喷水推进器功率特性与航速相关性研究

通过对某船喷水推进系统的分析,研究了喷水推进器的功率特性(功率与转速的关系)与航速的关系.先由喷水推进动力学方程引出喷水推进器功率特性在喷水推进系统稳态特性和动态性能研究中的作用,然后分析了KaMeWa71SⅡ喷水推进器的转速特性,将转速特性变换成力矩特性后,分析了该力矩特性,并将其与螺旋桨相应特性作了对比.根据转速特性获得的3个不同航速下的喷水推进器功率与转速的关系曲线,分析了航速对功率特性的影响,同时也将其与螺旋桨的相应特性曲线作了对比.研究所得出的结论是:喷水推进器的功率特性不是唯一的,装船之后它的功率特性受航速影响,但这个影响不像螺旋桨那么显著.据此推得,喷水推进系统在“船—泵—机”的匹配设计以及实际使用中,主机一般不会超负荷.

二甲醚发动机非常规污染物排放特性研究

用气相色谱法和傅里叶变换红外光谱法测量了燃用二甲醚(DME)的ZS195柴油机排气中的非常规污染物甲醛和甲酸甲酯的排放量,探讨了发动机结构与运转参数对非常规污染物排放的影响。测试结果表明,在非常规排放物中,甲醛是其中的主要成分,在较高转速和负荷工况,甲醛排放量随转速和负荷的变化趋势与未燃HC基本相同。在转速一定的条件下,甲醛和甲酸甲酯排放量均随喷油压力升高而减少;甲醛排放量随喷油提前角和喷孔直径的增大而下降,而甲酸甲酯排放量则随喷油提前角和喷孔直径的增大而上升。

喷孔流动模型及其对高压喷雾计算的影响

对喷孔内液体的流动进行了较为深入的研究,分析了喷孔内空穴产生的机理,建立了相应的流动模型。在该流动模型中,考虑了喷油压力、喷孔几何尺寸、流动因素以及喷雾背压的影响。利用此流动模型并联合KIVA程序对柴油和二甲醚(DME)的喷雾贯穿距和喷雾锥角等喷雾特性进行了模拟计算,并与实验结果进行了对比,结果表明:考虑喷孔内燃油流动过程中空穴的产生,能更真实地反映燃油的喷雾特性。

燃油温度对喷雾特性的影响研究

以KIVA-3V为基础,研究了在定容室喷雾条件下,燃油温度对喷雾气液相贯穿距、气相总体积及气相混合气燃空当量比分布的影响。研究结果表明:随着燃油温度的升高,喷雾的液相及气相贯穿距缩短,蒸发喷雾在径向上的扩展明显增强,喷雾蒸发的气相体积几乎呈线性增加;在燃油温度为293K时,喷雾中气相混合气燃空当量比小于1的油气质量占所蒸发总油气质量的90%以上,而燃空当量比大于2的油气质量近乎为零;但当燃油温度达530K时,喷雾中气相混合气燃空当量比大于2的油气质量约占所蒸发油气总质量的70%。

共轨燃油系统高压油泵设计研究

本文针对共轨燃油系统高压油泵若干关键问题进行研究,采用高次方函数凸轮模型进行了三作用凸轮的型线设计,应用有限元分析方法和液-固耦合模型,就柱塞偶件不同结构设计方案对其径向间隙和燃油泄漏量的影响进行了对比分析。计算结果表明,首次提出的柔性可变截面柱塞方案可有效减少柱塞偶件的径向间隙和燃油泄漏量,为实现共轨燃油系统高压油泵的性能优化提供了新的技术途径。

喷雾过程液滴碰撞模型研究

对喷雾过程重要环节之一液滴碰撞现象进行了理论研究,在O’Rourke随机碰撞模型的基础上,建立了一个新液滴碰撞模型。模型全面考虑了液滴碰撞反弹、聚合、反射分离和摩擦分离4种情况,并引入粒子球半径概念,根据粒子运动的动量守恒关系求解粒子液滴数密度。将模型用于KIVA程序计算了定容室内的喷雾过程,结果表明新碰撞模型修正了原KIVA模型计算的喷雾前端液滴由于聚合而导致半径较大的误差,并表现出较好的网格独立性。

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。

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。

可控进气涡流对柴油机低负荷性能影响的研究

就双进气道可控进气涡流系统改善大功率增压中冷柴油机低负荷性能的作用机理进行了理论分析与试验研究。研究结果表明:在低负荷工况下,双气道进气时的涡流强度小于螺旋气道,大于直流气道;螺旋气道进气流量较之双气道虽有所减少,但其涡流比仍保持较高水平,致使缸内爆压、预混合燃烧量和最大放热速率均较大。理论计算与试验结果证明,采用双进气道可控进气涡流系统是改善大功率柴油机低负荷性能的一个有效途径。

DME／柴油混合燃料HCCI燃烧与排放特性的试验研究

在单缸柴油机上采用轴针式喷嘴进气道燃油喷射方式，开展了二甲醚（DME）／柴油混合燃料预混均质压燃（HCCI）燃烧及其排放特性的试验研究，探讨了喷油嘴启喷压力、进气温度以及进气掺混不同比例CO2对混合气制备率和发动机性能的影响。结果表明：低沸点液相DME在进气道喷射过程中所具有的闪急沸腾效应，可有效强化柴油／DME混合燃料的雾化与蒸发，减少燃油撞击壁面而出现的进气歧管壁湿现象，从而改善柴油HCCI发动机均质混合气的形成与燃烧，拓宽发动机的运行工况范围。进气掺混0～30％的CO2能使HCCI发动机的正常工作范围从0．32MPa提高到0．5MPa，实现高负荷工况下同时降低NOx和碳烟的排放，但CO和未燃HC排放有所增加。

