扫气口角度对双燃料船机混合及燃烧的影响

针对一台低压喷射二冲程天然气/柴油双燃料发动机进行三维全尺寸模拟,研究了扫气口角度对天然气混合过程以及功率和排放的影响.结果表明:引燃油喷射前,天然气分布呈现出分层,其中扫气口角度θ20°时,天然气集中分布在活塞顶附近,呈"上下"分层;扫气口角度θ≥20°时,混合气浓区集中分布在气缸壁附近,呈"左右"分层,同时会出现天然气逃逸现象;适中的扫气口角度(θ=25°)有利于降低天然气消耗率,低于此值时预燃室附近天然气稀薄,火焰传播速度低,燃烧持续期长;高于此值时,燃烧相位前移,压缩负功增加.此外,当扫气口角度过小时,由于活塞顶部天然气过浓,会使NOx排放急剧增加,甚至超过TierⅢ排放法规的限值.     

多喷油器分段喷射对大缸径低速柴油机燃烧及排放的影响

针对大缸径低速二冲程船用柴油机,废气再循环(EGR)技术满足TierⅢ排放时造成的油耗恶化问题,采用三维数值模拟手段,研究了EGR氛围下多次喷射与燃油喷射角度对发动机油气混合、燃烧及排放的影响。结果表明,采用30%EGR率可满足TierⅢ排放标准;喷油角度直接决定缸内混合气形成过程,喷油角度过小会导致气缸中心油束重叠形成浓混合气区,缸内空气无法充分利用;喷油角过大会导致喷雾油束和火焰撞壁,缸壁散热损失增加;而适中的喷油角度(20°)有利于提升功率,降低油耗。在EGR氛围下通过协同优化多次喷射与喷油角度,采用30%EGR率结合10.0%预喷量,主预喷间隔为15°,喷油角20°,可使NO_x排放降低65.5%,油耗仅增加1.24%;采用三次喷射可进一步改善油耗与NO_x排放之间的折衷关系,但优化潜力有限。     

基于三维粒子图像测速技术的滚流运动研究

借助自主搭建的三维粒子图像测速系统对4气门汽油机缸盖进行了稳流条件下缸内流场测量,得到缸内不同测量截面处流场的三维速度分布,对不同气门升程下缸内流场结构进行了分析,并基于离面速度分布对滚流比进行了计算.研究发现:缸内滚流流场在垂直于气缸轴线的测量平面内主要体现为位于进/排气门侧的进气射流;较高的气道压差可以保证流场结构...     

扫气口角度和涡流比对船用柴油机性能的影响

利用Converge软件建立某大缸径低速二冲程船用柴油机的三维数值仿真模型,仿真研究扫气口水平倾角对柴油机性能的影响,并解耦涡流比的单独影响机理。结果表明：扫气口水平倾角过大或过小均导致缸内产生回流区及新鲜空气过早溢出,降低扫气效率;与原机水平倾角为15°时相比,当扫气口水平倾角为10°时,有效燃油消耗率和NO_x排放均降低;在合理范围内增大涡流比可有效改善油气混合均匀性和燃烧过程;与原机涡流比为4.5时相比,涡流比为20.5时燃油消耗率降低5.09%,燃油经济性明显改善;但涡流比过大对燃油消耗率的改善较小,同时导致壁面传热损失较大,因此涡流比应控制在20.5以下。     

二冲程船用柴油机稳态扫气流动特性

设计了一台船用柴油机稳态扫气光学试验装置,用以研究低速二冲程船用柴油机的扫气过程.利用立体粒子图像测速技术对不同参数下的缸内扫气流场进行了研究.结果表明:随着扫气口径向切角的增大,平均涡心位置与气缸轴线的偏离增大,涡流强度有所增强,气流的轴向速度呈现先增大后减小的趋势;随着扫气口开度的减小,涡心附近的轴向速度先有所增大,当扫气口开度降低到25%时,轴向速度大幅度减小,并出现回流现象.为通过流场评估扫气性能,提出了"扫气非均匀性系数".试验发现在扫气口径向切角为15°及20°时扫气性能较好,此外,扫气口开度对扫气性能的影响仅体现在扫气口开度较小时,此时在扫气口附近的轴向速度均匀性差,影响扫气性能.     

气道稳流试验台测量精度研究

为了确保多缸机气道稳流试验台的测试精度,采用误差分析理论与测量系统分析方法,从直接因素与间接因素两个方面分析了气道稳流试验台测量系统的精度,找出主要的误差来源。结果表明:涡流动量计与流量的测量精度对涡流比与流量系数测量结果的影响最大,分别占测量总误差的85.68%与94.15%。若气门升程偏差0.1mm,测量结果会产生1%左右的变化。试验缸盖定位向外侧偏差1.0mm时,不会对流量系数造成显著影响,但会使涡流比增大14.43%。气道稳流试验台的重复性与再现性为28%,人为因素的再现性几乎不会对试验结果造成影响。     

柴油机切向气道参数化设计与研究

以气道的复杂空间曲面为基础,结合现有的三维设计软件,全面定义了柴油机切向气道的关键结构参数,并通过这些参数正向设计完成了12款内燃机气道,用以研究气道结构参数与气道性能的关系。数值模拟结果表明:气道出口处壁面通过对气流的导向作用对涡流强度有较大的影响;在垂直方向,平均涡流比与气道出口壁面的倾斜角度成反比;在水平方向,气门中心和气缸中心连线与气道出口中心线的夹角呈90°时能使平均涡流比达到最大值。