重型车用柴油机低排放直喷燃烧系统参数的优化

在车用柴油机上引用缩口低排放型燃烧室后,燃烧系统向直喷化发展。为了掌握和定量地评价这种新型燃烧室的结构及其内部气流特点,引入了涡流强度保持性的概念。并利用商用软件FIRE对这种新型直喷式燃烧室内气流的空间分布及其时间变化规律进行数值计算,结合MATLAB软件计算燃烧室内的瞬态涡流强度保持性大小,由此分析不同燃烧室结构参数对燃烧室内气流特性及其涡流强度保持性的影响。同时,通过台架试验分析这种燃烧室内的不同涡流强度保持性与喷射系统参数和进气涡流等参数匹配时对柴油机性能和排放特性的影响。结果表明,通过低排放缩口型燃烧室结构参数的优化,可有效地组织和控制燃烧室内气流分布规律及其强度,而且对于这种燃烧室结构存在着最佳的喷射位置和进气涡流强度,使得在动力性和经济性基本保持不变的条件下,可有效地改善柴油机的排放特性。

车用柴油机低排放缩口燃烧系统的优化

为了定量评价低排放缩口燃烧室内的气流特性,引入了涡流强度保持性的概念。采用FIRE软件对车用直喷式柴油机低排放缩口型燃烧室内气流的空间分布及其变化规律进行了数值计算,利用计算结果并结合MATLAB软件计算了不同缩口直径燃烧室内的瞬态涡流强度保持性大小,由此评价这种燃烧室的气流特性,并分析不同缩口直径对燃烧室内气流特性及其涡流强度保持性的影响。在此基础上,通过台架试验对比分析燃烧室内的这种涡流强度保持性与喷射系统参数和进气涡流匹配时对柴油机性能的影响。结果表明,采用适当的低排放缩口型直喷式燃烧室结构可有效地组织和控制燃烧室内气流分布规律及其强度,而且对于这种燃烧室结构存在着最佳的喷射位置和进气涡流比,从而在动力性和经济性基本保持不变的条件下可有效地改善柴油机的排放特性。

浅形缩口直喷式柴油机燃烧室结构特点及其对排放特性的影响

利用AVL公司的FIRE软件对重型车用柴油机缩口直喷式燃烧室内的气体流动特性进行了数值模拟计算。引入涡流强度保持性的概念 ,计算分析了不同缩口直径对燃烧室内涡流强度保持性的影响。在此基础上 ,对不同缩口直径燃烧室进行了喷射系统参数的优化匹配试验研究。结果表明 :采用缩口直喷式燃烧室结构可有效组织燃烧室内的气流运动 ,并能与喷射系统参数进行优化匹配 。

耦合分级燃烧的大容积焦化过程仿真

基于焦炉大容积焦化、分级燃烧加热的过程特点和燃烧室炭化室耦合的结构特点,建立描述其内部流动、燃烧、传热、传质的三维非稳态数理模型,开展数值仿真,并将模拟结果与实际数据进行对比验证。通过计算,获得到了相应的结焦时间、焦化过程中焦炭床层的温度变化以及废气出口NO含量的变化规律;考察了焦炭床层加热的均匀性,并与传统的下喷式单点燃烧加热焦炉进行对比;最后还分析了装炉煤水分含量、初始温度以及堆密度等操作参数的影响。研究结果表明,对于大容积焦炉,在提高焦炭产量的同时,采用分级燃烧加热方式,可以有效提高焦炭床层的加热均匀性,保证最终产品的质量,并有效减少NO的生成;而且,煤预热、煤调湿和煤料密实技术的应用有利于提高生产效率。该文工作可为焦炉大型化生产实际及设计提供基础理论和参考数据。

基于火焰面模型的超声速燃烧混合LES/RANS模拟

为了明晰超燃冲压发动机燃烧室内部燃烧过程的细节,建立了超声速湍流燃烧稳态火焰面亚格子模型,并采用混合LES/RANS方法对氢燃料超燃冲压发动机进行算例验证。控制方程对流项用五阶精度WENO格式离散,时间方向采用二阶Runge-Kutta方法。研究表明:(1)冷流流场中燃料分布与大尺度结构分布相似,说明混合过程受大涡控制;(2)燃烧流场中涡的尺寸明显变大,且仅存在于火焰面上,另外温度分布和主要生成物分布与涡量云图基本相同,说明燃烧过程也由大涡控制;(3)时均计算结果与实验阴影基本符合,速度剖面和温度剖面与实验测量值定性一致,说明本文的数值模拟方法和燃烧模型可以较好地描述和预测超声速流动燃烧过程。

