氨/氢燃料射流点火船用发动机燃烧特性

为突破氨在发动机中的燃烧局限性,促进氨燃料高效快速燃烧,提出了一种利用氢气射流火焰点燃氨燃料的方案。通过向主动式预燃室供给氢气,进气道内预混氨/氢燃料,实现氨在大缸径船用发动机上的稳定高效燃烧。基于数值模拟计算方法,在改进了Otomo氨/氢机理基础上,探究了进气温度、掺混氢气的质量分数和主燃室当量比对氨/氢燃料着火与燃烧特性的影响。研究结果表明,射流火焰可以在主燃烧室形成燃烧所需的热力学环境和高活性热射流。在当量比为0.4、不掺混氢气的条件下,450 K进气温度可以实现氨燃料发动机的稀薄燃烧,在掺混氢气的质量分数较低时,射流点火对火焰发展促进作用更显著;掺混氢气的质量分数提高至10.0%可以使燃烧相位提前18°,但爆震风险增加;在进气温度为320 K和掺混氢气的质量分数为2.5%条件下,主燃室在当量比最小为0.45时可正常着火,但随着更接近理论空燃比的燃烧,指示热效率略有提升,主动预燃室氢射流点火的燃烧模式在实现氨发动机高效快速燃烧方面具有良好的潜力。

二轴摩擦型V带传动工作过程分析与带速选择

引入梯形中位线定理,以几何图形和胡克定律对各力之间关系,进行了清晰的阐述。提出了有效拉力释放系数Hα的概念,定义了常规因子K_(1),提供了一种最大有效拉力的计算方法,通过比例系数Xα证明了Hα的适用性和准确性。绘制了综合性能曲线图,探讨了紧边极限拉力F_(1)、松边极限拉力F_(2)、最大有效拉力F_(ec)、最大功率P_(0)等随带速v的变化规律。给出了最大应力与功率曲线图,阐明了最佳带速的选择方法、任意包角α0下最大功率P_(0)的计算方法,定义了安全系数S_(0)。

预燃室及喷射阀对双燃料发动机性能的影响

基于三维仿真软件Converge构建了船用低速双燃料发动机仿真模型,并验证了模型的准确性.模拟了不同预燃室通道和天然气喷射阀结构下发动机的工作过程,并分析了不同参数优化燃烧和降低排放的潜力.结果表明:对预燃室通道的研究中,适度增加预燃室通道直径和长度均会促进引燃油着火,加快主燃室燃烧进程,但直径过大会增加NO_(x)排放,长度过长会抑制着火并增大点火能量损失;增加通道角度同样会加速燃烧,但当其与扫气角度一致时,角度越大,NO_(x)排放越高;对天然气喷射阀的研究中,降低阀门位置、增大喷射角度和减小阀门直径均会降低甲烷逃逸量;喷射角度对主燃室涡流比的影响较大,当喷射角度与扫气角度相反时,喷射角度越大,燃烧越快,NO_(x)排放越低;适度减小阀门直径可提高天然气射流速度,进而加速燃烧.

氨-柴油双燃料船用低速机温室气体排放特性分析

针对一台低压喷射二冲程船用发动机进行三维全尺寸模拟,研究了引燃策略和掺混氢气对氨-柴油双燃料低速机燃烧及排放特性的影响.结果表明:提高引燃油能量占比(1.5%)、增加预燃室数量(3个/缸)可有效强化预燃室射流引燃能力,改善氨燃烧性能,实现高效引燃与快速燃烧;提高主燃室内氢气掺混比,可增加缸内OH等活性自由基,提升氨燃烧的强度,通过稀燃工况下掺氢反应活性调控改善了NO_(x)及N_(2)O排放;综合比较,相同的循环总能量输入工况下,在指示热效率水平相当、NO_(x)满足TierⅢ排放法规的前提下,采用氨燃料时当量CO_(2)排放(19.0 g/(kW·h))相对于天然气(393.0 g/(kW·h))降低约95.0%,在氨燃料中掺混10%(能量分数)氢、过量空气系数φa为3.4,当量CO_(2)排放(4.7 g/(kW·h))相对于天然气降低约98.8%,实现近零碳排放.

