点燃式天然气发动机燃烧室结构优化的仿真与试验研究

利用三维数值仿真的方法,对带有浴盆形燃烧室的天然气发动机缸内流动和燃烧特性进行分析,提出了两种燃烧室结构优化设计方案,试验对比了采用原燃烧室和挤气喷射燃烧室时的发动机性能。结果表明:在不改变压缩比情况下,通过改变活塞头部凸起形状和位置,能够实现浴盆形燃烧室内的挤流与滚流有效耦合;控制点火时刻的火花塞附近气体流速,能提高缸内平均湍动能,加大快速燃烧期内火焰前封面的面积,改善燃烧质量。发动机采用优化的2号挤气喷射燃烧室,能够明显加快发动机燃烧进程,提高发动机的动力性和经济性,发动机功率从75kW提高到78.7kW,最低比气耗降低4.4%,HC和CO排放略有降低。     

船用柴油机燃烧室结构分析

为探索不同燃烧室结构对大缸径船用柴油机燃烧和排放的影响,基于原机燃烧室,新设计了6种不同形状的燃烧室,采用AVL Fire软件建立燃烧室仿真模型,并结合涡流数和均匀系数来对缸内流动、混合和燃烧过程进行数值模拟分析。结果表明：燃烧室直径和凹坑深度等参数会对缸内流动产生很大影响,凹坑深度较大的缩口燃烧室能产生较强的涡流从而改善燃烧,而浅坑的开口燃烧室的缸内燃烧状况较差。同时发现,只有在缸内涡流和湍动能都较大的情况下才能使燃烧更充分。从发动机性能和排放结果来看,缩口燃烧室G1的功率输出增加4.6%,排放与原机基本持平;直口燃烧室G4在略低于原机的功率输出下,NOx排放降低43.3%;开口燃烧室的做功能力较差。     

燃烧室形状对缸内直喷CNG发动机燃烧特性影响的数值模拟

为了研究燃烧室形状对于缸内直喷CNG发动机燃烧特性的影响,以6105型CNG发动机为研究对象,利用AVL-FIRE软件建立该型发动机模型,将三类典型的燃烧室(缩口型,直口型,敞口型)进行对比。分析缸内的湍动能分布、速度场、温度场等数据后得出:直口型燃烧室缸具有较强的湍流运动,涡团与CH4的浓度分布有利于稳定火核的形成,提高燃烧速度,动力性较好。     

大滚流气道对PFI发动机性能影响的试验研究

进气道是发动机进气系统的重要组成部分。增加进气道的滚流比,提高缸内的湍动能,从而改善燃烧,进而改善了发动机的性能。本文对一台1.5L增压气道喷射发动机进行了台架试验,获得了采用大滚流气道时发动机的性能状况;同时基于大滚流气道对比分析了配合原活塞和配合平顶活塞时发动机性能情况。试验表明,在低速小负荷工况下,滚流比的提高,对发动机油耗改善不明显;低速大负荷工况下,滚流比提高,改善了发动机的燃烧,降低了爆震倾向;在功率点附近的工况,滚流比的增大,导致燃烧相位滞后,油耗升高。     

ω型燃烧室对柴油机燃烧过程影响的数值模拟研究

结合某增压发动机燃烧系统开发,应用FIRE软件对新设计的压缩比为15的3种ω型燃烧室进行了建模和仿真计算。对比分析了15压缩比下,不同燃烧室廓形方案对缸内燃烧过程的影响。结果表明:压缩比和口径比相同的条件下,径深比越小的燃烧室燃烧质量较好;缩口、小径深比的燃烧室具有较合理的涡流分布,较大的挤流强度,有利于混合气的形成,加速了扩散燃烧过程,放热率快而集中。     

点火顺序对双火花塞生物质气发动机燃烧性能影响研究

为研究不同点火顺序条件下双火花塞生物质气发动机异步点火缸内燃烧特性,建立了CFD模型,进行仿真计算分析。结果表明,在额定转速额定功率条件下,周围湍动能较大的火花塞先点火时,缸内燃烧速度快,燃烧持续期短,指示热效率高。     

燃烧室形状对柴油机缸内气流运动影响的数值模拟研究

为了研究燃烧室形状对柴油机缸内气流运动的影响,利用AVLFire软件对三种不同凸台形状的缩口型燃烧室内的气流运动进行数值模拟。研究表明,凸台形状对缸内气流运动有较大的影响。锥形凸台和球形凸台比平底凸台更有利于挤气涡流的形成和发展,平底凸台燃烧室具有更好的涡流强度保持性和更合理的湍动能分布。     

