燃气发动机的空燃比控制关键技术研究

针对沼气、煤层气的成分与热化学特性,结合流体力学、内燃机工作过程等知识,通过对阀芯截面、升程、气流压差、流量特性的相互关系进行深入研究和分析,建立了适用沼气(或煤层气)的混合气空燃比控制流量特性计算模型,并在4100沼气发动机上试验,结果显示与装用原天然气燃料供给装置相比,其额定功率提升了17%,验证了本文提出的供气阀芯设计计算方法的正确性。     

考虑㶲损失的三联供系统容量配置与运行模式研究

节能减排一直是世界各国持续关注的热点问题,综合能源三联供系统因其具有更高的一次能源利用率而被广泛应用。针对综合能源三联供系统的容量配置和运行模式规划问题,提出考虑(火用)损失的综合性能指标作为优化的目标函数,从高效、低碳、经济三个方面进行综合优化。以燃气轮机的容量和运行模式为设计变量,建立综合能源三联供系统容量配置与运行模式研究模型。将此方法应用到某宾馆建筑的联供系统进行分析,研究结果为：燃气轮机的最佳容量为200 kW,热电结合是最优的运行模式。在该模式下综合能源三联供系统较传统供能系统(火用)损失率降低3.5%,年综合碳排量减少593.7 t,年经济成本节约29.8万元。该方法能够全面、客观地分析某容量、某种运行模式下的系统性能,为解决联供系统的运行规划问题提供参考。     

撞壁对柴油喷雾燃油分布影响的试验和计算

利用复合激光诱导荧光(PLIEF)技术,在一个定容弹里定量研究了柴油喷雾撞击平板后的燃油分布,重点研究了撞壁距离对气相燃油分布的影响.结果表明:撞壁对燃油分布有重要影响,随着撞壁距离的增加,气/液相喷雾撞壁时刻延迟甚至不与壁面接触,当量比φ2区间的气相燃油质量分数减小,1φ≤2区间的气相燃油质量分数增加到一定数量并保持变化不大,0φ≤1区间的气相燃油质量分数逐渐增加.数值模拟计算的结果发现,存在一个基于氮氧化物(NO)和碳烟(soot)排放折中的最优撞壁距离与喷孔直径之比(L/D)范围使得液相燃油不与壁面接触,φ2区间和0φ≤1区间的气相燃油质量分数较小,1φ≤2区间的气相燃油质量分数较多,NO和soot排放都较小.根据计算结果拟合了基于NO和soot排放折中的最优撞壁距离范围的经验公式,可以很好地预测不同工况下的最优撞壁距离范围.     

柴油机WHTC冷起动过程SCR温度热管理技术研究

研究了低速低负荷工况下可变几何截面增压器(variable geometry turbocharger,VGT)开度、进气门晚关机构(retard intake valve closing auction,RIVCA)和后喷技术对提升选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)后处理器温度的作用,并从温度提升幅度、发动机油耗率和排放等方面对各技术进行了分析比较。试验结果表明,采用后喷技术、增大VGT开度和利用进气门晚关可以有效提高SCR后处理器温度。但相比于后喷技术,增大VGT开度和运用进气门晚关技术造成的油耗损失较小。试验对后喷策略和VGT-RIVCA策略进行了全球统一瞬态试验循环(world harmonized transient cycle,WHTC)冷起动对比试验。试验结果显示,在使SCR后处理器的起燃时间缩减至循环第600s附近时,后喷策略造成的油耗损失为3.5%,而VGT-RIVCA策略造成的油耗损失仅为1.1%。在验证了VGT控制策略的优越性后,通过设定不同VGT开度的对比试验,最终得到了一套优化的VGT-RIVCA控制策略,运用该策略可以使SCR后处理器的起燃时间由1 300s缩减至540s,NOx排放量由1.78g/(kW·h)降低至0.929g/(kW·h),同时发动机油耗仅有1.4%的恶化。     

喷孔直径对重型柴油机燃烧和排放的影响

为改善重型柴油机大负荷工况下的燃油经济性,通过一台高强化重型柴油单缸机研究了喷油器不同喷孔直径对燃烧和排放的影响,结果表明：随喷孔直径增大(从0.169 mm增大至0.218 mm),最高爆发压力和瞬时放热率峰值均有升高,燃烧持续期缩短,指示热效率提高．喷油器喷孔直径为0.203 mm时的NOx排放最高,而碳烟排放则随着喷孔直径增大而上升．对于大孔径(0.218 mm)喷油器,改善喷雾的雾化性能是提升燃烧速率的关键,通过与高增压和高轨压的协同作用,可进一步提高放热速率和燃烧等容度．模拟结果中,增大喷孔直径会增加单位时间内的气相燃油生成量,且在活塞凹坑底部易产生较大尺度的涡团,利于物质输运,促进混合．     

