预混燃烧奥托循环指示热效率表达式

依据热力学基本定律推导了预混燃烧奥托循环指示热效率的表达式，分析表明：燃气等效热容及膨胀多变指数对热效率影响较大，并直接与进气温度、压缩比及过量空气系数相关；在压缩比受限时，降低进气温度尤其是增加过量空气系数对提高指示热效率效果显著。     

船用天然气-柴油双燃料发动机燃烧仿真计算

基于数值模拟计算方法,对淄柴6230型中速船用柴油机燃用天然气的燃烧系统进行优化。结果表明：在压缩比为11～14时,功率和热效率随压缩比递增且趋势不变,但受最高燃烧压力的限制,最佳压缩比取12.5。适当增大过量空气系数和提前喷油时刻都有助于NOx排放的减少,最低NOx排放可达0.817 g/（kW·h）,但当过量空气系数超过2.0、喷油时刻早于-20°时燃烧会急剧恶化。引燃油量对燃烧过程影响较小,在研究范围内,指示热效率增幅仅为0.85%,但过富的喷油量会造成额外的NOx和HC排放,因此取1%为最佳喷油量。     

主动预燃室式直喷汽油机稀薄燃烧性能研究

为明晰不同点火方式对汽油机稀薄燃烧特性的影响规律,在一款排量为0.5L的研究型单缸机上试验研究了传统火花塞和主动预燃室两种不同点火方式下发动机燃烧及排放特性,探索主动预燃室拓展稀薄燃烧极限的多种影响因素。研究结果表明,稀薄燃烧可有效降低油耗,提高发动机热效率。传统点火线圈的稀燃极限处于过量空气系数1.5附近,最高指示热效率为45.0%,而采用主动预燃室系统后,稀燃极限可进一步拓展,过量空气系数可达2.0,指示热效率提升至46.5%,氮氧化物排放比采用传统火花塞点火技术时降低约88%;主动预燃室匹配高压缩比14.80的燃烧系统,可进一步拓展稀燃极限至过量空气系数2.1,指示热效率可达48.0%,氮氧化物排放继续降低,在过量空气系数采用2.1时NOx排放最低可达58×10-6。     

点燃型预燃室在大缸径甲醇发动机上应用

通过计算流体动力学数值模拟,探索点燃型预燃室在大缸径（320mm）甲醇发动机上的应用效果,计算了过量空气系数和点火正时对燃烧和性能的影响。结果表明,点燃型预燃室发动机的燃烧放热过程先缓后急,热效率较高,NOx排放很低,SOx排放为零,不经后处理即可满足国际海事组织Tier Ⅲ排放法规。随着缸内过量空气系数的增加,缸内压力、压力升高率、声响强度和NOx排放均显著降低,指示热效率先升后降,在过量空气系数为2.4时达到最高值49.2%;随着点火正时的延迟,缸内压力、压力升高率、声响强度、指示热效率逐渐下降,NOx排放先减后增。基于计算结果,提出了一种燃烧控制策略：在平均有效压力低于1.8MPa时控制缸内过量空气系数为2.4并匹配较早的点火正时,在平均有效压力高于1.8MPa时控制过量空气系数为2.1并匹配较晚的点火正时。采用该策略可使部分负荷热效率最佳,且整机具有较高的动力性。     

点燃型预燃室在大缸径甲醇发动机上的应用

通过计算流体动力学数值模拟,探索点燃型预燃室在大缸径(320mm)甲醇发动机上的应用效果,计算了过量空气系数和点火正时对燃烧和性能的影响。结果表明,点燃型预燃室发动机的燃烧放热过程先缓后急,热效率较高,NO_x排放很低,SO_x排放为零,不经后处理即可满足国际海事组织TierⅢ排放法规。随着缸内过量空气系数的增加,缸内压力、压力升高率、声响强度和NO_x排放均显著降低,指示热效率先升后降,在过量空气系数为2.4时达到最高值49.2%;随着点火正时的延迟,缸内压力、压力升高率、声响强度、指示热效率逐渐下降,NO_x排放先减后增。基于计算结果,提出了一种燃烧控制策略:在平均有效压力低于1.8MPa时控制缸内过量空气系数为2.4并匹配较早的点火正时,在平均有效压力高于1.8MPa时控制过量空气系数为2.1并匹配较晚的点火正时。采用该策略可使部分负荷热效率最佳,且整机具有较高的动力性。     