基于可调叶高扩压器的离心压气机构型流动机理研究

离心叶轮/扩压器匹配关系恶化直接限制了离心压气机的稳定工作范围.以Radiver离心压气机为研究对象,借助经过校核的数值模拟方法开展了基于可调叶高扩压器的离心压气机叶轮/扩压器匹配关系及流动机理研究.结果表明:通过建立能够指导扩压器叶高调节方向和量值的“压气机工作流量-扩压器最佳叶高”正相关对应关系,即可在压气机近失稳点等小流量点主动降低扩压器叶高以改善压气机稳定工作裕度.在设计转速下,引入可调叶高扩压器能够使离心压气机的稳定裕度提升18.8%、流量范围拓宽385%且峰值效率提高0.45%;随着压气机工作点向小流量工况偏移,降低扩压器叶高可以抑制扩压器来流正攻角,优化重构其通道内部涡系结构,减小扩压器吸力面和压力面/轮毂角区的低速区,进而改善叶轮/扩压器匹配关系,抑制扩压器内部流动失稳发生,提升离心压气机稳定裕度和效率指标.

高涡流比对低速双燃料船舶发动机天然气/空气混合及燃烧性能的影响

以X92DF超大缸径低速二冲程双燃料船用发动机为研究对象,基于三维数值计算分析了天然气和空气混合过程及燃烧特性,并研究了扫气和燃烧过程中缸内涡流强度对混合质量和火焰传播的影响。结果表明:由于上止点前缸内天然气和空气的混合气浓度分布不均,造成局部高浓度区域出现燃烧异常现象,导致缸内压力振荡幅度增大。通过分析不同涡流强度对缸内天然气/空气的混合质量的影响可以得出,随着扫气过程中涡流强度的增大,上止点前缸内天然气高浓度区域面积明显减小,表明天然气和空气的混合质量得到明显提高。同时,随着缸内涡流比的增加,加快了预燃室射流火焰在主燃烧室内的传播速度和缸内天然气的燃烧速度。进一步研究得出缸内混合质量的提高可以有效地避免局部异常燃烧现象和降低压力振荡。最后,提出一种改善缸内混合质量和减小压力振荡的策略,为液态天然气在船机上的普及提供了一定了理论基础。

舰船超声波防海生物污损技术应用试验研究

针对舰船的海生物腐蚀污染问题,对超声波防海生物污损技术在海水阀箱、螺旋桨上的应用进行试验研究,同时检验超声波装置对海水阀箱、螺旋桨金属材料力学拉伸和冲击性能的影响。结果表明:在63天的试验周期内,超声波防污技术对海生物的生长与附着有一定的抑制作用,对海水阀箱、螺旋桨金属材料的力学性能、冲击性能和表面涂层性能等基本无影响。研究结果证明了超声波防海生物技术的价值,并排除了应用风险,对舰船超声波防海生物技术的实船应用具有一定的指导意义。

基于灰狼-粒子群算法的柴发机组节油优化

以变速柴油发电机组油耗率最低为优化目标,以指示热效率神经网络模型的柴油机平均值模型为燃油消耗率的计算基础,将柴油机转速上下限和功率限制线作为变速范围限制条件,对变速柴油发电机组在不同负荷工况下的节油转速进行优化。提出一种粒子群算法与灰狼算法相结合的混合算法,并用标准函数验证该算法的优势,表明其具有较均衡的全局和局部优化特性,更适合进行最低油耗率优化。优化计算结果表明:用电负荷越低,节油效果越明显;10%负荷时节油率可达30%以上,综合工况下节油率可达11.9%;采用该混合算法优化的转速能有效降低变速柴油发电机组的油耗率。

