧的最高燃烧温度比燃烧纯柴油时有所降低．进而从燃烧理论上解释了采用组合燃烧可以同时降低碳烟和NOx排放的原因。     

双燃料发动机燃烧放热规律分析及燃烧特性研究

从热力学和内燃机燃烧的基本理论入手 ,推导了计算分析双燃料发动机缸内工质成分和热力学参数的计算关系式以及求解双燃料发动机燃烧放热规律的微分方程式 ,基于面向对象技术开发了双燃料发动机燃烧放热规律计算软件。研究结果表明 :用传统柴油机分析方法计算双燃料发动机的放热率峰值偏小 ,所计算的缸内工质平均温度偏高 ,新模型计算的结果与实际情况更为吻合。该分析软件可以适用于多种燃料发动机 ,是内燃机燃烧放热规律的通用计算软件。双燃料发动机燃烧特性研究表明 :双燃料发动机初始放热率比纯柴油大 ,若着火始点在上止点后 ,双燃料缸内最大爆发压力比纯柴油低 ,否则比纯柴油高 ;控制双燃料发动机着火始点是控制缸内最大爆发压力和 NOx 排放的关键 ,双燃料发动机着火始点应在上止点后 ,可以使发动机爆发压力和 NOx 排放比纯柴油低。     

后喷射策略下生物柴油对发动机燃烧和排放影响的数值模拟

以正庚烷-癸酸甲酯(MD)-癸烯酸甲酯(MD9D)简化机理为基础,构建了生物柴油(大豆生物柴油SME)-柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理。在单次喷射和主-后喷射两种喷油方式下,将大豆生物柴油、纯柴油以30∶70和70∶30体积比掺混,将该化学反应机理与CFD计算软件耦合,研究后喷策略下生物柴油-柴油混合燃料的低温燃烧特性和排放特性。数值计算结果表明:随着SME掺混比例增加,缸内燃烧温度峰值逐渐降低,缸内燃烧放热主要受OH自由基与燃料的脱氢反应速率影响,反应速率随温度升高而增大;NO_x排放随掺混比例增加而逐渐降低,NO_x排放主要受温度影响;单次喷射下,掺混比例越高,碳烟排放量越低;后喷射下,碳烟生成量受C_2H_2影响,随掺混比例增加而逐渐降低,OH在碳烟氧化过程中起主要作用,碳烟最终排放量受掺混比例影响不大。     

基于喷孔布置及喷射参数协调控制的双直喷发动机燃烧及碳烟排放特性研究北大核心CSCD

通过建立三维计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)柴油/天然气双直喷模型耦合多组分混合物简化化学动力学机理及现象学碳烟模型,模拟研究了天然气射流中心轴线与水平方向夹角α、天然气喷射持续期(natural gas injection duration,NID)的协调作用对柴油微引高压直喷天然气发动机燃烧过程及碳烟生成、氧化过程的影响。结果表明:缩短NID可提高扩散火焰的传播速度,增加燃烧区域的化学反应速率,且最高燃烧压力、峰值放热率、最大压力升高率(maximum pressure rise rate,MPRR)、指示热效率(indicated thermal efficiency,ITE)升高;随NID缩短,A_(4)、C_(2)H_(2)消耗反应速率增加,OH生成峰值增加,碳烟生成降低而氧化增强。增大α促进了大尺度涡旋结构的生成,降低了进入挤气区域的燃料比例,同时利于ITE的改善;较短的NID下,增大α后最高燃烧压力、峰值放热率提升明显;α增大至20°可显著降低A_(4)、C_(2)H_(2)生成峰值,抑制碳烟成核及表面生长反应,降低碳烟生成。综合考虑最高燃烧压力、ITE、MPRR及碳烟排放,确定两个优化方案分别为:α=15°&NID=16.5°及α=20°&NID=21.5°。     

柴油机燃用掺水燃料的节油机理的定量分析

在分析了在内燃机中已雾化的油珠(20～30μm)不可能再发生二次雾化——微爆的基础上,通过计算、分析,回答了为什么此时柴油机仍能节油的问题。首先从理论上计算出其最大节油率在4％左右。它与我国和我们自己的实验值相当吻合。并提出了节油的三个主要原因。本文并未涉及微爆原理,而仅从多组份液体燃料蒸发的基本方程出发,就可定量地算得放热速率、燃尽速率以及它们随曲轴转角的变化,并与实验结果基本一致,不仅可以解释掺水燃烧节油的机理,还可以弄清掺水燃烧的降污机理。     

直喷式柴油机燃用生物柴油燃烧特性的研究

研究了柴油机燃用0#柴油和生物柴油的燃烧放热规律。通过对燃烧特征参数的计算分析,发现生物柴油的燃烧始点有所提前,滞燃期缩短;燃烧初期放热尖峰出现时刻对应的曲轴转角有所提前,瞬时放热率峰值下降;燃烧持续期延长。同时还比较了柴油机燃用生物柴油和0#柴油的经济性和排放特性,发现燃油消耗率上升12％左右,而各种排放污染物除NOx略有上升外,CO、HC和颗粒物(PM)均显著下降。     