重型直喷柴油机缩口燃烧室结构特点与评价

为定量评价缸内瞬态气流特性,定义了涡流强度保持性概念。利用CFD软件FIRE对柴油机缩口直喷燃烧室内的气流分布特性进行了数值计算,在此基础上根据流场随曲轴转角变化特性的计算结果,用Matlab软件计算了瞬态的涡流强度保持性,由此分析燃烧室结构对涡流强度保持性的影响。同时试验研究了涡流强度保持性与喷射系统参数、进气涡流匹配时对柴油机性能的影响。结果表明,通过燃烧室结构控制涡流强度保持性,并与其他参数优化匹配后在动力性、经济性保持不变的前提下,可有效地改善柴油机的排放特性。

高压共轨直喷柴油机缩口燃烧室内混合气形成的多维数值研究

改进设计了高压共轨直喷式柴油机缩口型燃烧室,利用FIRE软件针对不同燃烧室结构对燃烧室内气流特性的影响进行了多维数值模拟。研究了高压共轨喷射系统与缩口直喷式燃烧室匹配时不同喷射参数对燃烧室内流场、浓度场和温度场分布特性的影响,以及混合气形成过程的微观特性。研究结果表明:改进后的缩口直喷式燃烧室能够合理地利用喷雾的动能,提高燃烧室内的气流强度及其保持性,从而加强燃烧开始后燃油与空气的混合能力,促进扩散燃烧过程。因此,合理的燃烧室形状配合喷射时刻和压力的有效控制能在提高发动机性能的同时降低排放,是高压共轨直喷式柴油机实现高效率低排放的有效途径。

缩口燃烧室中气流特性与燃油喷雾匹配对柴油机燃烧及排放的影响

利用三维数值仿真软件FIRE,对缩口直喷燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷射时刻匹配时对缸内速度场、浓度场和温度场分布特性的影响进行了仿真分析。研究了燃油喷雾与不同燃烧室空间气流特性匹配时的混合气形成特点和燃烧过程,并对混合气形成特点对发动机性能的影响进行了试验研究。结果表明,缩口燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷油正时匹配时,直接影响柴油机的预混合燃烧过程、扩散燃烧过程以及燃烧速率。结构一定的燃烧室内气流特性与燃油喷雾匹配时,存在最佳喷射时刻,不仅能够有效地调整预混合燃烧和扩散燃烧的比例,而且能够有效地控制燃烧放热率图形心的位置,有利于节能和排放控制。

大型车用柴油机缩口燃烧室的结构特点及其对排放特性的影响

利用由AVL公司提供的FIRE软件,对重型车用柴油机缩口直喷式燃烧室内的气体流动特性进行了数值模拟计算分析。在此基础上,对不同缩口直径的燃烧室进行了喷射系统参数的优化匹配试验研究。结果表明,采用缩口直喷式燃烧室结构,可有效地组织燃烧室内的气流运动,并通过与喷射系统参数的优化匹配,在动力性和经济性基本保持不变的条件下,有效地改善柴油机的排放特性。

横截面积对燃烧室内压力振荡及NO_x生成特性的影响

为了研究燃气轮机燃烧室结构对其性能的影响,采用三维全可压缩大涡模拟方法分析了燃气轮机燃烧室横截面积对燃烧室内压力振荡及NOx生成特性的影响规律。分析表明:增大横截面积加速了射流的衰减过程,流体的发散角增大,中心回流区的范围扩大,回流速度则有所降低。中轴线附近,正向流动区域的范围扩大。由于径向旋流器与预混段的结构保持一致,不同横截面积时,上游流场中的进动涡核结构相似。增大横截面积使得燃烧室内声学耗散作用增强,压力振荡的幅值有所降低,因此,采用较大的燃烧室横截面积有利于抑制燃烧不稳定性现象的发生。由于峰值温度均超过1800K时,增大横截面积所导致的温度下降抑制了NOx的生成,有利于控制NOx排放。

直喷475型柴油机设计与试验研究

近年来,随着全球石油资源的日益紧缺和燃油价格持续上涨,开发新能源和节约现有能源均是广大科技工作者研究的重大课题。为此目的,本文详细介绍了运用一些最新的研究成果将475型柴油机的涡流燃烧系统设计成直喷燃烧系统的一些探索,并进行了试验研究,试验结果表明:475型柴油机直喷化后,保持其原有动力性,不仅烟度排放低,而且燃油耗得到明显降低,达到了预期的设计目标。

大型循环流化床环形炉膛中气固流动特性的CPFD数值模拟

环形炉膛理论上可有效解决大型循环流化床中二次风穿透不足的问题,其内外环壁面的设计也为更多的受热面提供了充足的空间,是一个具有明显优势的新型炉膛结构.本文使用CPFD数值模拟方法,对循环流化床环形炉膛冷态实验台内气固流动特性进行研究.模拟得到的炉内轴向压力分布和返料流率均与实验结果吻合较好.在此基础上分析炉内气固流动特性以及炉膛出口气固流动不均匀性,研究结果为环形炉膛的设计优化提供有价值的信息.