非均匀电场对球形火焰特性的影响

在定容燃烧装置上,研究了非均匀电场对不同过量空气系数的条件下球形火焰特性的影响.结果表明,在非均匀电场作用下,各过量空气系数对应的火焰形状均发生了显著变化,水平方向火焰被拉伸,竖直方向火焰变形较小;当过量空气系数为0.8、1.0、1.2和1.4时,火焰横向传播速率均增加,横向平均传播速率分别提高23％、21％、50％和49％;特别当过量空气系数为1.2和1.4时,燃烧初期压力升高率增大,最大压力分别提高2.8％和7.4％,压力峰值出现时刻分别提前15.4％和26.8％.     

进气温度对汽油直喷压燃发动机燃烧及排放性能影响的试验

通过一台改装的单缸直喷式柴油机,在不同进气温度条件下实现汽油直喷压燃(GCI)燃烧方式的燃烧特性、工况范围以及排放特性的试验.结果表明:在进气温度为323 K时,汽油GCI燃烧方式即可实现稳定运转,燃烧表现为单阶段放热,整体放热集中,燃烧持续期短;在保持过量空气系数一定、发动机正常运转条件下,随着进气温度提高,着火时刻提前,最高爆发压力和峰值放热率均升高,指示热效率提高,HC和CO排放降低,NO排放升高;同一进气温度下,随着过量空气系数的增大,缸内混合气变稀,平均指示压力减小,指示热效率减小,CO排放先升高后降低,HC排放显著增大,NO排放减小;进气温度对汽油GCI燃烧方式正常工况范围影响很大,随着进气温度升高,负荷上限和下限均明显下降,表明进气温度是向小负荷范围拓展的重要边界条件.     

氩气循环发动机热力学循环效率影响因素的热力学分析

为探索氩气(Ar)循环发动机指示热效率超过50%的途径,以热力学方法分析了影响氩气循环发动机指示热效率的因素,并提出一种在热力学循环中加入化学平衡的应用方法.确认了Ar对热力学循环效率的提升作用,在循环工质分别为Ar、N2和CO2、且与O2的摩尔比为79:21、氢混合气为化学当量比、压缩比为14.5的条件下,热力学循环效率分别为58%、50%和39%;影响燃烧压力、温度的主导因素是燃料的比例.通过提高Ar摩尔分数可以降低燃烧压力、温度,从而提高压缩比.压缩比从5.5提高至9.5,热力学循环效率可提高10%.当压缩比为9.5时,为实现指示热效率大于50%,应设定Ar摩尔分数下限为82%.     

进气温度和过量空气系数对乙醇均质压燃燃烧过程的影响

在一台经过改进的CA6110发动机上,进行了进气温度和过量空气系数对乙醇燃料均质压燃燃烧过程影响的试验研究．结果表明,在转速和供油量一定时,随着进气温度的升高,着火始点提前,燃烧持续期变短,压力升高率变大,缸内的最大燃烧压力变大,指示效率提高,平均指示压力升高．当进气温度一定时,随着过量空气系数的减小,着火始点提前,燃烧持续期逐渐变短,压力升高率变大,缸内的最大燃烧压力变大,指示效率增加．     

废热重整甲醇内燃机-涡轮复合循环

介绍了一种清洁、高效的废热甲醇重整气涡轮-内燃机复合动力循环,研究了甲醇操作压力、水醇比、压缩比及过量空气系数对循环热效率的影响,并与氢气机、甲醇机、汽油机进行了对比分析。     

用点火电极进行缸内过量空气系数的试验研究

通过在定容燃烧弹中对点火电极附近离子信号与过量空气系数的研究，证明了无论是信号峰值还是到达峰值所用时间均与过量空气系数有关。试验表明，由火焰前锋和火焰后区两部分组成的离子信号峰值当过量空气系数为1时均达到极大值，偏离1时均减小，而从点火到达两信号峰值所用时间随过量空气系数的变化却完全相反，无论是火焰前锋还是后区其信号峰值均随预混压力的升高而增加，而火焰后区的信号峰值总是大于前锋的值。     

