瞬态流固耦合作用下天然气发电内燃机排气歧管结构优化设计

天然气发动机用于发电用途后,工作时间长,排气温度高。车用柴油机改制成燃气发电内燃机后,为了进一步改善燃油经济性和提高排气歧管的可靠性,通过一、三维仿真建模对排气歧管结构进行优化。研究认为原机排气歧管为了兼顾低转速的性能,管径设计较小,在1500 r/min时排气背压较大,不适宜应用在改制后的燃气发电内燃机。本研究经过一维数值计算,通过优化管径可以降低线工况下的燃气消耗,并且提高了工作功率。其次通过逆向建模方法和Fluent UDF模块建立流固耦合瞬态仿真模型,耦合计算了5个工作循环中的3个时间点,并且提出了2种排气歧管的结构优化方法,进行了排温瞬变过程中的热负荷分析和对比。结果表明增加加强筋结构的方案在节省材料的基础上可进一步减少热变形量,有利于提高排气歧管的寿命,满足燃气发电内燃机的设计要求。建模和优化方法可为燃气发电内燃机排气管的设计提供参考。

12V190燃气内燃机曲轴平衡块极限轮廓设计

为解决12V190燃气内燃机增大行程时曲轴平衡块需增大质径积造成的平衡块形状设计困难问题,通过推导活塞相对平衡块的位移公式,绘制活塞裙底部运动包络线,确定平衡块的极限轮廓。使用三维软件进行运动模拟,验证平衡块极限轮廓的正确性。结果表明,活塞裙底和平衡块不干涉且紧密贴合。根据12V190燃气内燃机的结构和平衡块的加工工艺,将平衡块的极限外轮廓由椭圆修正为圆弧,并在活塞底部设计避让弧,使平衡块的重心外移,获得较大的质径积。

无人机螺旋桨的气动特性与动力学特性分析

螺旋桨的气动性能参数是影响无人机能耗和续航的重要因素,对螺旋桨进行气动特性分析有助于后续通过改善翼型等参数来优化螺旋桨的设计。此外,螺旋桨在实际工作过程中容易发生共振,从而降低螺旋桨的可靠性,了解和分析螺旋桨的振动频率和模态对螺旋桨避开共振工作点、提高疲劳寿命具有重要意义。首先利用有限元软件对螺旋桨气动性能进行分析,得到螺旋桨的升力变化曲线和桨叶的压力云图,随后对螺旋桨进行模态振动分析,重点研究旋转速度及离心载荷对螺旋桨振动频率和模态的影响。研究结果表明:所建立的螺旋桨模型能够为无人机提供1.888N的升力,能够满足无人机的气动性能要求。由模态振动分析结果可知,随着转速的增加,螺旋桨受到的离心载荷增加,离心载荷的增加直接导致螺旋桨动力刚化效应,螺旋桨振动频率增加。

基于新型增压设备的天然气采收工艺优化研究

天然气作为现代社会最重要的能源之一,具有热效率高、污染少等特性。但由于其特殊的储存特性,天然气的提取难度较高。如何在保证质量的前提下,安全、高效、经济地提取天然气是相关能源提取技术和工艺研究的重点。在中国产业改革升级的大背景下,以及碳调峰和碳中和战略的不断推进,有必要进一步探索天然气采收工艺的应用和优化策略。基于此,本文针对新型增压设备的天然气采收工艺优化进行详细探究。

下置式气缸套热机耦合数值分析与结构优化

为了分析下置式气缸套的变形特征,建立了气缸套、缸体、螺栓的参数化模型,以活塞推力侧壁厚为设计变量,采用ANSYS Workbench软件对参数化模型进行数值分析,获得了气缸套温度在轴向呈梯度分布特征,径向形变量最大位置处于气缸套活塞推力侧,活塞侧推力导致气缸套失圆变形。为了改善气缸套工作时因活塞侧推力导致的失圆变形,构建了气缸套优化模型,以气缸套活塞推力侧壁厚为优化目标,对气缸套活塞推力侧进行结构优化设计,通过对不同设计方案对比,得到结构参数对气缸套的影响规律。研究结果表明,优化后的气缸套推力侧形变减少16%,达到预期效果,有效地提升气缸套工作能力。

