高压缩比甲醇发动机非常规排放影响分析

采用一维GT-Power和三维CFD仿真软件耦合甲醇氧化详细化学动力学机理,以某传统柴油机参数为基础,搭建了火花点火式甲醇发动机的一、三维物理模型,研究了该甲醇发动机的非常规排放。研究表明:随着负荷的增大,未燃甲醇与甲醛的排放呈现先减少后增多的趋势;小负荷时,增加点火提前角更能有效降低未燃甲醇及甲醛排放;随着转速增加,未燃甲醇排放有增加的趋势,而甲醛排放呈现先增加后减少的趋势;增大EGR率更能明显地降低未燃甲醇及甲醛的排放;压缩比增大可以降低未燃甲醇及甲醛排放,且其增加到17.5之后,排放量几乎接近于0;当压缩比较小时,当量比的增大能有效减少未燃甲醇及甲醛排放;未燃甲醇与甲醛主要分布在缸壁、缸盖底面与活塞顶面的一些缝隙区域。

短距起飞垂直降落飞行器飞行品质研究

根据短距起飞垂直降落(STOVL)飞行器的特点,结合AGARD 577飞行品质规范,从操纵效能和模态特性两方面对短距起飞垂直降落飞行器在飞行品质方面提出要求。基于短距起飞垂直降落飞行器六自由度模型仿真,对飞行器在短距起降过渡状态下的操纵效能进行评估。以等效系统拟配思想,采用遗传算法与最小二乘法的混合算法,对带L_1自适应控制器的高阶飞行器模型进行低阶等效拟配。采用该低阶模型,对飞行器在不同飞行阶段下纵向与横航向的模态特性进行评估。结果表明,该飞行器在短距起降阶段具备一级飞行品质。

计算机仿真技术在发动机原理教学中的应用与探讨

发动机原理是汽车维修工程教育、车辆工程等相关专业所必须学习的一门重要的核心课程。由于该课程的理论性、原理性比较强,通过笔者几学期的授课,感觉到运用传统的教学方法来讲授这门课程效果不好,很难吸引学生的兴趣,课后学生也没有从本质上对课程的内容进行掌握。因此,结合本课程的教学目的、教学内容以及特点,本文探讨了将计算机仿真技术引入到本课程的教学中来,提高教学效果。本文以三种常用的发动机仿真软件零维仿真,一维仿真以及三维仿真软件为例,列举了计算机仿真技术在发动机原理教学中的具体应用。论文可以为发动机原理课程的教学方法的改革提供一定的参考。

氢燃料汽车在未来课程教学改革中的应用探讨

讨论了氢能汽车的教学方法和内容,阐述了氢能汽车在专业课程中的应用与分类,并介绍了氢燃料汽车的课程内容,为未来氢能汽车在汽车专业课程中的建设、培养方案的制定、培养课程的开发以及教学方法的改进等提供参考。

液压快速压缩-膨胀试验机的开发研究

研制了一台基于液压工作原理的光学快速压缩-膨胀机用以研究爆震机理。仿真结果表明:提高液压源压力或增大节流孔孔径,压缩比增大;点火相位靠后时,爆震发生期增加。燃烧试验表明:该装置能够用于HCCI、火花点燃、爆震燃烧等多种燃烧过程的试验模拟研究。

活塞运动规律对点燃式HFPE燃烧过程影响的仿真研究

使用仿真软件Converge,建立了点燃式液压自由活塞发动机(HFPE)的三维仿真模型。为了解决HFPE的爆震问题,提升其热效率,研究了不同活塞运动规律对HFPE的燃烧过程、爆震倾向与热功转换效率的影响。结果表明:火花点燃式HFPE的爆震燃烧发生在活塞边缘的末端混合气区域,是由若干个爆震核快速扩展而成,与曲柄连杆式火花点燃发动机爆震的发生地点和机理相同;通过改变活塞的运动规律,使活塞上行速度加快,在上止点附近停留时间变短,可以明显减小发动机的爆震倾向与爆震强度。利用优化的活塞运动规律,加上高达14的高压缩比,可以在一定程度上提升发动机的热功指示效率。

对置式液压自由活塞发动机的HCCI燃烧过程仿真分析

基于AVL FIRE仿真软件平台,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)耦合详细化学反应机理建立了对置式液压自由活塞发动机的三维仿真模型。根据特殊运动规律下的燃烧过程,讨论了工作频率、当量比及压缩比对燃烧过程的影响。仿真研究表明:燃烧中的各参数对自由活塞式发动机的燃烧过程的影响主要通过燃烧相位来体现,燃烧相位过早会造成较高的压缩负功和过高的压力升高率,最高燃烧压力和燃烧负功均大幅度增加;燃烧相位过晚会导致燃烧条件恶化,出现燃烧中断。工作频率、当量比和压缩比三者良好配合,能够以较小的机械负荷获得较高的指示热效率。

热面点火辅助均质压燃

利用电热塞热面效应,在一台快速压缩膨胀机上实现了甲醇热面辅助均质压燃,研究了不同电热塞加热功率和压缩比对热面辅助均质压燃燃烧特性的影响.研究表明:甲醇燃料热面辅助均质压燃具有两阶段放热特性,放热缓慢的第1阶段和放热急速的第2阶段;与HCCI相比,热面辅助均质压燃放热速率低,可以使运行工况向大负荷拓展,指示平均有效压力可以达到0.74,MPa;和SI燃烧模式相比,热面辅助均质压燃可以实现稀薄高压缩比燃烧;当压缩比为14~16、电热塞加热功率为30~34,W时,热面辅助均质压燃燃烧运行于高效状态.

