喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机燃烧稳定性影响研究

基于一台光学发动机,在1200 r/min转速下,采用进气道低压喷射氨气,缸内高压直喷高活性正十二烷的双燃料燃烧模式,应用火焰高速成像方法,研究了喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机缸内燃烧的影响规律.结果表明,直喷燃料喷射压力降低,导致正十二烷浓度分层增大,自燃着火点增多,更有利于正十二烷引燃均质预混合的氨气;直喷压力在30 MPa和60 MPa工况下,火焰初期NH3燃烧的橘色火焰占主导,之后呈现正十二烷预混蓝色火焰与NH3橘色火焰叠加现象;在90 MPa喷射压力下,火焰发展初期正十二烷预混蓝色火焰占主导,随着燃烧发展NH3橘色火焰的比例逐渐增多.在30 MPa喷射压力下,缸内直喷正十二烷可以实现90%氨气比例的稳定着火,但是燃烧反应速率过低,燃烧持续期过长.进气温度从100℃升高到125℃后,自燃着火点数量增加,氨双燃料燃烧反应速率提高,放热率峰值增大;然而进气温度进一步从125℃提高到150℃时,对燃烧压力和放热率影响很小.上述研究表明,较低的直喷燃料喷射压力和适当提高进气温度更有利于氨燃料的稳定着火以及燃烧速率的提升和氨在双燃料中占比的提高.

柴油机唇口射流燃烧室对燃烧及排放特性的影响

为改善高压共轨直喷柴油机燃烧室内的油、气混合质量,提出了一种唇口射流结构燃烧室.通过计算流体动力学(CFD)仿真,探究了其油、气混合特性,分析了燃烧室结构和喷油参数对柴油机燃烧与排放的影响.结果表明:利用唇口射流原理可实现对燃烧室内部分燃油在射流唇口、射流唇背区域内分布的有效引导,形成燃烧室中心-射流唇口回流区-射流唇背回流区的内、中、外3层油、气混合,改善油、气混合质量;在转速为2000r/min、全负荷工况下,喷油夹角为80°时,凹曲面结构的回流区底面有利于喷雾扩散,在喷孔直径为0.12 mm的条件下,锥面结构的回流区底面能在回流区形成顺时针涡旋,有利于油束卷吸空气;与ω型燃烧室相比,在喷油夹角为80°、喷孔直径为0.12 mm时,采用圆柱状射流唇背和凹曲面状回流区底面结构的唇口射流燃烧室,可实现更均匀的油、气混合和更充分的燃烧,使NO_(x)与碳烟排放分别降低11.0%与32.4%.

燃料理化特性与进气压力耦合对碳氢化合物排放的影响

通过一台改进的单缸轻型柴油机,研究3种进气压力(120、150和180 kPa)下燃料的滞燃期、十六烷值与进气压力的耦合对柴油机碳氢化合物(HC)排放的影响。使用纯柴油(B00)、B20燃料(按质量分数混合20%正丁醇和80%纯柴油的燃料)和B20+EHN(B20中添加0.7%质量分数的2-乙基己基硝酸盐)作为燃料进行实验研究。对B00和B20+EHN的碳氢排放进行比较,可知在进气氧浓度高于13%时,HC排放差值几乎不随进气氧浓度发生变化,不同压力的HC排放差异基本维持在0~1 g/(kw·h)范围内。对B20和B20+EHN的碳氢排放进行比较,可知在120、150和180 kPa的入口压力下,临界氧浓度分别为16%、15%和13%,缸内燃烧温度和燃烧持续期是影响两种燃料HC排放差异的主要因素,当进气氧浓度值低于各进气压力下的临界点时,不同的十六烷值引起的缸内燃烧温度差异加大了HC排放的差异,随着氧浓度的降低,缸内燃烧温度的影响程度增大。