KM48天然气发动机水套的仿真与改进

KM48天然气发动机是在原重型柴油机平台上开发的,由于燃烧温度升高,热负荷增加,原机水套有可能不能满足冷却要求。据此,利用FLUENT软件对其冷却水套进行仿真和改进。结果表明,缸盖排气门侧的三角鼻梁区的冷却液流速仅为0.5～2m/s,不能满足冷却要求。为此提出了两种改善缸盖鼻梁区冷却效果的结构方案,仿真结果表明,在缸盖水套的排气门侧加一个面积为199mm2的上通道时,冷却液的流速可提高到2～2.5m/s,满足冷却要求。

天然气掺氢发动机燃气供给系统设计与试验研究

提出了将滑动弧电解制氢装置应用到天然气发动机中,通过电解天然气制氢,轻松实现天然气(CNG)发动机到天然气掺氢(HCNG)发动机的改装。通过自制装置,进行了过量空气系数和点火提前角与燃用不同掺氢比例的HCNG对发动机排放特性影响的试验研究。结果表明,发动机燃用HCNG,其HC和CO的排放都减少,NOx排放量增加,但随着过量空气系数的增加或点火提前角的减少,NOx排放会大大减少,排放性能得到优化。同时进行了体积掺氢比20%的HCNG和纯CNG外特性对比试验研究,结果表明,相比纯CNG,燃用掺氢20%HCNG后,其动力性变化不大,燃料消耗率却相应的减少,经济性得到改善。

稀燃天然气发动机缸压数据采集及循环变动分析

运用虚拟仪器技术开发了天然气发动机缸内压力信号采集和分析系统.系统以软件为核心代替了大部分硬件功能,采集精度达到0.18°CA,并能够有效滤除信号中的噪声,满足连续多循环采集与分析的要求.利用计算燃烧循环变动系数与重构缸内压力时间序列相空间的方法对当量比对天然气发动机燃烧循环变动的影响进行了研究.结果表明,当量比越小燃烧循环变动越明显,缸内压力相空间中曲线簇的发散现象就更加明显.

新型光纤燃烧传感器在燃气发动机控制中的应用前景

根据燃气发动机的工作特点,探讨了光纤传感器在燃气发动机中的应用方法。提出了一种不同于目前应用的氧传感器和爆震传感器所进行的新型发动机电控技术和诊断技术。

车用天然气发动机怠速转速闭环控制研究

采用自主研发的ECU和转速采集系统,应用增量式PID控制算法对天然气发动机的怠速转速进行闭环控制,研究了PID控制参数和混合气浓度对发动机怠速稳定性的影响。试验表明,自主研发的ECU和转速采集系统实用可行。

燃气机热泵机组的研制与实验研究

设计开发了一台面向商用的天然气发动机驱动风冷热泵冷热水机组(简称“燃气机热泵”)。对燃气机热泵的设计方法和安装问题进行了介绍。重点对系统设计中的机组型式的选择、热泵(制冷)系统的设计要点、发动机和压缩机的匹配,以及余热回收和散热系统的设计这四个方面进行了论述。对机组在不同环境温度、不同出水温度和不同转速下冷热量和一次能耗进行了测试。

天然气发动机缸内压力信号采集及分析系统的开发

介绍运用虚拟仪器技术开发的天然气发动机缸内压力信号采集和分析系统,系统以通用PC为平台并利用软件代替了大部分硬件功能,能够进行连续多循环采集,录制示功图并实现缸内的燃烧分析。着重探讨缸内压力数据的采集方式、存储方式、滤波处理及它们的软件实现方法。