甲醇发动机进气系统的优化研究

基于一维发动机设计分析软件GT-POWER,建立了四缸点燃式甲醇发动机的整机仿真模型,分析计算在不同工况下,进气系统结构参数的变化对甲醇发动机的影响,其中包括进气总管、进气歧管和进气道的长度、直径及角度等参数.研究结果表明:当进气总管的长度为150mm、直径为55mm、角度为90°时,缸内压力、放热率最高,一氧化碳的排放最低,进气歧管最合适的长度为100mm.

腰椎间盘突出并椎管狭窄症保守治疗的选择

目的:治疗腰椎间盘突出并椎管狭窄症的方法选择。方法:运用脱水疗法、骶管注射、普通骨盆牵引、三维电脑牵引、针灸、手法治疗、中药内服、中药外用、功能锻炼和姿势疗法、行为疗法以及教育疗法进行分期选择性治疗。结果:治疗患者68例,优12例,良49例,可6例,差1例。结论:运用多种保守综合疗法,治疗的各个期间进行适合的方法选择,不单独进行,收到了满意的疗效。

基于EGR技术分析的农用甲醇发动机性能研究

以1台火花点燃式甲醇发动机为研究对象,利用软件GT-POWER,分别研究在排气再循环(exhaust gas recirculation,简称EGR)率不同的情况下,点火提前角、负荷对发动机缸内压力、放热率、有效性能以及NO_x浓度的影响。研究表明,工况一定时,随着EGR率的增加,压力、放热率和有效功率下降,NO_x浓度减小;随着点火提前角的增大,压力和放热率增大;当EGR率为30%时,随点火提前角的增大,有效功率增大,指示燃料消耗率降低;当负荷增大时,缸内压力峰值和有效输出功率增大,有效性能提高,NO_x浓度减小,降低EGR对发动机的不利影响。

富氧下甲醇发动机冷起动燃烧及非法规排放

在一台经过1130单缸柴油机改造的直喷火花点火甲醇发动机上,利用商用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过模拟计算分析了进气氧质量分数对缸内直喷点燃式甲醇发动机冷起动首循环燃烧、甲醛及未燃甲醇非法规排放的影响.模拟结果表明:在冷启动工况下,提高进气氧质量分数能够有效提高活性基团OH、O和H的摩尔浓度,从而促进甲醇燃烧"链式"反应,加快甲醇燃烧速度,降低缸内未燃甲醇质量分数;当进气氧质量分数由0.21增加到0.36时,由于后燃现象导致缸内燃烧温度增大;随着进气氧质量分数进一步的增大,导致后燃现象减小,从而降低了缸内的燃烧温度;随着进气氧质量分数的增大,缸内的燃烧中间产物甲醛的质量分数增加,当进气氧质量分数增大到0.36时,此时缸内的燃烧温度达到最高点,从而能够很好地促进甲醛的氧化,最终使得缸内甲醛质量分数有所降低.

液压自由活塞发动机活塞运动规律自适应特性的研究

在一台液压自由活塞发动机(HFPE)样机上进行了活塞运动规率的试验。研究表明:活塞的运动规律对于燃烧相位和累积放热量的变动具有自适应性;随着燃烧相位的提前或累积放热量的增大,活塞换向提前,最大升程和压缩比降低;这种自适应性可有效避免均质压燃过程中的爆震与后燃现象,保证缸内最高压力、最大放热速率的稳定,减少指示功的损失。

SI燃烧过程优化途径的试验和仿真研究

在快速压缩-膨胀机上通过试验和仿真手段,研究了火花塞数目、活塞运动规律、压缩比对单次循环指示功和爆震倾向的影响。研究表明:使用多火花塞点火能缩短燃烧持续期和提高指示功,但是爆震倾向明显增加;提高活塞运动速度,减少活塞在上止点附近的停留时间,可以减少爆震倾向,但是相同条件下指示功有所降低;综合使用多火花塞点火,提高活塞运行速度和采用高达17.5的压缩比,可以提高指示功并抑制爆震,使SI燃烧过程得到优化。

