乙醇/柴油混合燃料喷雾粒度分布特性研究

采用激光粒度分析仪对乙醇/柴油混合燃料稳态自由喷雾粒度分布进行了试验研究,并就不同喷油压力、喷孔直径对乙醇、柴油及乙醇/柴油混合燃料稳态自由喷雾粒度分布的影响进行了对比研究。试验结果表明:各种燃料喷雾索特平均直径(SMD)的空间分布沿喷雾轴线均呈逐渐减小的趋势,其中柴油喷雾的SMD在20～40μm范围内变化,乙醇喷雾较柴油喷雾具有更小的SMD,且其空间分布较为均匀;随着乙醇含量的增加,乙醇/柴油混合燃料喷雾的SMD不断减小,其SMD大小和空间分布均匀性介于柴油喷雾和乙醇喷雾之间。

不同燃料的喷嘴内流动与喷雾形态可视化试验

采用高速可控闪光摄影技术搭建了喷油器喷孔内流动及近场喷雾可视化试验装置,针对柴油、汽油、乙醇柴油、生物柴油4种燃料,对实际尺寸的透明喷油器喷孔内的流动及近场喷雾进行了对比试验研究。试验研究结果表明:所有试验燃料喷孔内均呈现空穴流动,低运动粘度、高饱和蒸气压的燃料空穴生成时刻更早、空穴强度更强;喷孔空穴强度较大的燃料具有更大的近场喷雾锥角;喷射结束后喷孔内会产生气体倒流现象并形成初始气泡,初始气泡体积随燃料表面张力的减小而增大。同时发现,针阀运动会对压力室和喷孔内的流动产生极大的扰动并影响其流动形态。

柴油机喷油嘴内燃油流动三维数值模拟

喷油嘴内的流动状态以及燃油喷射情况在很大程度上影响柴油机的排放和经济性能。鉴于试验和测量受种种条件的限制,可利用CFD软件AVL-FIRE中的混合多相流模型加空穴模型,通过数值计算,模拟了柴油机孔式喷油嘴内的燃油流动状态。模拟出喷油嘴内燃油流动状况,空穴的产生、发展及分布情况。进一步分析了不同燃油喷射压力对喷孔内空穴分布的影响。分析表明,通过本方法可预测喷油嘴内的燃油流动状况,可为喷油嘴设计的合理性指出改进方向。

热强化对乙醇柴油发动机性能及排放的影响

通过模拟发动机冷却水废热回收利用的水浴加热法,对流经喷油泵后高压油管的乙醇柴油混合燃料进行预热升温,以探讨不同乙醇柴油配比及其热强化对发动机性能、常规与非常规污染物排放特性的影响.试验结果表明,与常温燃油相比,乙醇柴油热强化有利于降低发动机在低转速和部分负荷工况下的当量燃油消耗率及其HC排放,而其碳烟和NOx排放无明显变化;乙醇柴油热强化还可降低乙醛、丙酮和乙醇等非常规污染物排放,但会使中低转速工况下的甲醛的排放稍有增加.

高速直喷柴油机降低排放措施概述

简单介绍了柴油机尾气排放形成机理和目前柴油机降低排放的主要措施及其对柴油机性能和排放的影响。同时也介绍了多种措施综合应用时对柴油机性能和排放的影响。

进气温度对汽油直喷压燃发动机燃烧及排放性能影响的试验

通过一台改装的单缸直喷式柴油机,在不同进气温度条件下实现汽油直喷压燃(GCI)燃烧方式的燃烧特性、工况范围以及排放特性的试验.结果表明:在进气温度为323 K时,汽油GCI燃烧方式即可实现稳定运转,燃烧表现为单阶段放热,整体放热集中,燃烧持续期短;在保持过量空气系数一定、发动机正常运转条件下,随着进气温度提高,着火时刻提前,最高爆发压力和峰值放热率均升高,指示热效率提高,HC和CO排放降低,NO排放升高;同一进气温度下,随着过量空气系数的增大,缸内混合气变稀,平均指示压力减小,指示热效率减小,CO排放先升高后降低,HC排放显著增大,NO排放减小;进气温度对汽油GCI燃烧方式正常工况范围影响很大,随着进气温度升高,负荷上限和下限均明显下降,表明进气温度是向小负荷范围拓展的重要边界条件.

