Application of Space-time Conservation Element and Solution Element Method in Intake and Exhaust Flows of High Power Density Diesel Engine

A one-dimensional pipe flow model of single-cylinder diesel engine is established to investigate the intake and exhaust flow characteristics of diesel engine in the condition of high power density(HPD).A space-lime conservation element and solution element(CE/SE)method is used to derive the discrete equations of the partial differential equation for the intake and exhaust systems.The performance parameters of diesel engine with speed of 2100 r/min are simulated.The simulated results are in accordance with the experimental data.The effect of increased power density on charging coefficient is analyzed using a validated model.The results show that the charging coefficient is slowly improved with the increase in intake pressure,and is obviously reduced with the increase in engine speed.

船用柴油机相继增压系统进气均匀性提升仿真设计

为了确保V型相继增压柴油机在改变工作增压器数量时,两侧中冷器的进气能够保持均匀性,对某船用相继增压柴油机进气系统进行了多轮设计与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真优化。在此过程中,重点评估了柴油机在单增压模式和三增压模式下,两侧气流分布的均匀性、中冷器进气截面气流流速的均匀性以及压降情况。经过结构优化后,两侧进气流量的最大偏差仅为0.23%,两侧中冷器进气截面流速均匀性指标的最小值达到了0.883,集气腔和中冷器端盖的最大压降为18.2kPa,这些指标处于较优水平。随后,进行了试验验证,其结果表明,在不同增压模式下,两侧中冷器进气的均匀性趋势与仿真结果较为吻合,满足实际使用需求。

可变进气对船用柴油机性能影响的试验研究

为了探究可变进气系统对船用柴油机性能的影响,在一台配备进气可变配气和进气旁通阀的船用中速柴油机上开展试验研究。分别在可变配气机构处于强米勒正时和弱米勒正时,进气旁通阀处于开启和关闭状态下开展船用柴油机螺旋桨特性试验。试验结果表明:采用弱米勒正时可降低燃油消耗率,但是最高燃烧压力和NOx比排放增加,燃油消耗率降低幅度随负荷升高而减小,最高燃烧压力和NOx比排放增加幅度随负荷升高而增加,弱米勒正时对低负荷优化效果更明显。受到最高燃烧压力限制,高负荷必须采用强米勒正时。弱米勒正时角度从20°增加到30°,燃油消耗率基本不变,最高燃烧压力和NOx比排放进一步增加,对于试验柴油机而言,20°弱米勒正时配置更优。开启进气旁通阀可以提高中低负荷增压压力,降低燃油消耗率、排温和烟度。在超低负荷及高负荷时开启进气旁通阀效果与中低负荷相反。在25%及50%负荷下应用可变进气技术,燃油消耗率分别降低6.0%和2.9%、烟度分别降低61.6%和59.7%。合理的可变进气系统控制策略可有效优化船用柴油机性能。

怠速工况发动机富氧燃烧排放及其稳定性研究

利用氧的体积分数为21％～27％的富氧空气进气，研究点燃式发动机启动后最初怠速工况排放特性和规律。试验表明，在氧的体积分数为23％～25％的低富氧程度下，CO、HC排放降低作用更加显著，同时NOx排放升高程度处于较低水平。相反，在高富氧浓度下，CO、HC排放降低程度明显减小，NOx排放大幅提高。因此，低富氧浓度在改善发动机怠速工况燃烧排放中具有重要作用和应用潜力。研究还表明，随着供气氧的体积分数的增加，压力峰值提高，相位提前，发动机循环变动减小。进气氧的体积分数对瞬时转速循环变动性影响是有限度的，23％左右的低富氧作用最为明显，随着富氧程度增加，作用逐渐减小。

排气管结构对多缸增压柴油机进气不均匀性的影响

作者在某V型8缸柴油机性能试验和多个气缸压力测量的基础上,对该柴油机的一维性能仿真计算模型进行了标定和校核,并应用验证后的模型计算和分析了该柴油机采用脉冲增压排气管、等压增压排气管、MPC排气管时各缸进气流量的不均匀性及其差异.结果表明:采用不同的排气管结构时各缸进气不均匀度的差异很大,采用等压、MPC排气管时的进气不均匀度比较接近,而采用脉冲排气管时的进气不均匀度比前两者小得多.

