基于一维/三维模型耦合的富氧燃烧天然气发动机数值模拟

以某1.0L3缸汽油机为基础,利用GT-Power与Converge建立了天然气发动机耦合仿真模型,并利用原机试验数据对模型进行了验证,研究了进气富氧与EGR对天然气发动机性能的影响特性,对利用进气富氧与EGR改善天然气发动机的性能进行了探讨。结果表明,随进气氧气体积分数提高,天然气发动机平均有效压力显著提高,最大可提高22.8%(氧体积分数为28%时);同时缸内温度和NOx排放升高,排气与传热的能量损失增加,燃气消耗率略有升高。加入EGR可以降低富氧燃烧下天然气发动机燃气消耗率,随着EGR率增加,燃气消耗率主要呈先减小后增加趋势;且随进气氧浓度提高,各浓度下最低燃气消耗率对应的EGR率逐渐提高;NOx排放随EGR率增加而逐渐降低,在进气氧体积分数为23%,25%,27%,29%时,EGR率分别为10%,15%,20%,25%即可将NOx排放降到原机水平;利用进气富氧与EGR可以有效地改善天然气发动机动力不足与NOx排放高的状况。

基于化学反应动力学耦合G方程的定容弹爆震燃烧研究

由于爆震受多方面的因素共同影响,且这些因素往往是相互耦合在一起,直接在内燃机上对各因素进行解耦进而研究单因素对爆震的影响几乎不可能。针对上述问题,首先基于化学反应动力学和G方程火焰面模型建立了长方体燃烧弹内的爆震燃烧三维CFD模型;然后在该模型基础上把初始压力、初始气温和初始壁温（末端）设为独立变量,系统地研究了各变量对正庚烷与空气混合气的爆震界限及爆震强度的影响。结果表明：当初始压力不高于0.25 MPa时,初始气温和末端壁温在300~700K之间无论如何变化都不会发生爆震;当初始气温不高于450K时,初始压力在0.2~0.5 MPa之间、末端壁温在300~700K之间无论如何变化也都不会发生爆震。同时发现最大压力振幅可作为发生爆震与否的判据,本研究中只要最大压力振幅不高于0.02 MPa即不会发生爆震。

高压液氨喷雾燃烧的数值模拟和试验验证

以液氨喷雾混合气形成和燃烧过程为对象进行数值模拟和试验验证。根据试验获得的气液相贯穿距数据对三维模型进行参数标定。结果表明:建立的喷雾模型可以在高温高压环境条件下准确预测液氨喷雾的贯穿发展过程;在喷雾混合气形成过程中液氨气化吸热导致喷雾中心区域降温效果明显,降温高达100 K;氨较高的汽化潜热使之较难蒸发,喷雾边缘处氨的质量分数多在0.1上下。利用特征时间燃烧模型对液氨喷雾燃烧过程进行初步计算,可以较好地模拟整个燃烧过程。

基于单液滴实验的闪沸喷雾二次破碎机理研究

为了深入研究闪急沸腾喷雾二次破碎即大尺度液滴的破碎机理,本课题以甲醇和乙醇两种燃料为研究对象,利用特殊设计的过热液滴发生器,通过显微阴影成像技术捕捉并分析处于闪沸状态过热液滴的宏观形态、内部空隙率及其破碎特性,研究表明:甲醇及乙醇两种燃料的过热液滴形态主要受液滴温度和过热度影响,而当过热度增加时,液滴内空隙率逐渐增加,从而显著降低了液滴的表面张力。此外,当过热度达到250C时,过热液滴内部空隙率超过50%从而发生剧烈破碎,伴随产生大量小尺度液滴,标志着闪沸喷雾二次破碎模式由传统的机械破碎模式向热力学破碎模式的转变。同时结果表明对于两种实验燃料,过热液滴破碎的临界过热度及对应的空隙率数值基本不变。