压缩天然气内燃机的应用

本文介绍了压缩天然气的特性及其在国内外应用状况提出了在内燃机上应用压缩天然气应注意的问题及相应的技术措施

天然气发动机增压器匹配及试验验证

在概念设计阶段,基于GT-Power软件建立某4缸天然气发动机的整机模型,该模型包括进气系统、缸内燃烧系统、废气再循环(excust gas recircluation,EGR)管路系统,根据工程经验,设置目标EGR率、点火提前角、燃烧持续期、燃烧重心为边界条件,仿真对比不同增压器方案的EGR率、EGR阀开启比例、燃气消耗率、增压器旁通阀放气比例、外特性联合运行线,结合工程应用中的增压器匹配原则,选出合适的增压器方案,并进行试验验证。试验结果表明:所选方案发动机的外特性联合运行线远离喘振线和堵塞区,中、高转速的运行点落在压气机高效区;标定点增压器转速余量大于18%,满足发动机性能要求。

气体燃料及燃气机的技术研究与应用

介绍了各种典型气体燃料特性及燃气机的特点和主要机型,对燃气机的应用进行了探讨。指出由于气体燃料不同,其性质也不同,燃用不同气体燃料的燃气机在结构和性能上差异也较大,不同的气体燃料决定了燃气的甲烷值、混合气热值、空燃比等气体特性,也决定了燃气机进气方式、压缩比、点火时间、控制方式等结构形式和性能参数等指标。

气体机缸内燃烧过程计算软件开发及应用

气体机缸内数值模拟计算是研究、分析、预测和提高气体机性能的一种有效计算方法,本文以12V190天然气发动机(缸外预混)为研究对象,以气体机缸内工作过程的物理模型为基础,用微分方程对发动机压缩-燃烧-膨胀的三个工作过程进行零维模型数学描述,并以VB语言编制计算程序,用计算机数值求解这些微分方程,以求得缸外预混天然气发动机缸内压力、温度、容积随曲轴转角的变化规律。经12V190天然气发动机试验测试,模拟计算数值与实测数值基本吻合,这表明利用该模拟计算程序可以预测出特定参数下发动机缸内压力、温度随曲轴变化的值,并可通过该软件研究结构参数(压缩比、配气定时等)对缸内压力、温度的影响,并寻求最佳的结构参数值。

金属波纹带管道阻火器在燃气内燃机上的应用研究

基于能源和环境原因,燃气内燃机开始普及应用。在原柴油机或汽油机的基础上改制而来的居多,大部分是采用燃气与空气缸外预混合方式进气。这种燃气内燃机易发生缸内回火,烧损进气系统中的相关零部件,给燃气内燃机的使用带来诸多麻烦。基于火焰"冷壁淬熄"现象的理论研究成果,试验、开发了金属波纹带管道阻火器,应用于燃气内燃机混合气进气系统,解决了燃气内燃机进气总管回火造成的中冷器等零部件损坏问题,使用燃气内燃机运行安全可靠。

沼气发动机混合器的设计研究

沼气混合气在进气道形成涡流是加强气流扰动的有效方法,涡流通常是由螺旋进气道给予进气流一定的初始角动量来产生,其强度与进气道形状和燃烧室形状有关。对沼气—空气混合器进行结构设计,确定沼气管路和空气管路的直径及混合器的混合方式,为汽油机改装沼气发动机提供理论依据。

天然气专用发动机配气凸轮的优化

建立天然气发动机工作过程模拟仿真模型,分析气门重叠角、进气迟闭角、排气提前角对天然气发动机性能的影响规律,得出配气相位的优化结果。依据优化后的配气相位重新设计了凸轮型线,并新加工了凸轮轴,在台架上对重新更换凸轮轴的天然气发动机进行了试验。从优化前、后的数据对比可以看出,配气凸轮经优化后天然气发动机动力性提高约5%,燃气消耗率降低5%,NOx排放率大幅降低。

火花点火式天然气发动机燃烧系统的研究

本文介绍了天然气发动机预燃室燃烧系统的研制过程，新设计的燃烧系统工作可靠，性能优良。试验结果表明：预燃室内混合气着火稳定、火焰传播迅速；主燃室燃烧速度高、持续期短、无后燃现象，整机性能比原机有较大提高。