温度及压力对柴油机燃烧室内混合气形成影响的数值模拟

用CFD分析软件对柴油机燃烧室内不同环境条件下柴油喷雾的混合气形成及撞壁混合过程进行了模拟计算，并与PLIF法取得的试验结果进行了对比，二者基本吻合．试验和模拟计算结果均表明，油束撞壁后主要沿燃烧室壁面向下移动，在燃烧室近壁区形成一层薄而浓、面积较大的混合气层，且随燃烧室内气体密度的增大，对应时刻及位置的速度、喷雾贯穿距、燃烧室壁面的燃油堆积量、近壁区浓混合气层的面积及混合气浓度减小．     

柴油喷雾撞壁混合过程的研究

对柴油喷雾平板撞壁过程进行了研究。表明柴油从喷孔喷出后很快达到壁面，在壁面形成壁面射流，这一部分燃油不能充分与燃烧室中的空气混合。在燃烧室壁面上加上限流沿后，发现壁面射流在遇到限流沿后从壁面剥离，在空间形成二次射流。增大限流沿的高度会增大二次射流角，而二次射流锥角没有明显的变化；增大二次撞壁距离会减小二次射流角，而二次射流锥角变化不大；喷油压力的变化只是改变燃油的撞壁时刻和喷雾贯穿距，对二次射流角和二次射流锥角的影响不大。由此可以看出，通过调整BUMP的高度和二次撞壁距离等对二次射流影响较大的参数，可以控制燃油在空间的分布，实现可控燃油混合气的形成。     

进气加湿与富氧对船用柴油机NOx-Soot排放的影响

通过一台满足TierⅡ排放标准的四冲程增压中冷船用柴油机,模拟研究了富氧燃烧结合进气加湿改善NOx-soot折衷关系的潜力,并探讨了实现TierⅢ排放标准的技术路线.本研究使用AVLFire软件建立仿真模型.结果表明:单独使用富氧燃烧时,缸内温度较高,燃烧持续期较短,soot排放减少,NOx排放恶化,而单独使用进气加湿时呈相反的趋势.当发动机运行在转速为1350 r/min、75%负荷工况下,进气氧体积分数为21%~23%、加湿率为0~100%时,可实现NOx-soot排放同时降低且低于原机.氧体积分数为21%和加湿率为100%匹配,可以实现TierⅢ排放法规.两种措施的优化组合可以获得NOx-soot排放的最佳优化区域.     

天然气发动机可变气门定时的仿真研究

利用GT-Power软件建立了天然气发动机仿真模型,并对其进排气门的配气相位进行优化,研究并预测了配气相位优化前后发动机充量系数及功率的变化规律.对该天然气发动机的计算结果表明,采用可变气门定时(VVT)技术后,发动机的功率有明显提高,尤其是在中低转速时,功率提高达到10%以上,大大改善了发动机的动力性能.     

预喷射对轿车柴油机燃烧噪声影响的数值模拟

应用CFD模拟软件STAR-CD构建三维燃烧室对轿车柴油机进行模拟计算,重点研究了预喷射和发动机压力升高率之间的关系,而压力升高率是燃烧噪声的主要评价因素.根据原机设计了预喷规律,在主喷正时和喷油压力不变的情况下,加上预喷射,通过改变预喷量和预主喷间隔角等参数来研究预喷射对噪声的影响.结果表明:预喷量可以显著降低主喷阶段的压力升高率,从而减小发动机的燃烧噪声;而预、主喷间隔角对燃烧噪声的影响不大.     

