镁基水反应金属燃料冲压发动机的工作特性

针对水下高速航行器用镁基水反应金属燃料冲压发动机,设定了3种质量组分配比的燃料,结合热力计算和二维轴对称数值模拟研究其工作特性。其中,两进水口处观测到的漩涡预言了在燃料燃烧过程中引发热声振荡的可能性。在3种燃料发动机各自的有效水燃比范围内,通过数值模拟可知两次水燃比的分配直接影响发动机内的燃烧稳定性;总水燃比的增加会引发一个最大的比冲值,同时热效率和推进效率分别单调增加和降低。另外,数值模拟和热力计算结果均显示燃料中镁含量的增加有益于发动机比冲及热效率的增加。本研究中燃烧特性、比冲及效率等工作特性随发动机工况的变化规律特征,可指导发动机整体结构构型及总体性能优化的方向,同时可对发动机内潜在的热声振荡特性进行预估以便设计相应的抑制策略。     

柴油/甲醇二元燃料发动机缸内燃烧数值模拟

为研究柴油/甲醇二元燃料的缸内燃烧过程,基于对二元燃料燃烧特征的分析,发展了湍流耦合反应动力学的柴油/甲醇二元燃料缸内燃烧机理和燃烧模型.基于一个已有的甲醇/正庚烷二元燃料燃烧机理,进一步提高了机理的预测精度,燃烧模型通过计算混合时间尺度和化学反应时间尺度来衡量燃烧的受控因素,其中化学反应时间尺度以熵增率衡量.通过发动机试验对模型进行了标定和验证,结果表明:该燃烧机理和燃烧模型能够很好地对纯柴油和柴油/甲醇二元燃料燃烧过程进行预测,包括随着甲醇比例的增加,滞燃期延长,甲醇火焰传播预混燃烧放热峰值逐渐明显.采用直接求解化学反应而不考虑湍流的燃烧模型,对燃烧进程的预测结果则随着甲醇量的增加而逐渐高于试验值.     

点燃式氨氢燃料发动机燃烧与排放模拟研究

通过三维数值仿真方法研究了化学当量比下掺氢比和点火时刻对点燃式氨氢燃料发动机燃烧与排放的影响。结果表明,增加掺氢比可加速火焰传播,缩短燃烧持续期,提高缸内压力和温度峰值。随着掺氢比增加,未燃氨和N₂O排放减少,燃料型和热力型NO生成增多。点火时刻的适当提前可有效改善燃烧特性,平衡NO、N₂O和未燃氨的排放。随着点火时刻的推迟,NO排放减少,N₂O和未燃氨排放呈相反趋势。然而,过于推迟点火会造成较多未燃氨排放,导致放热不完全,指示热效率下降。     

氢燃料发动机燃烧过程模拟与分析

在分析氢作为内燃机燃料特性的基础上,针对氢气与空气的混合与燃烧过程的空间分布特性比汽油均匀的特点,提出并建立了单区模型对氢燃料发动机燃烧过程进行模拟与分析.结果显示,缸内压力与放热率的计算值与试验值相对误差在3%以内,曲线形态吻合度较高.较好地反映出实际的燃烧情况.表明采用单区模型进行氢燃料发动机燃烧过程的模拟与分析能够保证较高的准确性,进一步分析了点火提前角、当量比对燃烧过程的影响,结果表明它们对燃烧过程有较大影响.因此,控制点火提前角、当量比是调整与改善氢发动机性能的重要手段.     

甲醇-柴油混合燃料燃烧的数值模拟

本文根据柴油机燃烧过程的数学模型,将Chemkin中甲醇燃烧动力学反应机理导入Fluent软件中,对各种比例下的甲醇柴油微乳液进行了燃烧模拟计算,并用S195柴油机在台架上对计算值进行测试验证。结果表明:数值模拟的方法可靠。在不改动柴油机结构的情况下,甲醇含量影响燃烧效果,低甲醇含量可以提高燃烧效率,高甲醇含量降低燃烧效率,甲醇含量为10%时最佳。     

天然气/柴油双燃料发动机燃烧过程的模拟计算

详细介绍了天然气／柴油双燃料发动机的二维数学模型,并对一台单缸双燃料发动机燃烧过程进行了模拟计算,将计算结果与实验结果对比分析发现,该模型的计算结果与试验数据有良好的一致性。     