废气再循环和发动机运转参数对不同辛烷值燃料HCCI燃烧的影响

考察了废气再循环(EGR)、进气温度、冷却水出水温度和转速等发动机运转参数对HCCI发动机燃烧特征和排放特性的影响。实验结果表明:随EGR率提高,各种燃料的两阶段着火时刻推迟,燃烧持续期延长;高十六烷值燃料可以容许较高的EGR率,RON75最高仅可以采用45%的EGR;EGR对高十六烷值燃料的CO和UHC影响不大,对高辛烷值燃料的CO影响明显,并随EGR率增加CO排放升高。在其它运转参数中,进气温度对HCCI燃烧影响最为显著,随进气温度提高、冷却水温度升高,HCCI燃烧的着火时刻提前、燃烧持续期缩短,高辛烷值燃料的UHC和CO显著降低。转速升高,着火延迟,燃烧持续期延长。此外,研究发现,高辛烷值燃料对HCCI发动机的运转参数更为敏感。

不同进气温度条件下燃料特性对均质压燃燃烧过程影响的试验研究

为了研究不同进气温度(Tin)条件下燃料特性对均质压燃(HCCI)燃烧特性、工况范围和排放特性的影响,在一台改装的4缸直喷柴油机上进行了不同辛烷值(RON)基础燃料(PRF)、汽油和含氧燃料的进气加热发动机试验。结果表明,Tin较低时,PRF着火时刻最早,缸内最大爆发压力和峰值放热率最高,其次是汽油和含氧燃料,但Tin较高时,则是汽油燃料着火时刻最早,燃烧效率和能够实现的最高指示效率最高;Tin升高,所有燃料主燃烧着火时刻提前,缸内最大爆发压力和燃烧效率升高,HCCI正常运转工况范围向小负荷区域拓展,但Tin对指示效率的影响与燃料的RON有关。排放测试表明,Tin升高,所有燃料的HC和CO排放均降低,Tin较高时,燃料特性对两者的影响减小;Tin高于363 K时,汽油的HC和CO排放均最低;Tin和RON都相同,汽油燃料的NOx排放值相对较高,Tin对所有燃料的NOx排放的影响均不明显。

进气门晚关对柴油HCCI燃烧和排放影响的数值模拟

将包括完整发动机循环的三维计算流体力学(CFD)模型与详细反应动力学机理耦合,研究进气门晚关(LIVC)对柴油均质压燃(HCCI)发动机燃烧和排放的影响。结果发现,使用LIVC可降低有效压缩比,进而有效地控制着火点并显著降低氮氧化物(NOx)排放,由于降低了燃烧温度和缸内缺少氧气,会增加碳烟、碳氢(HC)和一氧化碳(CO)的排放。为揭示LIVC策略降低柴油HCCI发动机排放的潜力,进一步通过在调整进气门关闭定时的情况下,研究了进气压力、废气再循环(EGR)率和喷油定时(SOI)的影响。计算表明,通过LIVC和增加进气压力可实现NOx的超低排放,保持较低的碳烟、HC和CO排放,但在运行过程中需要足够的EGR量和优化的喷油定时加以辅助。在部分负荷下,通过使用260°CA的进气门关闭时刻、0.18MPa的进气压力、50%的EGR量和20°CABTDC的喷油定时,可避免NOx和碳烟的排放。