氢内燃机缸内燃烧特性

介绍了氢内燃机试验分析系统,对比和分析了不同工况下的氢内燃机缸内燃烧特性,总结了不同运行参数下氢内燃机的燃烧特点。试验结果表明:由于燃烧速度较高,氢内燃机可以在上止点或上止点后点火,此时指示效率下降并不明显。在中低转速时,氢内燃机可以适应不同转速,能够及时燃烧。油门开度对氢内燃机的影响很大,小油门开度时残余废气多,氢气的浓度降低,使氢气燃烧速度受到影响,指示热效率降低,循环变动增加。

生物柴油自由喷雾特性的数值模拟和试验研究

运用三维CFD软件,建立了生物柴油和柴油自由喷雾的计算模型,计算了两种燃料自由喷雾的贯穿距离和液滴的索特平均直径,模拟了喷雾的发展历程;利用高速摄影装置,拍摄了两种燃料自由喷雾历程的照片。对两种燃料的喷雾特性进行了比较分析,对喷雾特性差异的成因进行了探讨。研究结果表明:模拟计算与高速摄影试验结果基本一致;生物柴油喷雾的贯穿距离和索特平均直径均较柴油的大,喷雾锥角较柴油的小;燃料的密度、粘度和挥发性的差别是导致喷雾特性差异的主要因素。

天然气发动机空燃比控制策略的研究与仿真

介绍了天然气发动机空燃比的比例-积分-微分控制、模糊自适应整定比例-积分-微分控制以及神经网络等各种控制策略,并对其进行了Matlab/simulink仿真,分别建立了仿真模型,给出了不同控制策略下的仿真结果图形曲线。通过仿真结果分析并对比了各种控制策略的控制特点,指出了在实际应用中需注意的问题。

不同型线离心风机叶轮的性能对比研究

本文分别对采用常规单圆弧叶片和等减速叶片两种不同型线叶轮的离心风机进行了试验研究,并做了整机全工况数值模拟计算.流场分析表明:应用等减速流型设计的离心风机,其叶轮内部的流动损失小,压力梯度变化更规律,叶轮出口的射流-尾迹结构较弱,出口速度场均匀且最大速度值较低.所以,等减速流型设计的叶轮,其流动损失、扩压损失、出口混合损失以及出口截面突变损失均比较小,效率较高.

低压喷射天然气双燃料船机清洁燃烧策略的数值模拟

基于三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,研究了排气阀关闭时刻(EVC)、废气再循环(EGR)、引燃油喷射时刻(PFIT)对船用低速二冲程双燃料发动机有害污染物氮氧化物(NOx)生成的影响,并分析了多种技术路线耦合对NOx排放和燃油经济性的综合作用.结果表明:排气阀推迟关闭降低NOx排放效果显著;废气再循环是降低NOx排放最有效的措施;推迟引燃油喷射时刻可以使主燃烧过程滞后,实现NOx排放的降低.推迟PFIT耦合EGR可以在较明显降低NOx的同时保持比较好的燃油经济性,推迟EVC耦合EGR可以实现超低NOx排放.

一种过冷器耦合的准二级压缩热泵系统特性分析及优化

提出了一种过冷器耦合的准二级压缩空气源热泵系统,该系统由两个三套管换热器将两个带过冷器的准二级压缩热泵系统耦合成一个系统,其除霜方式为基于热气旁通除霜的系统耦合除霜,解决了热气旁通除霜时室外换热器产生液态制冷剂的蒸发问题,提高了空气源热泵在低温高湿环境下运行的性能;对新系统正常制热工况进行仿真优化,找出低温工况的最佳中间温度及相应补气系数;对最佳中间温度进行关于冷凝温度和蒸发温度二元线性拟合并得到经验拟合公式。

汽油发动机瞬态工况油膜参数辨识的研究

以四冲程汽油发动机为研究对象建立瞬态工况下油膜模型,用最小二乘递推算法对油膜参数进行辨识计算研究;建立了发动机空燃比的仿真模型。将辨识结果模型进行某瞬态工况空燃比仿真,并和实际发动机试验采集的空燃比进行对比。结果表明,最小二乘递推算法所辨识的油膜参数精确度较高,能满足实际控制要求,证明该辨识算法辨识油膜参数的实用性。