液滴蒸发一维数学模型及其在二甲醚喷雾中的应用

描述了液滴蒸发的一维数学模型及其数值求解方法,并且利用该模型首先对单液滴的蒸发过程和定容燃烧室内二甲醚(DME)的喷雾过程分别进行了模拟计算和分析,然后对二甲醚发动机的喷雾燃烧过程进行了数值模拟,并将模拟结果与KIVA程序中原有的Spalding蒸发模型及实验数据进行了对比.结果表明,一维蒸发模型对蒸发过程的描述较Spalding的零维蒸发模型更为真实.

二甲醚和柴油喷雾特性的数值模拟分析

在定容室内对二甲醚和柴油的喷雾特性进行了数值模拟,研究了计算网格、破碎模型和环境条件对喷雾特性的影响,比较了二甲醚和柴油的喷雾特性,并与实验值进行了比较。研究结果表明:二甲醚的喷雾贯穿距和索特平均半径(SMR)比柴油小,受蒸发的影响比柴油大。

柴油机燃用二甲醚排放实验研究

在ZS195直喷式柴油机实验台上进行了二甲醚的燃烧与排放试验,着重研究了甲醛及甲酸甲酯等非常规污染物的排放,并同时进行了常规排放物的研究.实验表明,DME燃烧物中HC的排放与甲醛的排放具有基本相同的规律:随平均有效压力的增加排放浓度下降.甲醛排放浓度与HC的排放浓度密切相关,实验数据表明,除少量数据外,HC的排放浓度与甲醛排放浓度呈线性关系.甲酸甲酯的排放与甲醛及HC无直接关系.同时,在DME的燃烧排放物中发现有微量甲酸甲酯的排放,但尚未发现DME燃烧排放物中有蚁酸存在.

柴油机高压燃油泵的改进设计研究

采用轴对称有限元分析方法 ,对燃油泵柱塞和柱塞套的工作变形进行了分析 ;针对普通燃油泵因燃油渗漏而难以建立高燃油压力的问题 ,利用柔性可变截面控制技术 ,对燃油泵柱塞偶件进行了改进设计研究 .研究结果表明 ,改进后的油泵柱塞副的配合间隙可随燃油压力而变化 ;在燃油压力升高时 。

二冲程汽油机分层进气系统数值模拟及试验研究

简述了二冲程汽油机分层进气系统的工作原理,并对分层进气过程进行了三维瞬态模拟计算,其计算所需的边界条件通过对发动机进气过程进行一维模拟计算而获得。同时,对分层进气系统进行了实机台架试验。试验结果表明:发动机外特性最低油耗率为348 0g/(kW·h),在整个外特性上平均油耗下降了25 5%。

柴油高压喷嘴空穴流动的非稳态模拟

以船用高压共轨燃油喷射系统及其匹配的电控燃油喷嘴为对象,建立了柴油高压喷嘴空穴流动的非稳态计算模型。采用高压共轨燃油系统平台试验结合AMESim模拟的方法,对柴油高压喷嘴的空穴流动进行研究。研究结果表明:该方法可以较准确地确定燃油喷射过程中喷嘴内部的压力波动;电磁阀脉宽、喷孔数、喷射压力和喷孔直径对燃油喷射过程的影响较显著,喷孔夹角和长径比的影响较小;为了满足匹配发动机的功率需求,当喷孔直径为0.36mm时,喷孔数应为9～10,当喷孔数为8时,喷孔直径应为0.38～0.40mm。

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。

二甲醚发动机燃烧特性的试验与数值模拟研究

在一台直喷式压燃发动机上开展了二甲醚燃烧与排放特性的试验与数值模拟研究。测量了二甲醚在高压燃油泵内的泄漏量及其与发动机转速之间的定量关系,并就发动机分别燃用二甲醚和柴油的运转性能进行了对比试验研究,结果表明,发动机燃用二甲醚要比燃用柴油具有更好的性能与排放水平;另从二甲醚低温着火的化学反应机理入手,开展了其自燃着火过程的数值模拟研究,进而建立了计及温度、压力和燃空当量比因素的DME滞燃期数据库;通过将该数据库与发动机循环模拟程序相耦合,对DME发动机的运转性能进行了变参数预测分析,预测结果与试验结果吻合较好。

二甲醚HCCI发动机微量排放物的研究

根据优化气相色谱仪工作条件,对二甲醚均质充量压燃(HCCI)发动机排气中的甲醛和甲酸甲酯进行了检测.通过二甲醚简化反应机理与Fluent的耦合联算,以及结合Woschni传热模型和DME详细反应机理的Chemkin反应动力学数值模拟,对二甲醚HCCI发动机的燃烧过程及其微量排放物(甲醛、甲酸和甲酸甲酯)进行了预测分析.结果表明:在一定条件下,甲醛、甲酸和甲酸甲酯存在于排气中,其排放量均随过量空气系数的减小而减小,发动机转速、进气温度和压力对其影响也很大.