柴油机Wiebe模型参数优化及燃烧性能预测

基于一台单缸柴油机进行了发动机性能实验,通过结合单、双Wiebe燃烧模型和机器学习算法,提出了一种可预测的Wiebe燃烧模型,开展了不同边界条件下的燃烧参数和规律预测研究.首先,使用代数化Wiebe方程的线性拟合,根据线性拟合精度选取单、双Wiebe模型.然后,使用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt,LM)算法拟合Wiebe方程得到相应的6个Wiebe参数,实现放热率Wiebe参数化.最后,基于该Wiebe燃烧参数,应用误差反向传播神经网络(back propagation neural network,BP-NN)和随机森林(random forest,RF)算法,开发了实用性更广泛的两种Wiebe燃烧预测模型,研究了不同边界条件下的燃烧规律.结果显示:代数Wiebe方程的线性拟合精度小于等于0.99000时放热率曲线更复杂,此时选用双Wiebe方程可得到高精度的Wiebe燃烧参数,反之选用单Wiebe方程即可;在1200 r/min和2200 r/min时选择双Wiebe方程对放热率进行拟合,拟合精度R^(2)均大于0.99000,误差平方和均小于0.01,通过Wiebe参数重新构建的放热率和实验放热率基本一致.基于LM算法的放热率拟合算法,可以很好地反映柴油机不同工况下的燃烧特征.对比两种不同的燃烧预测模型BP-NN和RF发现:BP-NN模型对一Wiebe形状因子m1和一Wiebe燃烧初始相位φ_(01)的预测精度更高,而RF算法对一Wiebe燃烧比例α和燃烧结束相位φ_(end)的预测精度更高,因此,针对不同燃烧参数选择不同预测模型可以有效提高Wiebe燃烧预测模型的精度.

侧卷流和复合卷流燃烧系统混合燃烧特性

为研究侧卷流燃烧系统(LSCS)和复合卷流燃烧系统(MSCS)对直喷式柴油机性能的影响,通过单缸柴油机台架开展了LSCS和MSCS的燃烧性能试验,结合仿真分析,揭示了LSCS和MSCS的缸内油、气混合特性.结果表明:在小负荷和高过量空气系数φ_(a)下,MSCS体现出较好的燃烧性能,相比于LSCS,其燃油消耗率最大降幅为3.6 g/(kW·h),碳烟排放最大降幅为0.13 g/(kW·h),燃烧持续期最大降幅为2.6°CA;但在大负荷和低φ_(a)下,LSCS体现出更好的燃烧性能,相比于MSCS,其燃油消耗率最大降幅为2.6 g/(kW·h),碳烟排放最大降幅为0.56 g/(kW·h),燃烧持续期最大降幅为2.8°CA.仿真结果表明:随负荷减小或φ_(a)增大,燃油射流贯穿能力减弱,复合卷流燃烧室的弧脊能更有效地提升油、气混合质量;随负荷增大或φ_(a)减小,燃油射流贯穿能力增强,复合卷流燃烧室的弧脊阻碍了燃油射流扩散,侧卷流燃烧室的分流造型能更显著地改善油、气混合过程.

不同海拔下柴油机燃用不同比例生物柴油的碳烟形成历程

基于不同海拔下某农用柴油机燃用生物柴油-柴油混合燃料的试验数据,建立柴油机生物柴油-柴油混合燃料时缸内燃烧的三维仿真模型。利用该模型研究不同海拔下柴油机燃用不同比例生物柴油时缸内碳烟的生成与氧化过程。研究结果表明:当柴油机燃用不同比例生物柴油-柴油混合燃料时,随着海拔的升高,碳烟的开始生成始点和峰值对应的时刻有所推后,碳烟的峰值和趋于稳定的终值均随之升高,碳烟从开始生成到趋于稳定所对应的区间延长;随着柴油机燃用生物柴油比例的增大,碳烟生成的始点没有明显的变化规律,碳烟生成速率、缸内峰值以及趋于稳定的终值均随之降低,碳烟从开始生成到趋于稳定所对应的区间缩短。本研究可为高原地区柴油机燃用生物柴油实现高效清洁燃烧提供参考。