防爆发动机涡轮水套热力学分析

本文以康明斯Isle34040发动机为主体,为了达到防爆柴油机表面温度不超过150的防爆要求,为发动机涡轮增压器设置隔热水套。通过分析隔热水套内壁与外壁的传热学平衡状态,计算出了涡轮外表空气流速与涡轮外表温度的关系,为涡轮隔热水套的设计提供了理论依据。接着利用红外测温仪对涡轮增压器表面温度进行测量,结果显示,当空气流速大于时,涡轮外壳表面温度测量结果低于150,即达到防爆法规的要求。     

供油策略与EGR联合控制对恒转速突加载响应性能和排放的影响

以一台高压级为可变几何截面的增压器(VGT)的两级涡轮增压重型柴油机为研究对象,研究负荷烟度试验(ELR)测试循环中恒转速突加载的瞬态过程中喷油系统及EGR的控制策略对响应性能和排放的影响.发现单次喷射的转矩响应时间比两次喷射缩短26.1%,但两次喷射模式的烟度峰值比单次喷射降低了33.3%,NOx峰值降低了21.9%.两次喷射的主喷和后喷燃油比例确定时,主喷最终定时提前2°,CA,将缩短42.6%的转矩响应时间;而后喷定时提前3,°,CA,将引起烟度峰值增大91.7%.此外,基于转矩响应及排放的需求,开发了EGR阀晚开的控制策略,EGR阀开启时刻过早和过晚都将引起转矩响应的恶化,EGR阀开启过早将会产生过高的烟度峰值,EGR阀开启过晚将产生大量的NOx排放.故合理匹配喷油系统和EGR阀控制策略是实现恒转速突加载过程高转矩响应和低排放的重要技术手段之一.     

柴油机预燃室射流扰动燃烧系统的设计与试验

为了实现重型柴油机大负荷工况下的高效清洁燃烧,设计了一种应用于重载柴油机的预燃室射流扰动燃烧系统,旨在利用预燃室产生的射流动量促进柴油机大负荷工况下的油、气混合过程,提高扩散燃烧的速度,增大燃烧等容度,从而提高发动机的指示热效率．建立预燃室仿真模型,研究预燃室射流的作用位置、持续时间、动量大小及作用相位对油、气混合与燃烧过程的影响,以缩短发动机燃烧持续期、提高指示热效率为目标,对预燃室的结构进行优化．基于仿真结果,搭建了预燃室射流扰动燃烧系统的试验平台并进行试验．结果表明：在没有明显提高排放的前提下,采用预燃室射流扰动燃烧系统可以有效缩短大负荷工况下的燃烧持续期,提高指示热效率．在转速为1 200 r/min、平均指示有效压力(IMEP)为2.54 MPa、进气压力为0.36 MPa、预燃室喷油量为6 mg且主燃室喷油量为194 mg时,原机指示热效率可从48.18%提升至48.65%.     

光储系统并网动态容量规划及运行优化研究

针对电网中光储系统的容量规划问题,提出了一种考虑电网常规机组运行特性的光储系统并网动态容量规划模型。采用双层模型方法,上层规划以项目投资期间的光储系统、电网常规机组总成本为目标,通过灰狼算法求解,得到光储系统容量配置方案,作为下层模型的输入;下层优化以光储并网后的日运行成本最低为目标,通过MATLAB调用Cplex的分支定界算法求解,得到光伏、蓄电池、电网常规机组调度方案,作为上层模型的输入。上下层循环迭代,直至满足收敛条件,实现光储系统容量的动态规划。最后通过具体算例验证了模型的合理性。算例仿真结果表明,该方法兼顾了电网常规机组能耗,得到了经济性最优的光储系统容量配置方案以及光储并网运行调度策略,从而降低电网的发电成本,提升环境效益。     

柴油机进气掺混低浓度甲烷模拟研究

针对矿井下空气中含有甲烷气体造成柴油机在矿井下运行时会吸入甲烷的情况,使用三维计算流体动力学(CFD)软件CONVERGE模拟柴油机进气混掺0%、0.25%、0.50%、0.75%与1.00%体积浓度的甲烷气体对柴油机燃烧及排放的影响。研究结果发现,当甲烷着火时刻温度大于1 000K时,甲烷的掺混会使得羟基(OH)基团增多,对柴油机的燃烧起着促进作用。在柴油机1 200r/min、80%负荷的工况点下,随着甲烷体积浓度提高至1.00%,滞燃期从7.35°缩短至7.07°,缸内最大燃烧压力从16.05MPa升高至16.46MPa,放热率峰值升高9.1%,缸内最高温度从1 737K升高至1 771K,NOx排放由10.55g/(kW·h)升高至11.36g/(kW·h),CO排放由0.12g/(kW·h)升高至1.34g/(kW·h),碳烟排放由1.210mg/(kW·h)下降至0.785mg/(kW·h)。矿井下空气中存在甲烷会对柴油机的燃烧及排放产生影响,但矿井下甲烷体积分数普遍低于0.7%,因此其对柴油机的影响较小。