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氢氧内燃机增氧定容燃烧特性研究
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作者 张霞 孙柏刚 +2 位作者 吴胜宝 王书廷 张万旋 《宇航总体技术》 2024年第3期68-74,共7页
航天器携带推进剂有限,氢氧内燃机适宜采用纯氢纯氧+富氢燃烧方式,但目前内燃机纯氢纯氧燃烧缺乏地面试验验证。为此开展氢氧内燃机增氧定容燃烧试验,采用内燃机定容燃烧逐步增氧的技术路线,获得增氧乃至纯氧条件下氢氧内燃机的层流燃... 航天器携带推进剂有限,氢氧内燃机适宜采用纯氢纯氧+富氢燃烧方式,但目前内燃机纯氢纯氧燃烧缺乏地面试验验证。为此开展氢氧内燃机增氧定容燃烧试验,采用内燃机定容燃烧逐步增氧的技术路线,获得增氧乃至纯氧条件下氢氧内燃机的层流燃烧特性,实现氢氧内燃机高性能高可靠工作。试验结果表明:随着氧气浓度的增大,层流燃烧速度随当量比成倍增加,变化的幅度会逐渐减小;高氧气浓度条件下,层流燃烧速度维持在很高的水平,且随当量比的变化很小。 展开更多
关键词 氢氧内燃机 定容 层流燃烧特性 增氧
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绿氢内燃机及其在边无海岛地区的供电系统应用前瞻
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作者 马宁 孙柏刚 罗庆贺 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期1894-1903,I0019,共11页
氢内燃机实现依托内燃机完成零碳排放,其采用可再生能源制取的绿氢并结合储氢系统可以实现长期稳定能量输出。基于目前氢内燃机的关键技术和工作特性,该文创新提出将其应用于边远无人海岛地区(简称边无海岛)供电系统实现零碳发电。该系... 氢内燃机实现依托内燃机完成零碳排放,其采用可再生能源制取的绿氢并结合储氢系统可以实现长期稳定能量输出。基于目前氢内燃机的关键技术和工作特性,该文创新提出将其应用于边远无人海岛地区(简称边无海岛)供电系统实现零碳发电。该系统通过氢内燃机替代柴油内燃机发电,制氢及储氢系统替代原有柴油和部分储能电池,达到充分利用边无海岛的可再生能源,实现海岛零碳可自身持续供能,摆脱外界输入能源依赖。该系统具备推广和应用前景,为未来边无海岛零碳自持供电系统建设提供参考。 展开更多
关键词 氢内燃机 可再生能源 边无海岛 零碳 供电系统
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稀燃缸内直喷氢内燃机NH_(3)-SCR后处理系统工作特性研究
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作者 邹凯翔 孙柏刚 罗庆贺 《车用发动机》 北大核心 2024年第4期1-8,共8页
氢内燃机具有零碳排放的特点,是实现低成本碳中和的重要手段。但是缸内燃烧的高温环境会生成大量的氮氧化物(NO_(x))排放,在日益严苛的排放法规要求下,利用选择性催化还原(SCR)NO_(x)的后处理技术是拓展氢内燃机大规模应用、不断提升其... 氢内燃机具有零碳排放的特点,是实现低成本碳中和的重要手段。但是缸内燃烧的高温环境会生成大量的氮氧化物(NO_(x))排放,在日益严苛的排放法规要求下,利用选择性催化还原(SCR)NO_(x)的后处理技术是拓展氢内燃机大规模应用、不断提升其动力性和经济性的必要手段。首先通过试验验证了Cu基分子筛的NH_(3)-SCR后处理系统是一种高效的针对直喷氢内燃机的NO_(x)净化方案,接着使用简化反应机理对NH_(3)-SCR反应过程进行了建模仿真,并研究了反应温度、空速和氨氮比对氢内燃机边界下NH_(3)-SCR还原NO_(x)的影响。研究结果表明:在稀燃缸内直喷氢内燃机边界下,NH_(3)-SCR低温活性仍保持良好,后处理系统起燃温度(T_(50))为110℃,活性窗口(T_(90))范围为150~425℃;在空速大于25000 h^(-1)时,NO_(x)转化效率都大于95%;当控制氨氮比为0.5,并保持反应温度在350~400℃时可保证最高的NO_(x)转化效率,实现直喷氢内燃机的近零NO_(x)排放。 展开更多
关键词 氢内燃机 氮氧化物 稀薄燃烧 选择性催化还原 缸内直喷
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连续燃烧分缸工作型发动机理论热力循环分析
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作者 吴晗 张泽宇 +1 位作者 孙柏刚 李向荣 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期74-83,共10页