二甲醚/甲醇混合燃料HCCI燃烧特性数值模拟

为了研究混合气浓度及燃料掺混对二甲醚/甲醇混合燃料HCCI(homogeneous charge compression ignition)燃烧特性的影响,对不同过量空气系数和二甲醚掺混比下的醇醚混合燃料HCCI燃烧过程进行了模拟计算,分析了缸内温度、压力、压力升高率、放热率和燃料消耗路径随过量空气系数和二甲醚掺混比的变化关系。结果表明,随过量空气系数增大,缸内压力、温度、放热率和压力升高率峰值减小,相位推迟,过量空气系数太大时,CO的进一步氧化反应会受到阻碍,使缸内产生大量的CO残留;随二甲醚掺混比的增大,缸内压力、温度峰值增大,相位提前,压力升高率和放热率峰值减小;二甲醚HCCI燃烧放热率曲线存在3个峰值,第1个峰值出现上止点前曲轴转角30°,为二甲醚低温氧化放热,对应缸内温度为804 K,第2个峰值出现在上止点前曲轴转角15°,对应缸内温度为1193 K,为甲醛等中间产物氧化生成CO时放热,第3个峰值为CO氧化,生成CO_(2)时放热,第2和第3个放热率峰值为二甲醚的高温氧化放热阶段,与甲醇掺混燃烧时,二甲醚的低温氧化反应对混合气的燃烧起到了促进作用。

聚甲氧基二甲醚混合燃料喷雾特性试验研究

发展替代燃料是缓解石油能源短缺和环境污染的重要手段,在众多替代燃料中,含氧燃料因为其可再生、含碳量较低、能降低尾气排放等优势,得到了极大的发展。聚甲氧基二甲醚(PODE)、乙醇和生物柴油都是极具发展潜力的含氧替代燃料。在实际发动机中,替代燃料的喷雾行为直接影响后续的燃烧与排放过程。考虑到PODE可作为柴油-乙醇燃料的助溶剂,同时能弥补生物柴油高黏度和低挥发性的缺点,分别对柴油-乙醇-PODE和生物柴油-PODE混合燃料在定容燃烧室中的喷雾特性进行了研究。结果表明:在柴油中添加PODE对混合燃料的喷雾贯穿距(STP)影响不大,而在生物柴油中添加PODE,混合燃料的STP随着PODE比例的增加先增后减。在柴油中添加PODE和乙醇可以增加喷雾锥角(SCA),改善径向扩散,但对柴油的喷雾投影面积(SPA)影响不大,混合燃料对空气的卷吸能力与柴油相似。在生物柴油中添加PODE,混合燃料的喷雾锥角和喷雾投影面积均明显大于生物柴油,能够有效改善生物柴油的喷雾质量。

液氨高压喷雾特性实验研究

结合定容燃烧弹和高速摄影技术建立喷雾可视化实验平台,模拟柴油机缸内高温高压的喷射环境,研究环境温度、环境压力和喷射压力对液氨宏观喷雾特性的影响。结果表明,液氨喷雾对环境温度敏感性极高,提高环境温度和环境压力均可不同程度地提高氨蒸发比例,使其在喷雾体积空间内分布更均匀,进而形成高质量混合气。在高环境温度下提高喷射压力虽可改善蒸发效果,但对于蒸发速率的改善并不明显。

柴油机主喷提前角对燃烧过程改善的模拟

多次燃油喷射的灵活调节对改善柴油机燃烧过程具有重要影响。利用CONVERGE模拟研究不同主喷提前角对燃烧过程和产物分布的影响,表明缸内燃空当量比为0.6~1.0的稀混合气容易自燃,引起缸内混合气温度的升高,自燃混合气浓度范围扩大,促使燃空当量比为1.0~1.3的浓混合气发生燃烧。当主喷提前角为12°CA BTDC时,通过改变稀混合气、浓混合气的自燃时刻,燃烧放热更加集中在压缩上止点附近,使得平均指示压力达到最大并提升3.8%。