汽油均质压燃燃烧的自由离子生成机理研究

将Warnatz离子生成机理耦合到异辛烷详细化学反应动力学模型中,研究了汽油均质压燃(HCCI)燃烧中H3O+、CHO+、e等离子或CH、O自由基的生成过程.采用了化学反应路径分析的方法研究了自由离子的生成过程.基于一台改造的双缸汽油机,试验研究了不同进气温度下,汽油HCCI燃烧的离子电流信号特性,并基于上述方法,对不同进气温度下离子电流变化特性的机理进行了分析.结果表明:通过化学反应路径分析能够得到某反应时刻混合气中各组分的生成情况及燃烧离子来源情况.不同进气温度下的缸内温度对CH自由基的生成起着关键作用;H3O+离子浓度的降低是离子电流幅值下降的直接原因.离子电流信号差分峰值相位、H3O+浓度差分峰值相位与放热率峰值相位之间均存在一定的相位差.

进气温度和过量空气系数对乙醇均质压燃燃烧过程的影响

在一台经过改进的CA6110发动机上,进行了进气温度和过量空气系数对乙醇燃料均质压燃燃烧过程影响的试验研究．结果表明,在转速和供油量一定时,随着进气温度的升高,着火始点提前,燃烧持续期变短,压力升高率变大,缸内的最大燃烧压力变大,指示效率提高,平均指示压力升高．当进气温度一定时,随着过量空气系数的减小,着火始点提前,燃烧持续期逐渐变短,压力升高率变大,缸内的最大燃烧压力变大,指示效率增加．

车用转子发动机复合进气充气特性研究

提出了车用转子发动机复合进气充气效率模拟计算和试验结果，并分析了充气效率随负荷和转速变化的特性，以及周边气口与端面气口进气气流随转速变化的分配关系，为进一步研究这种进气形式的转子发动机的换气过程、气口与进排气管设计提供了有益的结果。

进气温度对甲醇HCCI发动机燃烧特性和排放的影响

为研究进气温度对甲醇HCCI燃烧特性和排放的影响,在一台改造的实验发动机上进行相关的实验.试验结果表明,随着进气温度的升高,缸内压力升高,压力升高率变大,燃烧噪声较大;随着进气温度的升高,缸内温度升高,燃烧速度变快,瞬时放热率变大,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短.HCCI燃烧方式的NO排放较低,NO排放对进气温度不敏感,进气温度升高,HC和CO排放迅速减少.

进气前回流对HCCI汽油机着火时刻的影响

为了实现对着火时刻的调控,在负气门重叠角(NVO)策略下,通过进气门早开,形成不同程度的进气前回流,来调控着火时刻.三维仿真结果表明,进气门开启提前,前回流比例逐渐增大,产生两个主要的作用,一个是散热造成缸内平均温度发生改变,另一个是改变新鲜进气和废气的混合历程,使得缸内温度、废气分布发生变化.当前回流质量分数小于20%时,缸内平均温度的降低使着火时刻推迟.当前回流质量分数大于20%时,温度、废气不均匀度的增加使得着火时刻提前;前回流的存在还使得缸内高温区和高废气区的重合度减小,使缸内形成了利于着火的高温及相对低废气区,促进自燃点的出现,使着火时刻提前.

进气充量特征参数对CPF再生过程的影响

利用AVL BOOST,FIRE软件分别构建了D19高压共轨柴油机的一维仿真模型和催化型颗粒捕集器(CPF)三维模型,研究了不同进气特征参数对CPF再生过程的影响规律。计算结果表明:随大气氧浓度减小,CPF沉积颗粒的氧化速率和压降的下降速率都显著减缓,其进、出口两端的NOx及NO2排放降低;海拔升高不利于CPF的再生,但CPF压降和再生最高温度较低,且能有效减少CPF出口端的NO2排放;海拔对CPF再生过程的影响是大气氧浓度与大气压力的综合效应,其中大气氧浓度占主导作用;针对海拔2km高原环境,EGR率增大至15%时,CPF再生性能已明显减弱,高原环境下采用EGR进一步加剧CPF的再生困难;EGR率对NO2的降低作用大于其对NO的降低作用。