DME/柴油混合燃料闪急沸腾喷雾特性的试验与数值模拟

应用激光粒度测试仪研究了二甲醚(DME)/柴油混合燃料的稳态喷雾特性,探讨了不同轴向位置处索特平均直径(SMD)的分布规律,分析了混合燃料中液相DME含量对SMD分布的影响。利用Rosin-Rammler双参数分布函数研究了各种尺寸液滴的分布范围及所占比重;采用高性能数码相机记录并讨论了各种燃料的稳态喷雾形态及其影响因素。同时,应用KIVA-3V2计算软件对混合燃料稳态喷雾的雾化特性进行了多维数值模拟研究,计算结果与实测数据基本吻合。结果表明:各种燃料喷雾SMD的轴向分布在喷孔附近变化较快,随着轴向距离的增加,其变化趋缓;喷雾特性与燃油的物理性质紧密相关,当柴油中掺混液相DME时,燃油黏度及表面张力的降低以及DME的闪急沸腾微爆效应对燃油雾化影响较大。与纯柴油相比,DME/柴油混合燃料喷雾锥角以及喷雾体宽度有较大幅度的增加,SMD明显减小,群平均直径小的油滴占的比例显著增大,且这一变化趋势随DME含量的增大而加剧。

锂离子电池放电过程瞬态生热特性分析

为探索纯电动汽车用锂离子电池在放电过程中的瞬态热特性,通过试验测试得到不同温度下的内阻和不同放电倍率下的温升曲线,计算出不同放电倍率下的瞬时生热率;根据0.5C放电倍率下的瞬时生热率和内阻生热率,求出熵热(可逆反应热)系数变化曲线,分析锂离子电池熵热特性对瞬态生热特性的影响。分析结果表明:锂离子电池的瞬态热特性主要受电池内阻热和熵热(可逆反应热)的瞬态特性影响;熵热是影响电池放电过程中温度波动的主要因素,在放电中期会出现由相变反应引起的吸热现象;在小倍率放电过程中,熵热对电池温度场的影响大于内阻热,而在大倍率中则相反。通过分析,可以为电池瞬态生热模型的建立与完善提供依据。

车用发动机可变进气管长度的探讨

根据气体的波动效应分析发动机进气管长度对发动机充气效率的影响.利用BOOST模拟计算软件,在原发动机基础上,计算分析了具有可变进气系统的发动机在不同转速下的性能,同时研究了不同结构参数对发动机动力性和经济性的影响,确定可变进气管长度切换点(速度转换点).利用可变进气管长度使发动机在各工况都获得较高的充气效率,从而改善发动机性能,并通过实验进行验证.

残余气泡对柴油射流初期破碎的影响

柴油机喷油嘴内的残余气泡在一定程度上影响燃油的初期雾化效果,从而影响柴油机排放特性.采用高速可控闪光摄影技术拍摄了喷油器透明喷嘴孔内流动及近场喷雾,结果表明:在针阀开启之前,喷油嘴内部存在残余气泡;在喷射初期阶段,柴油喷雾结构呈现两种形态:传统的"蘑菇"形态和前端带有细长液丝的"蘑菇"形态,第一种形态出现概率远大于第二种.基于可压缩流体体积函数(VOF)多相流模型,采用大涡模拟方法,研究残余气泡对初期喷射阶段射流破碎的影响,结果表明:残余气泡的初始位置对初期射流雾化形态有显著影响;当残余气泡处于喷孔前端时射流前端会形成初始尖端,尖端周围涡环运动使其拉伸形成细长液丝,从而形成第二种射流形态.

