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。     

电控双阀喷油系统多次喷射中的喷油量特性

电控双阀喷油系统多次喷射过程中预喷控制参数直接影响系统在主喷射过程中的喷油量特性.为研究全工况范围内预喷控制参数对主喷油量的影响规律及成因机理,利用AMESim数值模型,揭示了电控双阀喷油系统在不同控制模式下,预喷控制参数对主喷油量的影响规律.结果得出在SCV控制模式下,随着预主喷间隔的增加,主喷油量先减小后逐渐趋于稳定.而在NCV控制模式下,随着预主喷间隔的增加,主喷油量逐渐增大,主喷油量在高转速、大主喷脉宽时变化显著.2种模式下预喷脉宽对主喷油量的影响都不明显,随预喷脉宽的变化主喷油量变化范围为1 mm3.     

基于自主开发的多片式ECU天然气发动机试验研究

针对基于汽油机改装的天然气发动机,开发了一套多片式电控系统,采用三个ATMEL公司生产的AVR系列单片机分别用作电控燃料喷射MCU、电子点火MCU及主控单片机;开发了便于调整参数的试验监控系统。通过台架试验得出了发动机基本点火提前角和喷气脉宽MAP数据,并确定了常温起动状态下的最佳点火提前角和喷气脉宽。进行了相同试验条件下原机ECU和多片式ECU控制的天然气发动机台架对比试验,试验结果表明:多片式ECU控制发动机点火有利于提高发动机的动力性能并能有效的降低排放。     

喷油与增压脉宽对超高压共轨系统喷油特性的影响研究

超高压共轨系统能够通过控制喷油与增压时序之间的关系,实现可调喷油速率喷射,进而影响柴油机喷油特性。为探明喷油与增压脉宽对超高压共轨系统喷油特性的影响规律和成因机理,在介绍系统数学模型的基础上,建立了超高压共轨系统的仿真模型,并利用性能试验验证了模型的准确性,分析了在不同共轨压力下,喷油与增压脉宽对超高压共轨系统喷油特性的影响。结果表明：(1)随喷油脉宽的增加,喷油速率曲线形态均近似于靴形,且大喷油速率范围占整个喷油过程的比例逐渐增大,同时,喷油开启延迟保持不变,喷油关闭延迟在喷油脉宽较小时(0.6～1 ms),增加幅度明显,而在喷油脉宽较大时(1～1.4 ms),基本保持不变。(2)随着增压脉宽增加,在小喷油脉宽条件下,喷油速率曲线形态近似于靴形,且保持不变;但在大喷油脉宽条件下,喷油速率可能会出现类似于“倒靴形”的曲线形态,这是由于在喷油还未结束时,增压装置电磁阀控制信号的关闭造成增压压力迅速下降。     

高功率微波上升沿等效脉宽研究

为解决高功率微波脉冲测量时按常规读数结果不精确的问题,提出了高功率微波上升沿等效脉宽,利用数据插值方法,拟合出了高功率微波脉冲上升沿。根据拟合得到的上升沿模型,仿真计算出了不同峰值场强和不同压强下的高功率微波上升沿等效脉宽,分析了等效脉宽与场强及压强的关系,比较了等效脉宽与由常规读数得到的脉宽之间的误差。     

水下喷气推进高速射流场数值研究

为建立航行体点火初期尾部流场结构的预测方法,并揭示水下燃气喷射非定常流场与推进航行体运动的相互关系,以简化的潜射火箭为研究模型,采用流体体积法（VOF）两相流模型结合动网格方法对系留状态和运动状态下的燃气喷射流场进行数值模拟,分析了两种状态下燃气喷射形成的复杂流场结构.结果显示,喷气推进航行体在水下发射时,喷口附近形成复杂的流动结构和演化过程,并伴有较大的压力脉动产生;航行体加速运动导致的边界变化对燃气喷射流场产生较大的影响.     

直喷汽油机喷雾粒径特性

利用激光衍射技术研究了直喷汽油机喷油器喷雾粒径在不同喷射压力、不同喷射脉宽和不同空间条件下随时间变化特性。试验结果表明:在喷雾开始和结束时喷孔内外压差不稳定,容易出现大直径液滴;在喷射过程中燃油喷射压力和喷射脉宽对喷雾粒径的影响是一个动态过程,在燃烧系统开发过程中需要优化喷油器参数以获得最优喷雾粒径;燃油喷雾液滴在空间分布并不均匀,油束中心区域液滴直径大于边缘区域液滴直径。     

喷口结构对雾化流场影响规律的数值模拟

喷口结构形式对喷嘴雾化性能有重要影响,本文采用计算流体动力学方法研究了不同雾化气体压强(P0)下喷口结构对喷射气体流场及导流管顶端静压强(Pt)的影响规律,建立了紧耦合型、环缝HPGA(High Pressure Gas Atomizer)型和Laval环孔型三种喷口结构的喷射模型,并用Fluent软件进行了模拟计算.研究结果表明:三种喷嘴结构的抽吸压强及导流管顶端静压强径向梯度随雾化压强的变化表现出不同的变化趋势;Laval环孔型喷嘴在雾化压强较低时雾化性能最佳,HPGA型喷嘴在高压时雾化性能最佳;数值计算结果与试验观测值吻合较好.     