天然气发动机燃烧室对性能的影响及优化

采用AVL Fire软件开展了天然气发动机燃烧室的优化设计,通过对燃烧室型线的敏感性分析,获得了两个燃烧室优化设计方案.对放热率、湍动能及速度场分析后发现:缩小碗口直径有利于增强燃烧室内气体的滚流与涡流运动,从而提升湍动能与气体运动速度,加快燃烧放热过程;然而燃烧室优化方案I中小凸台的存在增加了进气能量的耗散,点火时刻湍动能较低,使其火焰发展期并没有缩短,不过快速燃烧期在挤流运动的作用下得以加快.开展的发动机台架试验结果表明:燃烧室优化方案Ⅱ实现了有效燃气消耗率下降2.9%以及分管排温平均降低18.3,℃的改善效果.通过优化标定,燃烧室优化方案Ⅱ在达到相同氮氧排放的情况下,有效燃气消耗率较原燃烧室方案改善了1.5%.

高压甲烷气体碰壁射流扩散与卷吸特性的试验

在定容装置上利用高速摄影纹影法开展了不同冲击高度和冲击角度下的甲烷高压碰壁射流扩散和卷吸特性试验.通过纹影照片得到了不同冲击高度和冲击角度下的射流贯穿距离随时间变化的规律,计算得到了射流卷吸空气质量随时间变化的规律.结果表明:碰壁射流发展分两个阶段,碰壁之前贯穿距离和卷吸空气质量与自由射流基本相同;碰壁之后,由于壁面阻力的作用,其贯穿距离和卷吸空气质量的增加速率低于自由射流.随着冲击高度的增加,碰壁射流贯穿距离和卷吸空气质量增大;随着冲击角度的减小,碰壁射流贯穿距离和卷吸空气质量增大.最后对Poreh碰壁射流贯穿距离和卷吸空气质量经验公式进行修改,使其适用于一般碰壁射流贯穿距离和卷吸空气质量的特性计算.

不同掺氢比天然气发动机的燃烧排放特性

在电控喷射、火花点火的增压发动机上进行了掺氢比（氢气占混合气的体积分数）为0-50%HCNG混合气的固定工况试验,又通过改变点火提前角和当量空燃比,找出不同掺氢比混合燃料的最佳点火提前角和稀燃极限。试验结果表明：HCNG发动机最佳点火提前角随掺氢比的增加而减小,指示热效率则随掺氢比的增加而增加;稀燃极限随掺氢比的增加而增加;燃烧持续期随掺氢比的增加而减少,着火延迟期随掺氢比的增加而减少;随着掺氢比的增加,NOx和CO排放量升高,CH4排放量降低。

燃气机热电冷联供系统技术经济分析

对一种由燃气发动机驱动的热、电、冷三联供总能系统进行了技术经济分析 ,结果表明该总能系统在技术上是可行的 。

预燃室式柴油天然气双燃料船用发动机热效率优化燃烧控制策略仿真研究

基于CONVERGE软件建立了预燃室式柴油、天然气双燃料船用二冲程发动机的三维计算流体动力学(CFD)模型,研究了压缩比、引燃柴油质量、喷射压力及引燃柴油喷射角度对燃烧过程的影响,探索了提高柴油、天然气双燃料船用发动机热效率的燃烧策略。结果表明:提高压缩比可以提高缸内的最高燃烧压力,从而有效提高热效率,但受发动机机械强度的限制,压缩比为12.5时可以获得较佳的效果;适当增大引燃油量和喷射压力,可以增加射流火焰的着火点,增强点火能量,对热效率略有改善;调节引燃柴油的喷射角度,将引燃油喷射到CH4浓度较高区域可以获得更好的引燃效果,降低指示燃料消耗率;提高压缩比至12.5结合推迟喷油策略可以明显地改善热效率。