连续燃烧分缸工作型发动机因其热效率及功率密度高,振动及噪声小,未来将在小型无人机及鱼雷上具有很好的应用前景。该型发动机将压缩、燃烧和膨胀过程分缸进行,同时使用进气掺水、不等缸径、回热器和连续外燃技术,被认为具有极高的热功... 连续燃烧分缸工作型发动机因其热效率及功率密度高,振动及噪声小,未来将在小型无人机及鱼雷上具有很好的应用前景。该型发动机将压缩、燃烧和膨胀过程分缸进行,同时使用进气掺水、不等缸径、回热器和连续外燃技术,被认为具有极高的热功转换潜力,但目前缺乏对其热力循环的研究,导致在发动机设计过程中缺乏理论指导。将发动机各工作阶段等效为定温压缩、定容加热、定熵膨胀、排气放热与回热共5个工作过程,构建出新型理论热力循环并推导出指示热效率公式。研究结果表明:指示热效率主要由工质热物性、压缩比、膨胀比和回热率决定,增大压缩比或降低膨胀比均可提升指示热效率;应用定温压缩后可扩大回热温差,提升指示热效率,同时还可保持较低的缸内温度和压力;该型发动机热效率及可靠性较传统汽油机、柴油机具有显著优势,发动机指示热效率可达65%以上。 展开更多
关键词 连续燃烧分缸工作型发动机 理论热力循环 指示热效率 定温压缩
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高效增压直喷氢内燃机近零NO_(x)排放试验优化
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作者 包凌志 孙柏刚 罗庆贺 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期412-419,共8页
基于一台2.0 L涡轮增压直喷氢内燃机,试验了稀薄燃烧下直喷氢内燃机的近零排放(NO_(x)排放小于20×10-6)工作特性,在中高转速(2000~3500 r/min)下,近零排放时平均有效压力均达到1MPa以上,相比于自然吸气状态,动力性提升了2.6倍.进... 基于一台2.0 L涡轮增压直喷氢内燃机,试验了稀薄燃烧下直喷氢内燃机的近零排放(NO_(x)排放小于20×10-6)工作特性,在中高转速(2000~3500 r/min)下,近零排放时平均有效压力均达到1MPa以上,相比于自然吸气状态,动力性提升了2.6倍.进一步针对不同喷氢相位和喷氢压力进行了全工况研究,结果表明:当喷氢结束角为80°CA BTDC时,在近零排放边界下,可以同时达到最大的平均有效压力和最高有效热效率.优化后的近零排放氢内燃机最高转矩达到204 N·m(2500 r/min),最大功率提升至72 kW(3500 r/min),最高有效热效率达到41.5%(2000 r/min);可在全转速工况下实现乘用车常用工况范围的近零排放.提出的优化方法可以指导高效近零排放氢内燃机控制策略的开发. 展开更多
关键词 氢内燃机 缸内直喷 涡轮增压 近零排放 稀薄燃烧
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缸内直喷氢燃料内燃机技术发展及趋势 被引量:24
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作者 孙柏刚 包凌志 罗庆贺 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期265-278,共14页
氢能是实现碳达峰与碳中和的最佳能源形式,也被誉为21世纪的终极能源。氢内燃机具有零碳排放、高效率、高可靠性和低成本的显著优势,成为氢能应用的重要方向之一。缸内直喷氢内燃机可有效抑制回火,并显著提高功率密度,是氢内燃机近阶段... 氢能是实现碳达峰与碳中和的最佳能源形式,也被誉为21世纪的终极能源。氢内燃机具有零碳排放、高效率、高可靠性和低成本的显著优势,成为氢能应用的重要方向之一。缸内直喷氢内燃机可有效抑制回火,并显著提高功率密度,是氢内燃机近阶段的发展热点,引发了国内外汽车企业和研究机构的高度关注。该文系统总结了各类氢内燃机的优缺点以及相关直喷氢内燃机的技术途径及其达到的技术指标,采用废气涡轮增压可使氢内燃机的功率密度达到80 kW/L,采用高压缩比、稀薄燃烧可使有效热效率提升至42%~45%,采用废气再循环技术等可使氢内燃机的唯一污染物NO_(x)降低至0.5 g/kWh,并具有达到近零排放的潜力。该文也针对下一代缸内直喷氢内燃机所带来的新问题,从混合气形成、燃烧特性、燃烧模式、有效热效率提升、NO_(x)控制方法及后处理器等技术角度分析了开发现状及技术水平,探讨了近零排放条件下有效热效率达到50%的未来技术发展趋势。 展开更多
关键词 氢内燃机 直接喷射 NO_(x)排放 有效热效率 稀薄燃烧 后处理
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直喷氢内燃机实现NO_(x)近零排放的试验研究 被引量:9
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作者 包凌志 孙柏刚 汪熙 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期257-264,共8页
缸内混合气分布不均匀、燃烧温度高等原因,直喷氢内燃机的氮氧排放水平很高。为探索降低直喷氢内燃机NO_(x)排放的控制方法,该文基于一台2.0 L自然吸气直喷氢内燃机,通过试验研究了过量空气系数、转速、点火角和喷氢压力对NO_(x)排放的... 缸内混合气分布不均匀、燃烧温度高等原因,直喷氢内燃机的氮氧排放水平很高。为探索降低直喷氢内燃机NO_(x)排放的控制方法,该文基于一台2.0 L自然吸气直喷氢内燃机,通过试验研究了过量空气系数、转速、点火角和喷氢压力对NO_(x)排放的影响,并通过多参数的耦合调节,控制NO_(x)排放,得到了样机的最大动力性下,未经后处理就实现近零排放(NO_(x)≤20×10^(-6))工作边界。研究表明:通过稀燃和推迟点火角,可以在牺牲少量热效率和燃烧稳定性的同时大幅降低NO_(x)排放;近零排放工作区域的最大功率为21.5 kW,最高热效率为39%,在此区域内的所有工况点都可以实现近零排放。 展开更多