点火通道对点火装置工作过程影响分析

基于气体动力学和计算流体力学的相关理论,采用FLUENT流场计算软件,对液体火箭发动机固体式点火装置在2种工况(Ⅰ为无点火通道、Ⅱ为经过点火通道)工作时的稳态流场进行了数值模拟,在此基础上分析了点火通道对液体火箭发动机固体式点火装置工作特性的影响。结果表明:在燃烧室压强为大气压时,点火装置在工况Ⅱ状态下,喉部燃气速度达不到声速,声速位置移到点火通道某一位置;出口处燃气速度、喉部处压强和温度相对于工况Ⅰ增加;燃气流量、出口处压强和温度相对于工况Ⅰ减小。在不同燃烧室压强时,两种工况下出口处速度、压强、温度和流量均有一个稳定段;工况Ⅱ的燃气流量小于工况Ⅰ。     

掺混标准氢氧气对汽油机性能的影响

针对汽油机部分负荷条件下热效率低和有害排放高的问题,笔者在一台加装了电控氢、氧气喷射系统的四缸汽油机上研究了掺混标准氢氧气对汽油机燃烧与排放特性的影响.标准氢氧气定义为氢气与氧气物质的量比为2∶1的氢氧气.试验时,通过调整氢气和氧气喷嘴的喷射脉宽,使标准氢氧气占进气的体积分数(α2H2/O2)由0分别增加至2％和4％,并减少汽油的喷射脉宽,使混合气的过量空气系数由1.00增加至1.50.结果表明:掺入标准氢氧气能改善汽油机经济性,发动机比燃料能量消耗率最低值由原机的12.63 MJ/kW·h分别降低至α2H2/O2为2％和4％时的12.27 MJ/kW·h和12.11 MJ/kW·h;此外,掺入标准氢氧气后,汽油机滞燃期及快速燃烧持续期缩短,最大压力升高率提高,HC及CO排放降低,但NOx排放明显增加.     

基于典型工况的高压共轨喷油系统标定

为满足高压共轨系统配机要求,进行了高压共轨喷油系统标定研究.针对柴油机典型工况的喷油参数要求,分析了高压泵流量范围要求,给出了供油量和控制脉宽的关系;进行共轨压力与控制频率、控制脉宽的标定,确定了不同转速下共轨压力的控制脉宽范围;简要分析电控喷油器的均匀性影响因素,提出了压力波动量控制的办法和喷油脉宽修正的办法满足小喷油量均匀性要求.并进行了高压共轨系统装机初步试验,试验结果表明高压共轨喷油系统在试验台架上标定的合理性.     

基于典型工况的高压共轨喷油系统标定

为满足高压共轨系统配机要求,进行了高压共轨喷油系统标定研究．针对柴油机典型工况的喷油参数要求,分析了高压泵流量范围要求,给出了供油量和控制脉宽的关系;进行共轨压力与控制频率、控制脉宽的标定,确定了不同转速下共轨压力的控制脉宽范围：简要分析电控喷油器的均匀性影响因素,提出了压力波动量控制的办法和喷油脉宽修正的办法满足小喷油量均匀性要求．并进行了高压共轨系统装机初步试验,试验结果表明高压共轨喷油系统在试验台架上标定的合理性．     

背压对磨粒流精密加工伺服阀壳体的数值模拟研究

为分析磨粒流加工时背压出口直径对工件表面质量的影响,以伺服阀壳体为研究对象,对固液两相磨粒流加工过程进行数值分析。通过分析不同背压出口直径条件下的动态压强和壁面剪切力发现,有背压时,磨粒流加工后表面均匀性有所提高;背压出口直径为2.3 mm时,动态压强和壁面剪切力的数值最小,此时得到的表面质量较差,加工效率较低;当背压出口直径为3.3 mm时,动态压强和壁面剪切力的数值最大,此时加工效率最高,表面质量最好,适用于伺服阀壳体的加工。     

电控LPG发动机首循环冷起动特性

研究了喷射脉宽、点火提前角、环境温度、起动电压对LPG发动机首循环冷起动性能的影响。试验结果表明:喷射脉宽对电控喷射LPG发动机首循环冷起动特性有极其重要的影响。合理控制喷射时刻和喷射脉宽,并有合适的点火提前角,可达到“即喷即着”的冷起动效果,显著降低HC的排放。     

平板喷气流场特性及气流量分配策略试验研究

为了探讨气流量分配对平板喷气流场特性的影响,在高速拖曳水池里开展了平板下表面喷气减阻试验,研究了气流量纵向和横向分配对平板减阻率和气层形态的影响规律。研究结果表明:平板下表面气液混合流的形态主要受航速和气流量影响,当无因次气流量系数Cq≤1.554时,混合流主要表现为气泡流;当Cq≥1.675时,混合流转变为过渡气层流;当Cq≥2.331时,混合流由过渡流转变为分层流。平板下表面的局部摩擦力减阻率在喷气口附近处为100%;改善喷气策略,在首部喷气装置左腔、中腔和右腔横向喷气比例为1∶4∶1时,平板下表面的气层覆盖率较高,减阻率可以达到60.65%;首部和中部喷气装置联合喷气并未使平板减阻效果有改善。     

