液氨/二甲醚双燃料高压直喷燃烧特性模拟研究

基于CONVERGE软件分别对液氨和二甲醚(dimethyl ether, DME)液态燃料高压喷雾过程进行了数值仿真及验证,随后对液氨/DME双燃料高压直喷射流燃烧过程进行数值模拟,探究了两种燃料喷口位置、喷射策略及氨能量占比(ammonia energy ratio, AER)等因素对着火和燃烧特性的影响。结果表明:合理的燃料喷口位置距离可以有效促进氨燃料燃烧,但距离过近会导致DME喷雾受到氨射流喷雾强烈的降温影响,发生失火;与液氨–DME喷射次序相比,DME–液氨策略在高液氨能量占比条件下更能促进液氨充分燃烧;燃烧过程中一氧化氮(NO)集中生成于高温区域而二氧化氮(NO_(2))集中生成于中低温区域;在DME–液氨策略下将喷射间隔时间从0.5 ms增加到1.0 ms时,NO和NO_(2)的生成量减少;液氨能量占比从80%降低到50%时反而会导致NO和NO_(2)生成量增加。

氨气掺混甲醇的层流燃烧速度模拟研究

通过数值模拟的手段研究了氨气/甲醇混合气的燃烧特征,甲醇对氨气的层流燃烧速度有着显著的促进作用.选取了文献中报道的6种机理,验证了其准确性,以此为基础开发一个简化且可靠的针对氨气/甲醇混合气燃烧的化学反应机理,该机理能够准确地预测常温条件下氨/甲醇混合气的层流燃烧速度.基于新机理对氨/甲醇混合物燃烧的反应路径分析表明,甲醇不直接参与氨氧化,而是甲醇氧化产生的甲基自由基促进了氨的脱氢.NO_(x)排放分析表明,添加60%甲醇时混合气的NO_(x)排放最高.研究通过产率分析确定了控制NO_(x)的产生和消耗的最重要的反应.

氨气与甲烷混合气自燃过程的化学动力学研究

在当量比φ=0.5、压力为2~7 MPa以及温度从930 K到1 140 K的条件下,用快速压缩机研究氨气(NH_(3))和甲烷(CH4)混合气的着火延迟时间,其中CH_(4)占总燃料的摩尔分数分别为0、5%、10%及50%.另外,在φ为1.0和2.0的条件下对掺入10%CH_(4)的混合气进行着火延迟时间测试.CH_(4)对NH_(3)的着火过程具有非常明显的促进作用,随着CH_(4)占总燃料的比例越来越高,混合气的着火延迟时间缩短,同时CH4对着火的促进作用趋于平缓.含10%CH_(4)的NH_(3)的着火延迟时间在φ为0.5和1.0的条件下变化很小,而当φ=2.0时着火延迟时间增加约50%.利用试验数据对6种不同的NH_(3)氧化机理进行了验证,所开发的机理预测着火延迟时间最为准确,除了在最高温度,CH_(4)摩尔分数为50%时试验与计算差异达到了50%,其他所有条件下机理的预测结果与试验结果差距都小于30%.利用开发的机理进行敏感性分析,结果表明:当CH_(4)摩尔分数为5%和10%时,反应CH_(4)+NH_(2)=CH_(3)+NH_(3)对稀薄燃烧条件下混合气的着火延迟时间有显著的促进作用;但当CH4摩尔分数为50%时,该反应会表现出轻微的抑制作用.

基于光学发动机的柴油/聚甲氧基二甲醚引燃乙醇对比研究

为了改善内燃机燃烧与排放,探究反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧规律,在一台轻型光学发动机上对比了缸内分别直喷柴油和聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ethers,PODE)引燃进气道喷射乙醇的燃烧特性。通过调节缸内直喷的喷油时刻和喷油比例,对燃烧过程进行了可视化试验分析。结果表明:随喷油时刻不断推迟,缸内燃烧压力与放热率呈现先增后减的趋势,喷油时刻在上止点前20°时燃烧效果最好。随着缸内直喷燃油比例的增加,每循环燃烧压力峰值和放热率峰值不断增加,燃烧相位提前,燃烧更充分。利用高速成像技术获得的图片结果显示:两种引燃模式下火焰均发生于近壁区域并向四周扩散。火焰亮度最高和面积最大的时刻出现在燃烧始点附近。PODE引燃乙醇时火焰场中无曝光区域而柴油引燃乙醇时存在较多曝光区。PODE/乙醇燃料组合相对于柴油/乙醇燃料组合的缸压和放热率峰值更高,滞燃期和燃烧持续期更短,燃烧效率更高,碳烟生成量更少。