针阀运动对断油阶段空化和倒吸的影响

基于流体体积函数(volume of fluid,VOF)模型和动态重叠网格技术对柴油机喷油嘴断油过程中燃油流动特性进行了三维动态模拟。并通过可视化试验对透明喷嘴断油前后的流动进行了试验研究,着重分析了针阀运动对空化和倒吸的影响,其数值模拟与试验一致。结果表明:在针阀落座过程中,喷孔先于压力室发生空化现象,但二者最大空化量表现为压力室大于喷孔;通过对空化和倒吸进行量化分析证实空化溃灭后导致喷嘴内的压力降低是引起空气倒吸的原因;同时对3种不同针阀落座速度喷嘴内的空化和倒吸展开研究,结果显示3种喷嘴压力室内的空化量随针阀运动速度增大而增大,而喷孔内空化量基本相等;最后,通过理论推导得出了反映断油过程中喷嘴内空化的新空化数,解释了喷嘴内产生空化的机理,及针阀运动对喷嘴内空化和倒吸影响的原因。

汽油多组分表征燃料简化动力学模型的系统化构建及验证

提出了一套系统化多级机理简化策略,包含基于误差传播的直接关系图法、峰值浓度分析法、线性同分异构体集总法、主组分分析法、温度敏感性分析和产率分析法,并将其应用于汽油四组分表征燃料详细反应机理的简化,构建了适用于HCCI发动机燃烧边界下的简化机理模型,包含149个物种、414个反应。通过与激波管、快速压缩机、增压HCCI发动机实验数据的对比验证表明,新机理可以准确地预测较宽范围条件下的着火滞燃期,在HCCI发动机的单区模型计算中,该机理对缸内燃烧和排放的预测结果是令人满意的。放热率分析表明,R+O_2反应是控制中间温度区放热的关键基元反应,在高压低温下,异辛烷的放热起到决定性作用。添加2-戊烯之后,使得四组分模型相较于三组分模型更为准确,尤其是对于第一阶段着火滞燃期有显著影响,为进一步探索调和燃料组分比例控制HCCI燃烧提供了一条新思路。

满足欧-Ⅲ排放标准4100直喷式柴油机的配气相位优化计算

采用AVL BOOST性能预测软件建立了4100直喷式柴油机的计算分析模型,具体分析了配气相位对整机性能的影响,确定了合理的配气相位。根据优化后的配气相位对原机进行调整和试验,并对改进前后的性能进行比较,结果表明:改进后的功率得到了一定的提高,但油耗率比原机稍高一些,因此是在牺牲了一定的经济性的前提下使排放大大地降低,这与工作过程计算的结果是十分吻合的。

柴油机喷油嘴内部沉积物的特征

针对喷嘴内部沉积问题,借助扫描电子显微镜、能谱分析仪和红外光谱分析仪研究了喷嘴内部沉积物分布区域、形貌和组成元素等基本特征;通过透明喷嘴可视化实验分析了喷嘴内部沉积物形成的来源.结果表明:沉积物在喷嘴内部可划分为5个分布区域,越靠近燃烧室,沉积物积累越严重.在喷嘴内外的沉积物中发现了相同的4种非金属元素,6种金属元素.来源于润滑油中的锌元素和钠元素,发现存在于喷孔和压力室表面沉积物中,但承压锥面未检测到该两种元素.沿燃油流动方向,喷孔内部沉积物的量逐渐增多,且m(C)/m(O)逐渐增大.喷孔外侧和压力室中都发现了一定量的酰胺类沉积物.针阀关闭时的倒吸气体是形成喷孔和压力室中沉积物的来源物质之一.