缸内直喷灵活燃料发动机性能和燃烧特性的研究

根据所测的示功图和排放结果,分析了一台采用火花点火、缸内直喷周向分层燃烧系统,能够灵活燃用甲醇、乙醇和汽油的发动机的性能和燃烧特性.研究表明,由于采用分层燃烧,灵活燃料发动机具有与直喷柴油机相当的热效率,在负荷特性上,燃用醇类燃料和汽油时的NOx排放分别仅为柴油机的10%～40%和21%～78%,CO排放低于1%,HC排放略高于柴油机,燃用醇类燃料时能实现无烟燃烧,燃用汽油时仅在高负荷时存在少许碳烟.灵活燃料发动机的燃烧由预混燃烧与扩散燃烧组成,具有非常快的燃烧速率,上止点后3～5°CA就燃烧完50%燃料,燃烧持续期在28～37°CA范围内,甲醇的燃烧速率最快,汽油的燃烧速率在低负荷时比乙醇稍快,在高负荷时比乙醇慢.     

火花点火天然气发动机燃烧过程数值模拟

使用CDAJ公司的CFD软件STAR-CD对某天然气发动机燃烧过程进行了模拟计算,计算的缸内压力与试验结果吻合良好,模拟计算获得了试验不易得到的缸内气体速度场、温度场等信息,为燃烧室设计及燃烧过程优化提供了理论性指导。     

氢燃料发动机燃烧与排放控制研究进展

围绕氢燃料作为车用发动机理想代用燃料这一主题,全面论述氢燃料发动机混合气的形成规律和点火技术;剖析氢发动机的异常燃烧机理和NOx的排放机理;分析影响氢燃料发动机排放的主要因素;总结异常燃烧和NOx排放的控制技术。     

燃料反应器中甲烷化学链燃烧的数值模拟

为了更好地了解化学链燃烧过程中气固流动的特点以及反应特性,基于化学动力学理论和颗粒动理学理论,考虑高颗粒浓度下摩擦应力的影响,运用双流体模型,对燃料反应器内化学链燃烧过程进行数值模拟,得到了燃料反应器内流场特性以及温度场分布规律。模拟结果同时得到了反应器内颗粒所形成的内循环流动结构。     

多流体碱雾发生器内气液固三相流动的数值模拟

为了研究多流体碱雾发生器内气-液-固三相流动过程，对气相采用标准湍流脉动κ-ε双方程模型，离散相采用随机轨道模型对碱雾发生器内多相流动进行了数值模拟，得出了碱雾发生器内各相的速度矢量场。计算结果表明：在相同的运动初始条件下，不同粒径液滴呈现出不同的空间分布，大液滴由于颗粒驰豫时间大，径向速度衰减慢，比小液滴有更大的扩展角；不同粒径的颗粒均表现出对流体较好的跟随性，由于大颗粒惯性较大，其在中心轴线处比小颗粒浓度高。图4表1参7     

凝汽器水侧流动的三维数值模拟

运用计算流体力学的方法,采用多孔介质模型对凝汽器水侧流场进行了数值模拟.从计算所得三维流场可清楚地掌握影响凝汽器工作的重要因素：该凝汽器进口水室漩涡的存在使流动阻力增加,流动恶化;高速流体集中于水室中心区域,会影响换热器的换热性能.其整体阻力特性与试验数据吻合较好,表明该模型和计算方法正确.解决了凝汽器水侧数值计算建模的困难和网格数量问题,为动力装置冷却水系统整体的数值模拟提供基础.图6参5     

三元流技术在循环水泵改造中的应用

洛阳石化化纤装置循环水站的6台离心式清水泵,其叶轮是依据二元流理论设计制造的,但二元流理论并不完善,造成泵的实际运行工况偏离额定工况,同时由于存在不同程度的汽蚀现象,致使6台清水泵在较低的效率(75%～80%)下运行。为此,应用三元流技术对清水泵的叶轮进行改造:不改变电机、泵壳体、进出水管路等现有水泵系统,对叶片的进出安放角、叶片数、扭曲叶片各截面形状等进行优化设计,并采用铸焊结构进行加工制造,从而避免叶片工作面的流动分离,减少流动损失,提高叶轮的工作效率,最终达到提高水泵效率、节能降耗的目的。改造后的运行情况表明:机泵运行平稳,噪音减小,汽蚀现象明显减少,泵组效率由改造前的80%提高88.6%;改造后单台泵(流量为5000m3/h)电流降低13A,每年可节电168.48×104kW·h,节省电费67.392万元。     