天然气/柴油双燃料射流喷射及其相互作用试验

在定容弹上利用高速摄影纹影法开展了不同环境压力和喷射压力下的天然气/柴油双燃料高压喷射射流特性试验.通过纹影照片得到了不同喷射压力和环境压力下的射流贯穿距、射流锥角和射流面积随时间变化的规律.结果表明:随着环境压力增大,天然气贯穿距和射流面积减小,射流锥角增大;随着天然气喷射压力增大,天然气射流贯穿距与射流面积增大,气体射流锥角逐渐减小.在较高环境压力和喷射压力情况下,双燃料喷射中的柴油射流对天然气射流的发展具有促进作用.当环境压力达到0.9,MPa时,双燃料射流中的气体射流锥角比单燃料射流高出12%,,双燃料射流中的气体射流贯穿距比单燃料射流整体低了5%,左右.

天然气柴油双燃料发动机内部燃料混合模拟研究

基于AVL FIRE软件,模拟了缸内直喷引燃天然气和柴油喷射混合过程,对湍流模型进行了校核和验证,分析了不同喷孔高度、喷孔倾斜角及喷孔交角下柴油和天然气射流的混合情况。研究表明:k-ε湍流模型更适用于天然气/柴油双燃料的模拟;喷孔高度、倾斜角及交角越大,索特平均值经(SMD)越小,其中喷孔交角大的获得的雾化效果最好;喷孔之间的相对位置决定了油气射流之间能量传递,从而影响了油气贯穿距及雾化效果。

光纤中脉冲传输模型的研究及其软件设计

为了更直观、更方便地研究光脉冲在各种因素下、相互作用时在光纤中的传输,文章在求解广义非线性薛定谔方程的基础上,运用MATLAB设计出了光脉冲传输仿真的软件。该软件具有可视化的图形界面,可以用于脉冲传输的相关仿真和教学实验演示,具有很高的应用价值。

掺混PODE对汽油–柴油双燃料发动机燃烧及碳烟生成特性研究

本文针对清洁燃料替代传统燃料,在光学发动机上,利用高速成像技术结合双色法采集了柴油掺混聚甲氧基二甲醚(PODE)-汽油反应活性控制压燃模式下的缸内燃烧特性及碳烟生成过程。试验结果表明:相同预混比下随着PODE的掺混增加,缸内压力峰值、放热率峰值、压力升高率都随之降低,着火延迟期延长,燃烧持续期增加,燃烧相位后移,燃烧趋于平缓。在预混比为50%时,直喷P20D80及P50D50的单循环燃烧总放热量分别为直喷P0D100总放热量的97.89%和95.39%,单循环碳烟生成总量分别为直喷P0D100的55.22%和36.55%,碳烟高温区域分别减少了52.9%和73.32%,碳烟平均温度的稳定值分别降低了6.65 K和20.25 K,碳烟平均KL因子的稳定值分别降低了10.35%和16.12%。相较而言P50D50作为直喷燃料既能保证较高燃烧热效率,又能有效抑制碳烟的生成。

缸内高压直喷柴油/天然气喷射混合过程分析

在天然气发动机中,天然气和柴油射流的喷射及混合过程对燃烧排放性能有重要影响。本文基于AVL FIRE软件,模拟了定容燃烧腔内高压天然气和柴油射流喷射过程,分析了不同喷孔高度、喷孔倾斜角以及喷孔交角下柴油和天然气射流的混合情况,研究结果表明喷孔高度,倾斜角,交角与喷雾贯穿距呈正比,柴油喷雾贯穿距是影响雾化质量的重要因素。喷孔相对位置中喷孔交角因素对射流的影响最大,对柴油喷雾的雾化效果提升明显。