发动机进气道CFD分析方法

车用发动机燃烧系统开发的实际设计过程中,进气道的设计通过对缸内气体流动的影响直接控制燃油和空气的混合从而影响缸内燃烧过程。在此研究了进气道CFD分析方法,通过AVL-FIRE软件,建立进气道三维几何模型,生成网格模型,并进行求解计算出在不同气门升程下的气道流量系数和涡流/滚流比,最终通过优化流量系数同时权衡涡流/滚流比,实现发动机快速稳定的燃烧。     

燃烧室结构对天然气转子发动机燃烧过程的影响

以一台由端面进气汽油转子发动机改装而来的预混天然气转子发动机为研究对象,在FLUENT软件的基础上通过编程实现转子发动机三维网格的偏心运动,并选择合适的湍流模型、燃烧模型以及详细的CHEMKIN化学反应机理,建立基于化学反应动力学的端面进气天然气转子发动机三维动态数值模拟模型。通过与试验数据进行对比和分析,验证模型的可靠性。在此基础上,研究燃烧室结构对端面进气天然气转子发动机的缸内流场、温度场和中间产物浓度场的影响。结果表明,当燃烧室凹坑布置于转子曲面长度方向的前端和转子曲面宽度方向的中心时,燃烧过程同时利用了燃烧室后部的滚流以及燃烧室中部高速流区对火焰的加速作用,缸内整体燃烧速率最大。同时,其缸内压力最大以及中间产物OH的生成量也最大,其压力峰值比中置凹坑燃烧室提高了19.9%,但其NO质量分数仍在0.5%以内。     

燃烧室形状对醇醚燃料发动机燃烧和排放影响的数值模拟

为了研究燃烧室形状对醇醚燃料发动机燃烧和排放特性的影响,在压缩比不变的条件下,设计了5种不同形状的燃烧室,运用AVL_Fire软件对具有不同形状燃烧室发动机的燃烧过程进行了模拟计算。结果表明,缩口燃烧室E内气流运动最强烈,缸内平均压力较高,NO和soot排放很低;直口燃烧室A的缸内压力最低,噪声小,NO和soot排放较低;敞口燃烧室B的NO排放最高,soot排放较低。尖底凸台对气流的导流效果比圆底、平底凸台要好,更利于挤流的形成和发展。缩口燃烧室内的挤流强度比直口、敞口燃烧室强烈。     

燃烧室对醇醚燃料发动机排放影响的数值模拟

为了研究燃烧室形状对醇醚燃料发动机排放的影响,应用AVL_Fire软件模拟研究5种不同形状的燃烧室对发动机燃烧过程和排放的影响。结果表明:不同形状的燃烧室对湍动能的影响主要在上止点附近;不同燃烧室内NO的生成区域较大,基本遍布于整个燃烧室内,而Soot主要分布在温度高的油束附近和凹坑壁面处;直口燃烧室A和敞口燃烧室B内的Soot排放均较低,NO排放均较高;缩口平底燃烧室D的NO排放很少而Soot排放高;缩口尖底燃烧室E内的NO和Soot排放均较低,具有较好的排放特性。     

直喷汽油机缸内瞬态流动特性的模拟研究

本文采用分离涡模拟方法(Detached Eddy Simulation, DES)研究内燃机瞬态缸内流动,并对模拟结果进行了实验验证,分析了缸内滚流运动、湍动能的时间演化及空间分布。研究表明,对于缸内滚流运动,在进气下止点附近,缸内才形成明显的大尺度滚流,在压缩上止点附近,由于活塞的挤压作用,滚流破碎成小尺度涡团。压缩后期由于滚流破碎能量加速向小尺度湍流传递,湍动能出现第二峰值。进气冲程在气门处由于自由剪切作用,导致缸内湍动能大幅升高。气门关闭后,湍流较强的区域位于缸壁和活塞顶面,由滚流与壁面的剪切作用产生。     

点火式LPG发动机数值模拟与仿真分析

针对点火式LPG发动机进行了缸内燃烧过程的三维数值模拟,研究了LPG发动机在稀燃状态下的燃烧特性。使用FIRE软件,分析了点火提前角、压缩比以及燃烧室结构对LPG发动机燃烧过程中缸内、温度、累积放热量、已燃燃气质量分数以及NO质量分数等参数的影响,探索出对LPG发动机燃烧过程的影响规律,为LPG发动机设计以及性能试验研究提出方向性的建议。     