关键词 直喷氢内燃机 氮氧排放 排放控制 近零排放
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外开式直喷氢气喷嘴射流特性研究 被引量:3
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作者 张策 孙柏刚 +2 位作者 汪熙 包凌志 柴华 《车用发动机》 北大核心 2020年第4期7-12,24,共7页
基于纹影法在定容喷射装置上进行了不同喷射压力、环境压力下的氢气射流特性试验,研究外开式喷嘴的氢气射流特性及喷射参数的变化规律。结果表明:氢气射流近场呈现锥形结构,且形成了喷射轨迹线,而射流远场逐渐发展成大尺度球形涡流结构... 基于纹影法在定容喷射装置上进行了不同喷射压力、环境压力下的氢气射流特性试验,研究外开式喷嘴的氢气射流特性及喷射参数的变化规律。结果表明:氢气射流近场呈现锥形结构,且形成了喷射轨迹线,而射流远场逐渐发展成大尺度球形涡流结构。喷射压力增大,轴向和径向贯穿距离增大而卷吸率减小;背景压力增大,轴向和径向贯穿距离减小而卷吸率增大;射流锥角的变化与喷射压力或背景压力关系不大,但随喷射时间逐渐从80°变小并趋于22°。另外通过归一化分析发现,贯穿距离在不同边界条件下均具有较好的自相似性,自相似系数(x/y)逐渐趋于0.59左右,径向扩散性优于单孔喷嘴氢气射流。合理利用氢气射流特性可以优化直喷氢内燃机的混合气形成,为外开式喷嘴的喷射策略优化提供依据。 展开更多
关键词 氢内燃机 外开式喷嘴 纹影法 射流特性
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富氧燃烧对PFI氢内燃机性能的影响 被引量:2
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作者 付洪宇 柴华 +1 位作者 孙柏刚 包凌志 《车用发动机》 北大核心 2020年第4期1-6,共6页
通过试验验证了利用富氧进气提高进气道喷射氢内燃机功率的可行性,进行了氢气-空气样机试验和30%、40%进气氧浓度试验,并基于这些数据搭建并标定了发动机一维仿真模型。结果表明:当量比为0.7时,进气氧浓度增至30%,功率平均提高20.5%,有... 通过试验验证了利用富氧进气提高进气道喷射氢内燃机功率的可行性,进行了氢气-空气样机试验和30%、40%进气氧浓度试验,并基于这些数据搭建并标定了发动机一维仿真模型。结果表明:当量比为0.7时,进气氧浓度增至30%,功率平均提高20.5%,有效热效率平均降低2%;进气氧浓度增至40%,功率平均提高36.5%,热效率降低4%。该结果可以指导下一步更高进气氧浓度的氢内燃机试验,并且为改善进气道喷射氢内燃机的动力性提供了一种新方法。 展开更多
关键词 氢内燃机 富氧燃烧 进气道喷射
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Development of performance and combustion system of Atkinson cycle internal combustion engine 被引量:7
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作者 LIU FuShui sun baigang +4 位作者 ZHU HuaRong HU TieGang DU Wei LI XiangRong ZHANG Zheng 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2014年第3期471-479,共9页
The application of hybrid vehicle is a practical technical solution to the energy shortage and the environmental pollution.The internal combustion engine(ICE)plays a key role in the development of the hybrid vehicle.B... The application of hybrid vehicle is a practical technical solution to the energy shortage and the environmental pollution.The internal combustion engine(ICE)plays a key role in the development of the hybrid vehicle.Based on the requirements of the hybrid vehicle and the characteristic of Atkinson cycle,a set of designing methods for the