背压对喷油嘴断油过程中气体倒流现象的影响

基于流体体积(VOF)模型和动态重叠网格技术对针阀关闭过程的喷油嘴内流场进行了瞬态模拟,分析发现在断油过程中,喷油嘴压力室和喷孔入口两个位置都会发生空化现象,与试验现象一致。计算得到的最大空化体积与倒流气体体积基本相等,说明空化溃灭是造成外部气体倒流的主要原因。压力室内的空化溃灭是引起倒流气体进一步流入压力室的必要条件。进一步从理论推导出新的变量——空化数,用以评估针阀关闭过程喷嘴内空化的程度,得出背压增大,断油过程的空化程度减弱,使倒流的气体体积减少,较好地解释了背压对气体倒流的影响规律。

直喷式柴油机压缩比和供油提前角优化计算

采用AVLBOOST性能预测软件对4100型直喷式柴油机建立起工作过程计算模型,并进行了总功率试验,通过对计算与试验所得的发动机速度特性的比较,验证了模型的准确性。具体分析了压缩比和供油提前角等主要参数对整机性能的影响,确定了合理的压缩比和供油提前角。根据优化后的压缩比和供油提前角对原机进行调整和试验,并对改进前后柴油机的性能进行比较,结果表明:改进后的柴油机比油耗比原机稍高一些,但动力性有所提高,排放明显降低,达到了开发低排放柴油机的目的,减少了开发过程中的人力、物力和财力。

满足欧-Ⅲ排放标准的柴油机配气相位优化计算

采用AVL BOOST性能预测软件建立了4100型直喷式柴油机的计算分析模型,具体分析了配气相位对整机性能的影响,确定了合理的配气相位。根据优化后的配气相位对原机进行调整和试验,并对改进前后的性能进行比较,结果表明:改进后的功率得到了一定的提高,但比油耗比原机稍高一些,因此是在牺牲了一定的经济性的前提下使排放大幅的降低,这与工作过程计算的结果吻合。

满足欧Ⅲ排放标准柴油机压缩比和供油提前角优化计算

采用AVL BOOST性能预测软件对4100直喷式柴油机建立起工作过程计算模型,并进行了总功率试验,通过发动机的速度特性验证了模型的准确性。还具体分析了压缩比和供油提前角等主要参数对整机性能的影响,确定了合理的压缩比和供油提前角。根据优化后的压缩比和供油提前角对原机进行调整和试验,并对改进前后柴油机的性能进行比较,结果表明:改进后的柴油机油耗率比原机稍高一些,但动力性有所提高,排放大大降低,达到了开发低排放柴油机的目的,大大减少开发过程中的人力、物力和财力。

压力室结构对断油阶段空化及气体倒流的影响

断油阶段的空化现象对喷油间隔期的流场有重要影响,空化引起的高温燃气倒流会造成孔内结焦,进而影响缸内射流雾化.基于可视化试验和流体体积(VOF)方法两相三组分多相流求解器,对柴油喷嘴断油阶段的流动过程进行试验和模拟,分析3种不同压力室壁面曲率结构的喷嘴对断油阶段空化及气体倒流的影响.结果表明:在断油阶段喷孔和压力室依次发生空化现象,其中压力室内空化量较大,并呈现为涡空化和带状空化两种形态,壁面曲率小的狭直结构以带状空化为主;压力室结构较为狭直的喷嘴空化体积变大,但其低压持续时间延长使柴油流出量变小,最终导致倒流气体量下降;在发生涡空化时,速度梯度张量第二不变量Q与涡空化体积呈正相关,涡核区域越小则流场中磨擦耗散越少,越易于压力室内空化的形成.

转管法制浆设备中的虚拟仪器

虚拟仪器技术应用于铝合金半固态浆料制备中,即用计算机显示屏作为虚拟仪器面板,完成对仪器的控制、数据分析和显示,对半固态流变铸造加工过程中的温度进行实时采集与在线控制,从而可以实现生产过程的自动控制;试验表明该虚拟仪器具有实时性好、控制精度高的特点。