Bump环强化柴油混合过程的数值模拟研究

对双模式HCCI燃烧,促进其主喷阶段燃油的混合速率至关重要。采用CFD数值模拟方法研究了一种新型燃烧室设计——BUMP燃烧室对直喷柴油机喷雾燃烧过程的影响。结果表明,bump环扰动缸内气流运动产生复杂的流谱,形成强烈的湍流。燃油喷雾撞壁后,bump环剥离壁面射流形成二次空间射流,减少了燃油在燃烧室壁面的沉积,湍流混合速率大大增加。自燃着火时刻,BUMP燃烧室内有38．2％的燃油处于碳烟生成门槛之外,而对比燃烧室仅为28．9％。数值模拟解释了BUMP燃烧室同时降低NOx和碳烟排放的实验现象。此外,模拟还发现燃油混合速率对喷油定时非常敏感,存在一个高湍流混合速率曲轴转角区间。     

柴油机燃烧多环芳香烃前驱体等物质的化学动力学研究

为了揭示混合气浓度对柴油机排放的影响规律,采用正庚烷氧化详细反应机理及化学动力学分析软件对不同燃空当量比下柴油机燃烧初级碳烟粒子前驱体等重要反应中间产物或自由基的形成及发展历程进行了数值模拟．模拟结果表明,降低混合气浓度可以实现低温燃烧,使燃烧温度远离“碳烟形成温度窗”,大幅度降低柴油机碳烟排放．混合气浓度对反应中间产物或自由基有重要影响,通过改变混合气浓度可以控制燃烧过程中多环芳香烃(PAH)前体物乙炔(C2H2)、炔丙基(C3H3)及其他重要物质羟基(OH)、过氧羟自由基(HO2)、过氧化氢(H2O2)、甲醛(CH2O)和一氧化碳(CO)等的生成量,从而实现控制柴油机排放．     

燃油系统参数对柴油机燃烧及排放影响的研究

采用CFD数值模拟方法研究了柴油机燃油喷射系统参数--喷孔直径、喷雾夹角等对柴油机燃烧过程及排放的影响.研究结果表明,喷孔直径对缸内速度场影响较大,较小的喷孔直径可以促进缸内充量的混合.喷孔直径越小,缸内高温区域出现越早,而且高温区域范围越大.随着喷孔直径的减少,碳烟排放降低,Nox排放升高.改变喷雾油束夹角对缸内压力和温度影响不大,但是影响到喷雾油束的落点位置.落点位置过高,则油束喷入气缸余隙较多,燃烧质量较差,生成较多碳烟;落点位置过低,则油束喷到燃烧室凹坑底部,导致油滴沉积在温度较低的燃烧室底面上,碳烟排放恶化.     

MULINBUMP HCCI燃烧控制特性的试验和数值模拟

通过试验和数值模拟方法研究了MULINBUMP-HCCI燃烧控制特性.发动机试验表明,通过控制多脉冲喷射参数可以控制预混合气的形成,从而控制燃烧放热速率,获得很低的排放水平.在不采用废气再循环的条件下,NOx排放在低负荷时只有11×10-6,高负荷时也不超过250×10-6,烟度则始终小于0.5 BSU.对多脉冲喷射预混合气形成历程的CFD数值模拟表明,不同的多脉冲喷射定时在混合气形成过程中形成不同的浓度和温度分层,从而引起燃烧特性的变化.通过控制多脉冲喷射参数来控制HCCI燃烧相位和燃烧速率是一种实用、有效的策略.     

缸内直喷汽油机高压旋流喷油器流动特性模拟研究

为了揭示直喷式汽油机高压旋流喷油器内燃油的流动特性及其影响因素,利用STAR-CD软件建立了压力旋流喷油器计算模型,并对喷油器内燃油的速度和压力变化历程以及旋流孔倾角和喷油压力对喷油器内流动特性的影响规律进行了研究.计算结果表明,在旋流喷油器内燃油的轴向速度不断增大,且在喷孔出口处达到最大值;而其切向速度则在喷孔入口处达到最大值,然后在喷孔内逐渐减小.随着旋流孔倾角的增大,燃油的喷射速度和湍动能减小,但初始涡流角增大.随着喷油压力的增大,燃油的喷射速度和湍动能均随之增大,而初始涡流角基本不变.