预燃室湍流射流点火甲醇发动机稀薄燃烧和排放特性试验研究

基于一台四冲程单缸发动机开展预燃室湍流射流点火(turbulent jet ignition,TJI)甲醇发动机燃烧特性、性能表现和排放特性的试验研究。结果表明,TJI燃烧模式燃烧速率较快,放热率(heat release rate,HRR)峰值明显较高,且具有更短的滞燃期和燃烧持续期。随着过量空气系数变大,缸内压力和放热率峰值变小,TJI和火花塞点火(spark ignition,SI)燃烧模式滞燃期和燃烧持续期均变长。此外,TJI燃烧模式可有效提升甲醇发动机的稀薄燃烧稳定性,可将稀燃极限拓展至过量空气系数2.0。TJI燃烧模式下平均指示压力略低于SI模式;然而对于过量空气系数大于1.1的稀燃工况,TJI燃烧模式指示燃油消耗率更低,在过量空气系数1.3时低于570 g/(k W·h),说明其具有更好的燃油经济性。TJI燃烧模式下氮氧化物排放量明显低于SI燃烧模式,过量空气系数1.1时降低约37.2%,并且在过量空气系数大于1.3的极稀燃工况具有相对较低的甲醛CH₂O和碳氢化合物排放。     

过量空气系数对燃煤电站锅炉热效率和脱硝的影响

建立模型研究过量空气系数对锅炉热效率和污染物控制的影响。结果表明,各工况下锅炉热效率最高时,对应不同的最佳过量空气系数。1 000MW超超临界机组负荷从550MW增加到950MW时,最佳过量空气系数从1.18增加到1.35。烟气温度和流量、排烟热损失和炉内对流换热均随过量空气系数增大而增大,锅炉热效率、NOx生成量、炉膛和火焰温度均随过量空气系数先增大后减小。较低负荷下维持一定程度偏大的过量空气系数不仅能提高锅炉热效率,还能增加烟气温度,维持SCR脱硝系统正常投运。     

EGR和过量空气系数协同控制改善甲醇发动机部分负荷性能

通过一台柴油机改装的高压缩比(17.5)进气道喷射点燃式甲醇发动机,研究了废气再循环(EGR)和过量空气系数协同控制对甲醇发动机部分负荷经济性和排放性能的影响.结果表明:负荷越小,协同调节范围越宽,节油潜能越大,在1,400,r/min、50%,负荷时,甲醇消耗率降低幅值最大可达13.1%,,25%,负荷时甲醇消耗率最大可降低26.6%,;EGR率小于20%,或过量空气系数小于1.4时,协同控制对缸压峰值的影响较明显;当过量空气系数大于1.4后,甲醇发动机燃烧持续期急剧增加,循环变动迅速变大;与无外部EGR、过量空气系数为1相比较,合理利用EGR和过量空气系数协同控制,可以保证HC、CO排放值增幅不大且能有效降低NOx,甚至实现NOx的"零"排放.     

过量空气系数对沼气内燃机_ORC系统性能的影响

为改善沼气内燃机-ORC(有机朗肯循环)联合循环系统的性能,研究了过量空气系数的影响。建立了内燃机-ORC联合循环系统数值模型,在理论空燃比和过量空气系数分别为1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6下用不同甲烷体积分数的沼气进行了模拟计算。通过模拟分析得出:在一定范围内,增大过量空气系数能够提高联合循环系统的热效率,但随着沼气中甲烷体积分数的增大,有利于提高联合循环系统热效率的过量空气系数的范围越小;当过量空气系数相同时,联合循环系统热效率随甲烷体积分数的增大而增加。     

烟气再循环对金属纤维表面燃烧器NO_x排放和燃烧稳定性的影响

结合全预混金属纤维表面燃烧器和外部烟气再循环燃烧技术,在350 kW卧式燃气锅炉上进行了实验研究.研究了负荷、过量空气系数和烟气再循环率对CO、NO_x排放和燃烧稳定性的影响.结果表明:负荷变化对NO_x排放无明显影响;过量空气系数越大,NO_x排放越低,但系统热效率随之降低;不采用烟气再循环技术时,NO_x排放低于30 mg/m3时过量空气系数需大于1.73,此时系统热效率低于92.1%;如采用23%的烟气再循环率,实现上述相同NO_x排放水平仅需过量空气系数大于1.3,系统热效率比无烟气再循环时高1.3%;随着烟气再循环率的增大,火焰燃烧不稳定加剧.出现炉膛震动时的烟气再循环率极限值随着负荷的增大而逐渐提高.     