发动机冷试设备检测火花塞间隙准确性的影响因素

在发动机的装配过程中,火花塞作为核心零部件,其电极间隙需要确认是否在规范内。目前很多主机厂都投入了基于火花塞放电电流来检测火花塞电极间隙的在线发动机冷试设备,大大的提高了火花塞电极间隙的检查效率,但是在实际的应用过程中,发动机冷试设备的检测准确性会受到诸多的因素的影响,本文简述了冷试设备的运行是如何被火花塞的电极结构、电极的表面状态、内电阻、测试环境,以及设备自身可靠性等方面影响其检测准确性的。

小型丁烷气燃料发电机低温环境的试验研究

本文是针对小型丁烷气燃料发电机在低温环境下的试验研究,主要进行低温环境下的起动试验和加载试验的研究。由于丁烷沸点高、易液化的特性,决定了以丁烷为燃料的发动机很难在10℃以下的环境温度下正常使用。改进措施为,对丁烷的输送管道和汽化器进行加热。通过多组试验对比得出,小型丁烷气燃料发电机在输送管道加热、输送管道加热+汽化器加热、输送管道加热+汽化器加热+汽化器预加热三种状态下的最低起动环境温度和最低满载加载环境温度。

天然气发动机回火故障试验研究

多年来,天然气发动机存在运行回火问题。由于偶发性,不易排查,对发动机造成很大的危害;针对天然气发动机在加载560kW负荷中出现回火停车的故障,通过示波器及燃烧分析仪(KIBOX)仪器研究点火及气缸压力情况。结果发现,在发动机运行过程中,高频的出现点火异常情况,导致气缸内压力升高,呲破气缸垫,回火停车。最终通过更改程序,顺利解决了高频点火异常问题。

正戊醇/正十二烷二元燃料着火及燃烧特性

为了探究正戊醇/正十二烷二元燃料着火及燃烧特性,在高温高压定容燃烧弹中采用自发火焰发光法、纹影法、甲醛平面激光诱导荧光法以及OH*化学发光法研究了正戊醇/正十二烷二元燃料P20D80的着火延迟期、火焰发展、燃烧中间组分以及火焰浮起长度.结果表明:在相同工况下,与正十二烷(D100)相比,P20D80的总着火延迟期和火焰浮起长度更长,且两者的甲醛信号都在火焰浮起处的下游位置被逐渐消耗;P20D80的甲醛初生时刻延迟了100μs左右,可很好降低碳烟生成;与D100相比,在不同的环境温度工况下,P20D80的化学着火延迟期更长,但随着喷射压力的增加,P20D80的化学着火延迟期先大后小;此外,在相同工况下,P20D80物理着火延迟期与正十二烷物理着火延迟期的差值随着环境温度升高而略微升高,但随着喷射压力的增加而降低.

不同海拔条件下柴油燃烧火焰温度和碳烟特性研究

为了研究海拔条件对柴油机冷起动阶段柴油燃烧过程的影响,在定容燃烧弹台架上模拟了平原和海拔2000 m工况下柴油机缸内的热力学状态,利用双色法获取了不同工况下柴油火焰温度和表征碳烟浓度的KL因子分布.结果表明,随着海拔由0 m增加至2000 m,环境温度、压力同时降低产生了耦合作用,导致柴油滞燃期由2.0 ms增大至3.13 ms.海拔升高后,柴油燃烧过程中平均火焰温度降低,局部高温区域消失,KL因子总量减少.海拔条件变化影响了碳烟特性和火焰温度的关系.随着海拔升高,火焰温度降低,导致碳烟氧化主导阶段碳烟氧化速率降低,局部火焰温度对局部碳烟浓度的影响减小.