汽油机进气过程缸内气流及边界层流动特性

将改进的延迟分离涡模型(IDDES)应用于汽油机进气过程缸内气流运动的数值模拟,通过壁模型的改进提高了对内燃机近壁流动模拟的可靠性.模拟结果得到了近壁显微粒子图像测速技术(micro-PIV)试验数据的验证,在此基础上,研究了进气射流影响区域近壁量纲为1的速度分布,分析了缸内不同尺度分流场的能量分布和近壁区域瞬时流场的准周期波动.研究发现:高升程、高气道压差工况拟序流场占能比例仅有11%,而低升程、低压差工况可达到37%,拟序流场占能比例的增加使流场变动显著增大.进气射流存在明显的摆动现象,进气射流区域的拟序流场中可以观察到明显的旋涡结构,且旋转方向呈现准周期性翻转.对于近壁流动,受进气射流波动影响,区域内边界层量纲为1的速度分布在对数区过早地向下弯曲,偏离对数分布,与稳态槽道流动边界层有较大的差异.

点燃式液压自由活塞发动机高增压燃烧过程的试验与仿真研究

在快速压缩-膨胀机上进行试验,模拟液压自由活塞发动机(hydraulic free piston engine,HFPE)在不同缸内初始压力下的单次燃烧做功过程,并利用OpenFOAM和CONVERGE三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真平台进行增压仿真研究。结果表明:液压自由活塞发动机随着缸内初始压力的增大,相同压缩比下发动机循环周期缩短,活塞在上止点附近停留时间缩短,爆震极限压缩比增大,抗爆能力增强。适当提高缸内初始压力有利于提高指示效率,当缸内初始压力提高至0.15MPa时,发动机指示效率由0.30提高至0.31,但当初始压力达到0.20MPa后,指示效率又降至0.30。针对缸内初始压力进一步增大后出现的效率降低问题,在仿真研究中发现采用多火花塞点火方案,即使在初始压力0.80MPa的条件下也能得到较高的指示效率而不发生爆震。

二冲程液压自由活塞发动机换气过程影响因素的仿真研究

利用CONVERGE软件建立了二冲程液压自由活塞发动机换气过程的三维计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真模型,并且基于液压自由活塞发动机的独特结构,研究了气口比时面值、扫气箱压缩比、活塞顶倾角和活塞杆直径对换气过程的影响。结果表明:在未发生废气倒流时,扫气效率主要与扫气比时面值有关,增大扫气比时面值有利于提高扫气效率;捕获率主要与排气比时面值有关,减小排气比时面值有利于增大捕获率;提高扫气箱压缩比有利于提高扫气效率,扫气箱压缩比从1.2增加到2.1,扫气效率提升9.8%;适当增大活塞顶倾角有利于扫气效率和捕获率的提高;减小活塞杆直径有利于提升扫气效率,但同时会导致捕获率下降。

二冲程液压自由活塞发动机半直接喷射的仿真研究

利用CONVERGE软件建立了半直喷式液压自由活塞发动机的三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真模型,研究了喷射角度、喷油定时、缸头倾角、进气压力对燃料捕集和混合气生成的影响。结果表明:随喷射时刻的推迟,燃料捕获率增加,蒸发时间变长;喷射角度越大,燃料捕获率越高,蒸发时间随喷射角度增加先减小后增大,合理的喷射角度和喷油定时下,燃料捕获率能达到99%以上;缸头倾角对燃料捕获影响不大,较大的缸头倾角下,燃料蒸发速度更快,缸内燃料分布更为均匀;随进气压力的提高,燃料捕获率下降,蒸发时间减少,与改变喷油参数相比,在相同的燃料捕获率下,改变进气压力得到的混合气更加均匀,混合气不均匀度最低达到0.5。

两级助燃均质压燃的提出与实现

通过将电热塞和火花塞组合的方式,在一台快速压缩-膨胀机上实现了一种新型的燃烧模式——两级助燃均质压燃(two-stage assisted compression ignition,TACI),旨在更好地控制HCCI燃烧过程.研究表明:甲醇燃料的TACI燃烧模式在低圧缩比下表现为典型的SI燃烧特性,在较高压缩比下呈现出SI-HCCI的两阶段放热特性.相比电热塞辅助压燃,TACI能够通过火花点火直接、稳定地控制燃烧相位;相比火花塞辅助压燃,TACI的工作范围广,压缩比低.适合TACI的甲醇当量比范围是0.6～0.8.

低回油高压共轨喷油器方案优化

通过改变控制柱塞结构,提出一种低回油量高压共轨喷油器方案,以减小与回油节流孔相连的控制腔压力,减小回油量。利用一维仿真工具AMESim对新方案的关键结构参数进行优化,结果表明:随密封环直径减小,针阀关闭延时减小,但密封环直径过小会使针阀发生连续跳动,导致喷油速率脉动且削弱减小回油量的作用;引流节流孔直径减小,回油量减小,但过小的孔径会使关闭响应恶化。在不同共轨压力下对新方案进行仿真,新方案回油量与原高压共轨喷油器相比明显减小,最多可减小41%以上,且响应性不受影响,证明所提出的方案有效。