激光激活氧分子作用下CH_4/O_2反应数值模拟

基于化学动力学模型GRI-Mech3.0机理,利用CHEMKIN4.0软件柱寒流反应器模型模拟了激光作用下CH_4/O_2燃烧反应过程.结果表明,通过激光作用控制反应过程,利用特定波长的激光将氧分子激发到相应的亚稳态,能够有效减少化学反应延迟时间.在波长762 nm、光强10 kW/cm~2(温度1 000 K,压强10~5 Pa)条件下,反应延迟时间由0.23 s减小为0.04 s.特别是在温度及压强较低情况下,反应延迟时间明显减小,具有较好的优化效果.     

固体火箭发动机燃烧室3维紊流数值模拟

本文以固定火箭发动机燃烧室工作过程为研究对象，应用有限元法方法进行了３维燃面的数值计算。满意地实现了３维燃面推过程中流场的模拟计算。     

颗粒杂质对柴油机油水分离器使用寿命影响的研究

基于SAEJ1839—1997标准,采用向油液中添加ISO 12103-A3粉尘的方式来模拟实际工况下油液的颗粒污染状态,开展颗粒物对油水分离器油水分离效果和使用寿命影响的试验研究。在测试流量为5L/min、上游基准质量浓度为30mg/L、水流量为燃油流量的0.25%时,油水分离器工作125min后,压差值升高1.5kPa,水分离效率下降到88%以下。试验结果表明:油水分离器工作不到建议行驶里程的一半时,水分离效率就已无法达到技术指标要求。为切实保护共轨系统要求,应采取缩短油水分离器的更换周期,或在油水分离器的上游添加颗粒过滤器,对颗粒进行初步过滤,以延长油水分离器使用寿命。     

Numerical analysis on influence of hydrogen peroxide (H2O2) addition on the combustion and emissions characteristics of NH3/CH4-air (O2/N2)/ H2O2 mixture

In this work, extensive chemical kinetic modeling is performed to analyze the combustion and emissions characteristics of premixed NH₃/CH₄–O₂/N₂/H₂O₂ mixtures at different replacement percentages of air with hydrogen peroxide (H₂O₂). This work is comprehensively discusses the ignition delay time, flame speed, heat release rate, and NOx & CO emissions of premixed NH₃/CH₄–O₂/N₂/H₂O₂ mixtures. Important intermediate crucial radicals such as OH, HO₂, HCO, and HNO effect on the above-mentioned parameters is also discussed in detail. Furthermore, correlations were obtained for the laminar flame speed, NO, and CO emissions with important radicals such as OH, HO₂, HCO, and HNO. The replacement of air with H₂O₂ increases flame speed and decreases the ignition delay time of the mixture significantly. Also, increases the CO and NOx concentration in the products. The CO and NOx emissions can be controlled by regulating the H₂O₂ concentration and equivalence ratios. Air replacement with H₂O₂ enhances the reactions rate and concentration of intermediate radicals such as O/H, HO₂, and HCO in the mixture. These intermediate radicals closely govern the combustion chemistry of the NH₃/CH₄– O₂/N₂/H₂O₂ mixture. A linear correlation is observed between the flame speed and peak mole fraction of OH + HO₂ radicals, and 2nd degree polynomial correlation is observed for the peak mole fraction of NO and CO with HNO + OH and HCO + OH radicals, respectively.     

基于Flow-3D的高速水流无压溢洪洞内消能工数值模拟

针对目前高速水流消能形式存在的缺点,基于Flow-3D软件,采用RNGκ-ε模型、Tru-VOF法模拟了无压洞式溢洪道内消能墩附近的水流运动特性,结合洞塞式消能工的消能机理和水工模型试验,对比分析了内消能墩附近的水流流态、流速分布、压强分布、水面线和消能率等。结果表明,在控制断面束窄度的条件下,消能墩附近流态不会影响洞内安全,消能效果较好,消能墩对墩后水流影响距离较短,为在洞内设置多组消能墩提供了依据。研究成果可为类似工程提供参考。