柴油机燃用混合替代燃料的燃烧与排放特性

将生物柴油和F-T柴油(F-T diesel)进行掺混,并将其混合燃料应用于4100QBZL柴油机上.在未对原机做任何改动的情况下,研究了该机燃用不同体积配比混合燃料时的燃烧特性及NOx和碳烟排放性能.研究表明,与0#柴油相比,该机的预混燃烧放热峰值降低、扩散燃烧放热峰值升高、燃烧更柔和;NOx排放随着生物柴油掺混比例的增大而升高;碳烟排放显著下降,较0#柴油的降低幅度高达37%;低比例的混合燃料对NOx排放和碳烟排放的trade-off关系有明显改善.生物柴油与F-T柴油混合燃料宜在较低的生物柴油掺混比例范围内使用.     

Modeling study of soot formation and oxidation in DI diesel engine using an improved soot model

Particulate emission is one of the most deleterious pollutants generated by Diesel fuel combustion. The ability to predict soot formation is one of the key elements needed to optimize the engine performance and minimize soot emissions. This paper reports work on developing, a phenomenological soot model to better model the physical and chemical processes of soot formation in Diesel fuel combustion. This hybrid model features that the effect of turbulence on the chemical reaction rate was considered in soot oxidation. Soot formation and oxidation processes were modeled with the application of a hybrid method involving particle turbulent transport controlled rate and soot oxidation rate. Compared with the original soot model, the in-cylinder pressures, heat release rate and soot emissions predicted by this hybrid model agreed better with the experimental results. The verified hybrid model was used to investigate the effect of injection timing on engine performance. The results show that the new soot model predicted reasonable soot spatial profiles within the combustion chamber. The high temperature gas zone in cylinder for hybrid model case is distributed broadly soot and NOx emission dependence on the start-of-injection (SOI) timing. Retarded SOI timing increased the portion of diffusion combustion and the soot concentration increased significantly with retarding of the fuel injection timing. The predicted distributions of soot concentration and particle mass provide some new insights on the soot formation and oxidation processes in direct injection (DI) engines. The hybrid phenomenological soot model shows greater potential for enhancing understanding of combustion and soot formation processes in DI diesel engines.     

双燃料发动机放热率计算和试验分析

提出了一个描述双燃料发动机燃烧特性的多区模型,模型将气体燃料的燃烧和引燃柴油的燃烧分别进行考虑。建立了由实测示功图求解双燃料发动机放热率的微分方程式,开发了计算双燃料发动机燃烧放热规律的软件,并在一台生物质气-柴油双燃料发动机上与传统柴油机放热率计算模型进行了试验验证和对比。研究和试验结果表明,用传统柴油机分析方法计算双燃料发动机的放热率峰值偏大,所计算的缸内工质平均温度偏高,新模型计算的结果与实际情况更吻合。     

柴油喷雾燃烧发光机理分析

为探讨柴油机燃烧光的性质,在容弹上采用光强传感器,并应用双色法在不同温度、压力、氧浓度与二氧化碳浓度的条件下,对柴油喷雾的燃烧光强波进行了测量分析。结果表明：在柴油机燃烧过程中,同时存在碳粒的氧化与还原两种反应,其中以氧化反应占优势,碳粒与其附面层温度基本一致。碳粒的附面层反应与柴油中其它气体成分的氧化反应形成火焰,所以可认为碳粒与火焰处于热平衡状态,碳粒的表面反应热以热辐射的方式向外界传递。表面反应热与辐射传热的平衡确定了碳粒的体积与密度。因此柴油喷雾的燃烧光强反映的是碳粒的辐射热强度,燃烧光强波反映的是碳粒的氧化过程。燃烧光强与火焰内的总碳量、氧的分压力、碳粒温度有关,同时还受二氧化碳等还原性气体浓度的影响     

柴油/正戊醇/甲醇三元微乳化燃料柴油机燃烧与排放特性研究

为了使柴油与甲醇互溶,提高燃料氧含量以控制碳烟排放,以正戊醇作为助溶剂,形成柴油/正戊醇/甲醇三元微乳化燃料,对三元燃料在不同温度下的互溶性进行了研究。在一台电控高压共轨柴油机上测试了1 400r/min转速下柴油/正戊醇/甲醇三元微乳化燃料的燃烧压力和排放特性;计算了瞬时燃烧放热率与燃烧温度,并与柴油进行对比。研究结果表明:甲醇能够以一定比例与柴油/正戊醇互溶,且互溶比例随温度升高而增大。与纯柴油相比,随氧含量的增加,混合燃料的滞燃期延长,燃烧持续期缩短,峰值燃烧温度升高;在中低负荷,峰值燃烧放热率上升;在高负荷,三元微乳化燃料的峰值燃烧放热率下降,但其扩散燃烧强度增加;混合燃料的有效燃油消耗率增加,但是其热值逐渐降低,有效热效率上升;3种含氧燃料的CO排放在低负荷时增加,高负荷时降低;HC及NOx排放升高,NO2在NOx中的比例下降;碳烟排放明显减少。     