直喷汽油机预混和分层稀薄燃烧特性对比研究

以多孔喷油器中间布置的热力学单缸直喷汽油机为平台,研究了预混和分层2种喷雾模式在发动机不同负荷的燃烧与排放特性,以及分层稀薄燃烧对发动机最大指示热效率的影响。研究结果表明:在燃烧循环变动系数(COV)不超过3的情况下,分层稀薄燃烧能够显著提高发动机部分负荷的过量空气系数极限,并且能在增压全负荷稀薄燃烧工况提高发动机的燃烧稳定性。在部分负荷(转速为1 500 r/min,平均指示压力(IMEP)为0.2 MPa)过量空气系数λ从1.0提高到1.5,泵气损失降低了26.30%,在2 000 r/min自然吸气全负荷工况,单缸机的最大指示热效率达到44.25%。提高λ,CO排放降低,NO_x排放先升高后降低,HC排放先降低后升高。     

进气门早关对柴油机燃烧循环变动特性的影响

在SD2100型柴油机上安装全可变液压气门机构,采用进气门早关(EIVC)的模式可实现进气门关闭时刻(IVC)和有效压缩比(ECR)的连续可变.结果表明:随着IVC提前,ECR降低,燃烧始点推迟,最高燃烧压力降低,最高燃烧压力对应的曲轴转角推后;当ECR为13时,出现最大燃烧压力低于上止点压缩压力的现象,甚至出现不正常燃烧循环,导致燃烧循环变动率显著增大;增压匹配EIVC降低爆发压力和燃烧温度时也会出现燃烧循环变动增大的趋势;在相同的IVC条件下,过量空气系数越大,混合气浓度越低,燃烧循环变动率也越大.进一步研究表明,EIVC导致的燃烧循环变动问题与燃烧发展期Δφ密切相关,Δφ越长,燃烧重心CA 50越偏离上止点,燃烧循环变动率越大;根据Δφ的增大量,适当增大供油提前角,可显著降低燃烧循环变动率,提高指示热效率.     

PFI/DI喷射对米勒循环汽油机燃烧特性的影响

为削弱泵气损失大、压缩比和工质比热容低等问题对汽油机常用部分负荷热效率的制约作用,基于配备进气道喷射(portfuelinjection,PFI)和缸内直喷(directinjection,DI)双喷系统的高压缩比米勒循环汽油机,系统探究了进气门早关策略对汽油机部分负荷热效率的影响规律.研究表明,应用米勒循环可有效调控歧管压力和泵气损失,通过综合优化气门相位、点火策略和节气门开度,相较于原机在2000 r/min,平均指示有效压力(IMEP)0.36 MPa工况指示热效率由32.4%提升至36.4%.针对高压缩比米勒循环小负荷燃烧稳定性恶化问题,提出采用分层火焰引燃(stratifiedflameignition,SFI)混合燃烧技术实现对燃烧放热过程的优化控制.研究表明,SFI燃烧可有效提高燃烧稳定性,平均指示有效压力的循环变动COVIMEP降幅达64.9%.而后期自燃的参与使得放热更为集中迅速,指示热效率由纯米勒循环下的36.4%提升至37.8%.     

氩-氧氛围下天然气缸内燃烧特性试验

通过一台改装的直列双缸柴油机,将进气由空气改为比热比更高的氩气和氧气的混合气,研究了氩-氧氛围下天然气的缸内燃烧特性.结果表明:氩-氧氛围下发动机获得了较高的热效率,且热效率随氩气比例的升高而提高,在化学当量比下的试验工况中,当进气中氩比例为82%,时,指示热效率最高达到了47.8%,,相比空气氛围相对提高近33%,.相比于空气氛围,氩-氧氛围下天然气的着火延迟期缩短,燃烧更为迅速,缸内压力峰值更高.需要选择合适的进气氩比例和点火时刻以降低燃烧的粗暴性.氩-氧氛围下氩气比例为75%,时缸内易出现爆震,当提高进气氩气比例至82%,时,能有效避免爆震发生.