预喷油量对甲醇-柴油双燃料发动机燃烧特性影响试验

【目的】通过一台高压共轨直列四缸柴油发动机改造的甲醇-柴油双燃料发动机进行试验,研究预喷油量对甲醇-柴油发动机燃烧特性的影响。【方法】选取1800r/min,30%和70%负荷,20%~40%掺烧比工况,调节不同预喷油量,采集各个仪器的实时数据,分析缸内平均压力、压力升高率、瞬时放热率、滞燃期和平均温度随预喷油量的变化。【结果】30%负荷,CCR超过30%,预喷量增大,主喷滞燃期延长,主喷燃烧阶段前期受柴油雾场燃烧主导,此负荷下引入预喷能有效改善发动机工作噪声,但预喷量的影响不高;70%负荷,CCR超过30%,预喷量的增大,主喷滞燃期明显缩短,主喷燃烧阶段前期受甲醇-空气均质压燃主导。【结论】30%和70%负荷,大掺烧比的工况尽量不采用预喷或采用较小的预喷柴油量来降低NOx的排放。

Jet-A表征燃料/乙醇掺混燃料层流燃烧特性研究

为了研究初始温度470 K、初始压力0.1 MPa下乙醇掺混对航空煤油层流火焰燃烧特性的影响,文中利用定容燃烧弹设备结合仿真进行对比分析。结果表明,乙醇的加入显著提升了航空煤油的层流火焰燃烧速度,但仿真结果与试验数据之间存在较大的偏差,在低当量比时尤为严重,需进一步优化机理。在此基础上通过敏感性分析,发现对层流火焰燃烧速度影响较大的4个基元反应,通过对4个基元反应的参数进行调整,修改得到新模型,该模型与试验值存在较好的吻合度。

融入课程思政元素的工程热力学课程建设探讨

课程思政是隐性的德育教育,可对学生的价值取向、思想意识和行为举止产生深远的影响。以工程热力学课程为载体,将个人价值取向、爱国主义情怀、民族责任感和使命感、职业道德素养、无私奉献和工匠精神等课程思政元素融入课程内容,实现隐形的课程思政元素与显性的课程内容一体化贯通。采用“慕课+翻转课堂”的线上、线下混合式教学模式,增加对课程思政的过程考核,健全课程评价体系和激励机制,实现融入课程思政的工程热力学课程体系建设。该课程建设在使学生了解课程背景和应用前景的基础上,加深了理论知识学习,解决了实际工程问题,同时培养学生的家国情怀和践行节能高效、低碳环保的职业道德素养和技能。

燃烧过程对轻型车用柴油机怠速噪声的影响

发动机噪声是车辆怠速噪声的主要来源。为研究某轻型卡车怠速开空调时车内噪声增大的问题,进行了发动机台架试验,试验对象为一台4缸、四冲程、涡轮增压中冷、电控高压共轨柴油机。试验测量了柴油机的气缸压力、声功率及近场噪声,通过比较声功率级,分析了柴油机在不同工况下的噪声变化。基于气缸压力计算了放热率、压力升高率等燃烧特性参数,基于近场噪声信号计算了近场噪声频谱,进一步研究了燃烧特性参数变化对不同频率近场噪声的影响。结果表明:冷却液温度小幅度降低时喷射策略确定的喷油正时提前,导致气缸最高燃烧压力及预喷燃油燃烧引起的压力升高率峰值显著增大,怠速噪声增大;750 r/min时喷射策略确定的喷油正时较早,压力升高率较大,最高燃烧压力在更靠近上止点的位置出现且持续时间较长,燃烧过程较780 r/min与820 r/min时更为剧烈,这是该转速下噪声较高的主要原因。开空调时循环供油量增加,燃烧过程更加剧烈,产生更高的压力升高率及最高燃烧压力,也会导致怠速噪声增大。此外,频率在1000 Hz左右噪声的变化对该柴油机整体噪声水平的影响最大。

预喷参数对轻型车用高压共轨柴油机振动影响

以某一轻型车用四缸高压共轨柴油机为研究对象,研究了预喷参数对柴油机整机振动的影响。在不改变柴油机零部件的前提下,改变预喷油量和主、预喷时间间隔,对比分析各参数下柴油机整机的振动情况。试验结果表明:随着预喷油量的增加,整机振动变大。怠速工况下预喷对整机振动影响更为明显。预喷油量的确定必须要由主、预喷时刻以及循环喷油量共同决定才能实现减振;存在最佳主、预喷时间间隔使整机振动最小,并且这一时间间隔与喷油量及主喷时刻相关。