应用火花塞式传感器测量增压汽油机缸内压力

气缸压力是发动机的一个重要的指标,通过选举火花塞式传感器测量增压汽油机缸内压力,得出增压后发动机的工作状态及其增压效果。该传感器由一个小型点火电极和一压力传感件构成,其接收气缸压力的表面尽可能接近燃烧室,同时易受热影响的压电陶瓷传感元件尽可能近地置于火花塞温度最低的塞柱底座。避免了燃烧气体的纵向共振和热传递的影响。     

预混合低温燃烧柴油机燃油喷射参数与燃烧室的空间匹配研究

通过数值模拟计算研究了预混合低温燃烧模式下燃油喷射参数与燃烧室的空间匹配规律。结果表明:燃油油束落点位于燃烧室喉口中部时混合期内缸内平均湍动能增加,且燃油蒸发速率和湍流混合强度最大;随着喷雾锥角的减小,NOx排放单调上升,Soot排放呈先下降再上升最后再略有下降的趋势。随着油嘴伸出高度的逐渐增大,NOx排放先升高后降低,Soot排放则相反。有效容积比在(34~38)%范围内时能够兼顾NOx和Soot排放性能。     

柴油机缸内辐射换热的多维数值模拟研究

对柴油机来说,辐射换热极为重要,在缸内总传热量中占有非常大的比重,直接关系到发动机热效率及因传热引起的各种热负荷、热强度问题,同时,辐射换热对燃烧系统的研究也十分重要,辐射热流量会深刻影响内燃机的燃烧性能,对发动机的各种燃烧产物的形成产生至关重要的影响。为此,利用离散传递法实现柴油机缸内辐射换热的多维数值模拟,通过多维模拟计算同时考察燃烧室部件表面发射率及喷雾提前角对柴油机缸内辐射换热的影响。结果表明：活塞的辐射热流量峰值高于缸盖的辐射热流;缸盖的辐射热流量的最大值并不在中心位置处,而是随时间变化;随着壁面辐射率的增加,缸内向燃烧室部件辐射换热量逐渐增大;喷雾提前角直接影响所有燃烧室部件表面的辐射热流密度。     

基于缸内过程模拟的发动机优化设计

针对某GDI发动机的多种设计方案,利用CFD手段模拟了缸内的流动、喷雾、点火燃烧等过程,对流动和燃烧情况进行评估,给出了设计方案的优化选择建议。     

柴油机本体优化对燃烧性能和排放的影响

为通过非道路国四排放法规限值,对柴油机本体进行优化,以降低发动机本体的NOx排放和PM排放。基于CFD计算,根据模拟温度场云图,保持压缩比不变,改变燃烧室喉口的形状和面容比,减少燃烧室纵向涡流强度,抑制缸内燃烧速度,降低NOx的排放。同时,通过提高共轨压力,优化喷油器的位置和凸高,让油束落在燃烧室的最佳位置,使燃油和空气充分混合并减小挤流区的燃油比例,有效减少PM的生成。根据计算最优的燃烧室、喷油器方案进行试验,与原机排放对比,NOx、PM分别降低了30%、5%,发动机本体的排放水平尽量接近T4排放水平,降低后处理系统开发难度。     

基于数值模拟优化分析的某型汽油机发动机燃烧系统正向开发

文中主要基于喷雾标定的结果进行发动机缸内燃烧系统的正向开发和优化.在喷雾试验数据的基础上建立了喷雾模型,并利用喷雾模型和发动机相关数据进行了缸内燃烧计算,分析了缸内流场和油气混合情况.分析表明:缸内流场方面,在压缩冲程中不同工况下均形成了非常明显的滚流流场,同时滚流比大小的变化存在明显的"双峰"现象,不同工况下均有燃油...     

提取内燃机燃烧压力高频成分进行压力高频振荡研究

研究内燃机缸内压力高频振荡的机理以及压力高频振荡对燃烧噪声的影响。利用小波分析技术确定缸内压力高频振荡出现的范围,从而确定了燃烧室空腔声模态模型的对应曲轴转角范围。用声响应法和有限元法分别测量和计算不同曲轴转角下燃烧室空腔声模态,并对测量值和计算值对应曲轴转角进行了温度修正,模态试验结果与有限元计算结果较吻合。并对测量的缸内燃烧压力信号和噪声信号进行了分析。研究结果表明：缸内燃烧压力高频振荡是燃烧室的多阶共振频率受到激励引起共振的结果,燃烧压力高频振荡是影响燃烧噪声的重要因素。