Atkinson cycle gasoline engine is presented through the analysis of the optimized matching for the compression ratio,valve timing and the combustion chamber.The designing method has been verified by the bench test and the results show that the fuel consumption can be improved by12%–15%with the reduction of the low speed torque by 10%,and the low fuel consumption region in the fuel map extends significantly with the rated power almost keeping constant.It may be of great reference for the development of hybrid vehicle technology in China. 展开更多
关键词 hybrid vehicle Atkinson cycle compression ratio valve timing combustion chamber
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Experiment of gas plasma plume deflection by magnetic control
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作者 ZHAO Kai HU Jianbo +3 位作者 LU Yongji LI Feng MING Ming sun baigang 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期581-588,共8页
To investigate the deflection effect of gas plasma plume controlled by magnetic field,a novel experimental scheme was presented.The Cs2CO3 catalytic ionization seeds were injected into the combustion chamber to obtain... To investigate the deflection effect of gas plasma plume controlled by magnetic field,a novel experimental scheme was presented.The Cs2CO3 catalytic ionization seeds were injected into the combustion chamber to obtain gas plasma on a high temperature magneto hydrodynamic(MHD)experiment rig.The plasma jet was deflected under the action of an external magnetic field,resulting in a thrust-vector effect.Particle image velocimetry(PIV)collected two-dimensional images of jet flow field.Through image processing and velocity vector analysis,the jet deflection angle can be obtained quantitatively.At 1800-2500 K,the jet deflection was verified experimentally under the condition of 0.45 T magnetic field strength.The results indicate that the jet deflection angle increases gradually with the increase of gas temperature,and above 2200 K,the jet deflection angle increase obviously.In the process of gas plasma jet,it is feasible to realize the jet deflection controlled by MHD by adding an external magnetic field. 展开更多
关键词 gas plasma PLUME DEFLECTION magnetic fluid THRUST VECTOR PARTICLE image VELOCIMETRY
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