喷雾锥角对柴油机燃烧过程影响的数值模拟

柴油机燃烧过程中喷雾内部的物理化学过程非常复杂,传热、蒸发、扩散、流动等物理过程控制着化学反应,影响着火和燃烧过程,进而决定着发动机的动力性、经济性以及排放性能。利用CFD分析软件FIRE对一台直列6缸增压柴油机的喷雾与燃烧过程进行模拟。研究了喷雾锥角对燃烧过程的影响规律以及喷雾锥角对碳烟和NOx生成的影响。     

大豆生物柴油低温燃烧特性研究

对纯大豆生物柴油(B100)、普通柴油(B0)及其混合燃料(B20和B50)的低温燃烧特性在定容燃烧室中进行了试验研究。对各燃油在800 K环境温度下的燃烧压力、放热率、贯穿距离和碳烟量特性进行了测量。试验结果表明:随着燃油内生物柴油量的增加,缸内最高燃烧压力有所下降,着火延迟时间变短。燃油贯穿距离随着燃油内生物柴油量的增加而变长,但B50和B100的贯穿距离没有明显差别。低温燃烧时碳烟量明显降低,且燃油燃烧过程中的最大碳烟量随着燃油中生物柴油量的增加而降低。     

Effects of variable O2 concentrations and injection pressures on the combustion and emissions characteristics of the petro-diesel and hydrotreated vegetable oil-based fuels under the simulated diesel engine condition

This experimental research investigates the effects of variable O₂ concentrations and injection pressures on the combustion and emissions characteristics of the diesel (B7) and the hydrotreated vegetable oil (HVO)-based fuels. The O₂ concentrations included 21%, 15% and 10% O₂, while the injection pressures were 80 and 120 MPa. The experimental fuels were the diesel fuel (B7), the neat HVO, the 20%, 50% and 80% HVO (by mass fraction) blended with the diesel. The experiments were carried out in a rapid compression-expansion machine (RCEM) under the direct injection (DI) diesel combustion condition. The analysis was undertaken using the two-color method. The experimental results indicated that the ignition delay, the heat release rate, the flame temperature, the soot density-KL factor, the NO_x and soot-out emissions were inversely correlated to the HVO fraction in the blend. In addition, the findings revealed the similar flame profiles in which the higher flame temperature region and the darker KL density were concentrated around the spray flame upstream, regardless of the HVO mixing ratio. Besides, the decrease in the O₂ concentration resulted in the lower heat release rate, integral heat release, flame temperature, KL factor and NO_x emissions but the longer ignition delay and higher soot concentration, with the highest soot concentration observed under the 15% O₂ environment. Nevertheless, the higher pressure differential (i.e. between the injection pressure and the ambient pressure) contributed to the shorter ignition delay, higher heat release rate, early peak of the flame temperature, wider combustion area, faster soot oxidation rate and higher NO_x production.     

不同海拔下VGT对含氧燃料柴油机性能的影响

利用大气压力模拟装置,试验研究了可变几何截面涡轮增压器(VGT)对高压共轨柴油机分别燃用纯柴油和生物柴油-乙醇-柴油(BED)含氧燃料的经济性、排放特性及燃烧特性的影响。结果表明:随着海拔的升高,柴油机经济性恶化,氮氧化物(NO_x)排放降低,而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放及烟度升高。燃用纯柴油与含氧燃料,随着VGT喷嘴环开度的增大,柴油机的经济性均有不同程度的恶化,而CO、HC排放及排气烟度也都有不同程度的升高。在高海拔地区,燃用纯柴油的经济性优于含氧燃料,但使用含氧燃料有助于改善柴油机的CO、HC排放及烟度。在中等负荷工况下,NO_x排放随着VGT喷嘴环开度的增大呈现先减小后增大的趋势;在高负荷工况下,放热率峰值和最高气缸压力均随着VGT喷嘴环开度的增大而降低,从而降低了NO_x排放。     

柴油-甲醇微乳化燃料的制备及燃烧特性研究

本文根据乳化和微乳化理论选择油酸作为表面活性剂配制了多种配比的柴油 甲醇微乳化燃料。微乳化燃料获得了与柴油相近的发动机动力性和热效率,NOX排放比燃用柴油时高,碳烟排放比燃用柴油时低。随供油提前角的推迟,NOX排放快速下降,碳烟排放变化不大,推迟供油可使甲醇混合油获得更好的排放水平。由于甲醇汽化潜热大、乳化燃料具有微爆效应,故在小负荷时混合燃料滞燃期比柴油时大,而在大负荷时两者较接近。随混合油含醇率的增加,预混燃烧峰值也随之增加。     

基于FIRE的柴油机燃烧过程的CFD研究

应用三维CFD仿真软件AVL FIRE对CY4102直喷式柴油机的燃烧过程进行了数值模拟计算,再现了缸内流体的运动过程、湍流参数的变化、燃油粒子的空间分布、燃烧过程的进展状况、传热过程以及缸内温度场的分布等,结果表明:随着喷油提前角的增大,滞燃期变长,最高平均温度、压力和放热率峰值均增大,且其对应的曲轴转角均有前移趋势...