进气温度对甲醇均质压燃燃烧特性的影响

在一台快速压缩机上模拟甲醇HCCI的燃烧过程,通过缸压曲线和活塞位移曲线等数据进行计算分析,研究了进气温度对甲醇均质压燃燃烧特性的影响规律。结果表明,当其他边界条件一定时,随着甲醇混合气进气温度的增加,甲醇HCCI的燃烧始点提前,缸内压力升高率峰值增加,放热率峰值增加,燃烧持续期缩短。

明代闸坝官刍议

中国古代长期以农业立国,重视水利设施建设,这其中就包括闸和坝。闸和坝除了作为农田灌溉设施之外,还在内河航运中发挥重要的作用。明代京杭大运河一直承担南北运输的重要职能,不但成为王朝的经济动脉,也关系到南北的水利。随着社会经济的发展,作为水利管控设施的闸坝建造技术提高了,作为经济动脉的运河得到朝廷的高度重视,在闸和坝设置专官进行管理,则成为维护运河畅通,确保农田水利的重要措施。闸坝官乃是未入流的微末之官,在行政序列上受地方官与河道官双重领导,但在管辖范围上也不仅仅限于所专管的闸和坝,不但有自己的衙门和独立的财政,而且在社会治安方面也发挥着重要作用。

配气正时对工质移缸类非常规循环内燃机性能的影响规律

将一台传统四缸四冲程汽油内燃机改造成一个具备工质移缸特征的新型循环内燃机,通过实验和模拟计算方法研究了前缸排气正时和后缸进气正时对分缸循环内燃机性能的影响规律。新循环内燃机中2个气缸完成1个工作循环,前缸为传统四冲程循环燃烧气缸,后缸为非燃烧气缸,前缸的燃气通过转接管进入后缸,再从后缸排出内燃机。基于GT-POWER模型对新循环内燃机建立一维仿真模型,并进行了仿真和实验验证。结果表明:在不改变气门升程曲线的情况下,前缸排气提前角和后缸进气提前角对内燃机燃油消耗率的影响较小,对内燃机扭矩外特性影响较大;新循环内燃机燃油消耗率低于原机,说明前缸燃烧、后缸继续膨胀的内燃机分缸循环可以提升内燃机的工作效率。

电喷汽油机可变进气和配气系统的设计

换气过程进行的好坏,直接影响着汽油机的动力性、经济性和排放性能。进气和配气系统对汽油机充气效率有着决定性的影响,是汽油机换气过程的主要影响因素之一。本文以某一电喷汽油发动机为研究对象,利用现代先进技术———可变进气歧管长度、可变气门升程和可变气门定时,提出优化方案,对其进行结构设计,利用BOOST模拟计算软件,建立可变的进气和配气系统模型,分析影响进气充量的各种因素,并通过实验进行验证。

相继增压对某型柴油机性能影响及喷油参数再优化

对某采用相继增压与可控进气涡流复合系统的柴油机建立了缸内仿真模型,分别对可控进气涡流系统和相继增压与可控进气涡流复合系统的燃烧过程进行仿真计算,结果表明,在低工况下后者排气中NOX、Soot的质量分数分别降低了54%和86.1%。并对相继增压与可控进气涡流复合系统柴油机喷油提前角、喷雾锥角进行了再优化仿真计算,结果表明,优化后喷油提前角为20°CA,喷雾锥角为155°。

FSC赛车进气系统CFD设计开发

为了降低由于进气限流对发动机性能造成的影响,提高发动机充气效率,减少进气阻力,需要对赛车进气系统进行重新设计。文章利用CFD分析方法对赛车进气系统参数进行内流场优化仿真,选取20°入口锥角、7°出口锥角、315mm的进气总管、3L的稳压腔及80mm的进气歧管等参数,自制碳纤维进气系统。设计的赛车进气系统通过了发动机台架试验,实车比赛完成了所有比赛项目。经过CFD设计开发,提高了赛车的动力性、经济性和轻量化水平,对于指导大学生方程赛车进气系统开发具有一定的理论和实用价值。