高压共轨柴油机起动工况高压泵控制策略

针对2.8TC柴油机起动过程的特点,将起动过程分为拖转期和起动期两大部分,由此设计了不同阶段不同的高压泵计量阀控制策略,确定了目标启喷压力和启喷转速,在此基础上试验研究了拖转期燃油计量阀接通时间和开度对轨压动态特性的影响,由此优化拖转期燃油泵的控制方法。研究了起动期燃油计量阀的开度和控制方法对轨压动态特性的影响。结果表明,所设计的高压泵燃油计量阀分阶段的控制策略可有效改善柴油机起动过程目标启喷压力的稳定性和跟随性,为提高起动性提供良好的喷射条件。     

柴油机凸轮-液压式气门启闭特性实验研究

自主开发一套电控液压进气门晚关机构(EHLIVC),将该机构应用在DK4A柴油机缸盖上,并搭建EHLIVC系统的试验台架,通过实验研究供油压力和控制脉宽对EHLIVC系统的气门启闭特性的影响规律。研究发现:供油压力对附加升程关闭动作完成时间影响很小,但供油压力对气门附加升程开启动作完成时间影响明显,附加升程开启动作完成时间随供油压力的增大而呈现线性减小的趋势;供油压力对附加升程开启延迟影响不大,但对附加升程关闭延迟影响明显,供油压力越大,关闭延迟越小,供油压力超过4.5 MPa时,关闭延迟基本保持不变;控制脉宽对附加升程开启、关闭延迟影响均不大,但对附加升程开启持续时间影响明显,附加升程开启持续时间随脉宽的增大而呈现线性增长的趋势。     

基于分形几何理论的隔板塔连续排管式液体调配装置研究

在隔板塔中,隔板两侧的液体分配比作为一个十分重要的操作变量,直接影响着隔板塔的效率。以分形几何理论为基础,设计了一种可以安装在隔板塔内的连续排管式液体调配装置。根据简化的修正动量方程计算进液流率Q=0.6 m3/h时的穿孔压强和穿孔速度,通过实验测定,对该装置在不同进液流率工况下进行Klemas分布质量方法评估,利用计算流体力学软件FLUENT对该装置的性能进行了模拟分析,并经实验研究对模拟结果进行验证;对不同阀门偏转角度对液体分配比的影响进行了模拟研究。结果表明:该液体调配装置能够有效地调节液体在隔板两侧的分配,并且液体通过该装置后分布质量较高,成功实现了液体在隔板塔内的分配控制,实验结果和模拟值符合良好;阀片偏转角度在0～50°变化时,该液体分布器对液体的调节作用较明显。     

涡流阀式变推力发动机性能影响因素数值研究

先进的推力调节技术一直是固体火箭发动机发展的重要方向之一,利用旋流效应的涡流阀方案是固发推力调节的一种有效方式.文中采用建立的三维数值模型,对影响涡流阀式变推力发动机调节性能的几何结构、控制气流属性等因素开展了数值研究.计算结果表明:控制气流动量是影响推力调节性能的一个重要参数,推力调节比随着控制流质量流率和喷射速度的增加而增加;在一定控制流量下适当减小控制气流喷孔直径可以提高调节性能;减小涡流室高度可以一定程度上提高发动机调节性能,但是会增加气流与壁面的摩擦损失;增加涡流室半径可以提高调节性能,但是会增加发动机消极质量;由于分子量较小,氦气作为控制气流的工况比氮气作为控制气流的工况可以达到更高的推力调节比、更小的比冲损失;通过拟舍得到了控制流流量、温度与调节性能之间的曲线关系,在不变涡流阀发动机构型的条件下,可以通过公式预测不同流量、温度下的发动机性能.研究结果为变推力发动机设计与优化提供了参考.     

95000DWT散货船喷气减阻模型试验研究

为探讨气层减阻技术在大型低速运输船舶上的实施方法,在拖曳水池里开展了95000DWT散货船138模型喷气减阻试验,研究了气流量、航速、排水量、凹槽深度对喷气减阻效果的影响规律。试验结果表明:在95000DWT散货船模型底部设置凹槽并喷气,模型总阻力大幅度降低。随着气流量增加,阻力降低幅度增大,存在一个饱和气流量:当Fr=0.139~0.182时,随航速增加,减阻率呈降低趋势;凹槽深度增加,喷气减阻效果提高,但不喷气时凹槽会导致阻力增加,且阻力增加幅度随凹槽深度增加而增加,存在一个最佳凹槽深度(h/B=0.024);压载排水量减阻率高于设计排水量减阻率。凹槽深度20 mm,设计航速下,饱和喷气(Cq=0.210)时,设计排水量下绝对减阻率可达26.99%,压载排水量下绝对减阻率可达33.79%。