大直径液氧煤油发动机燃烧室结构和隔板型式对声学特性的影响

随着火箭发射任务轨道高度和载荷质量的提高,发动机推力和燃烧室直径增大,使燃烧室固有声学振型越发复杂。燃烧室收敛段、抗脉动隔板及其结构型式会显著影响燃烧室的声学特性,进而改变发动机的燃烧不稳定性裕度。为了研究燃烧室结构和隔板型式对声学特性的影响,建立了燃烧室声学有限元模型,并通过单喷嘴声学实验验证了仿真模型的准确性。研究了燃烧室收敛段和一周六径隔板对燃烧室声学特性的影响,重点分析了RD-170和F-1发动机不同隔板型式下燃烧室的声学特性,从声压分布的角度分析了其隔板设计的合理性。结果表明:添加收敛段后,燃烧室的1L和1T1L振型的频率分别提高了14%和17%。RD-170发动机的周向隔板位于2R振型速度波腹位置;F-1发动机所采用的两周八径13分区隔板不仅减小了2R振型速度波腹的半径,而且使切向振型的声压极值面积最小。双十字隔板使F-1发动机燃烧室中出现径向振型切向化的趋势。

一种脱模剂在固体火箭发动机燃烧室壳体绝热材料成型中的应用

分析了不同脱模剂在固体火箭发动机燃烧室壳体绝热材料成型中的脱模效果,结果表明:8421A脱模剂的质量分数为15%时,表面张力值为22.3mN/m,脱模次数最大,效果最佳。按照工艺方法处理后,用于长径比为18的绝热材料成型中可循环使用9次,且制备的产品合格率达100%,性能满足设计需求。此种脱模剂应用于其它大长径比产品中,脱模效果也尤为显著。

生物柴油缸内喷雾特性的大涡模拟研究

采用数值计算,结合动网格和大涡模拟的方法,对柴油和生物柴油的缸内喷雾特性进行了研究。喷雾模型经过验证,与相关的实验研究结果较为符合,且大涡模拟能很好地捕捉喷雾场中随机的复杂三维涡团结构和空气卷吸现象。研究在不同喷油压力和喷孔直径下对比了柴油和生物柴油喷雾的贯穿距离和索特平均直径。结果表明,生物柴油喷雾具有更长的贯穿距离和更大的索特平均直径,显示了生物柴油相对较差的雾化和蒸发特性,而采用高压小孔喷油可以显著改善生物柴油雾化特性。

密闭腔室火灾温度的大涡模拟

应用大涡模拟方法模拟全尺寸的密闭腔室火灾场景。提出应用平均燃烧效率的概念模拟密闭腔室火灾的方法,选取平均燃烧效率为0.75进行大涡模拟,得到密闭腔室室内温度场以及烟气运动的模拟数据。通过分析密闭腔室内竖直方向上的温度分布,发现在竖直方向上存在温度分层现象。将模拟结果与实验数据进行对比可以看出,大涡模拟可以较好地模拟密闭腔室内火灾的发生发展情况。

基于DTF和REDIM技术构建的亚网格燃烧模型及其验证

将反应扩散流形(REDIM)技术与动态火焰增厚(DTF)模型结合起来,构建了一种新的湍流预混燃烧模型。用该模型对PRECCINSTA燃烧器全局当量比分别为0.75和0.83的两种贫燃预混旋转火焰开展大涡模拟计算,将计算结果与原DTF模型计算结果以及实验结果进行对比研究,着重分析了速度、温度以及CO2质量分数的径向分布情况。研究表明:新模型的计算结果与实验结果吻合良好,由于新模型求解的组分输运方程数目减少,计算效率比原DTF模型约提高15%;理论上,新模型可推广应用于部分预混火焰的计算,只要采用合适的REDIM化学反应表格,如二维的REDIM表格。

天然气同轴分级低排放燃烧室点火特性研究

针对某型同轴分级燃烧室点火工况下不同因素的点火特性问题,采用数值模拟的方法,研究点火工况下不同的点火位置、热射流速度、热射流持续时间等因素对点火性能的影响,确定点火工况下最佳点火方案并模拟点火过程。研究发现:点火位置靠近燃烧室出口时拥有较好的点火性能,但火核发展速度较慢。热射流火焰速度越高,受流场轴向速度的影响越小点火性能越好。热射流持续时间的增长使得壁面生成的火核体积增大,点火成功率增高。

有旋和无旋气固两相湍流的不同结构

了解有旋和无旋突扩气粒两相详细湍流结构对控制燃料-空气混合、火焰稳定以及燃烧污染物生成很重要。周力行等曾经对其中的两相时平均流场和湍流特性进行过雷诺平均的RANS模拟和测量的研究,但是RANS模拟不能给出详细的两相湍流的瞬态结构。本文建立了二阶矩两相亚网格尺度应力模型,对有旋和无旋同轴突扩气粒两相流动进行了双流体大涡模拟。大涡模拟统计结果得到的两相时间平均速度和均方根脉动速度得到了测量结果的实验检验。大涡模拟瞬态结果显示出有旋和无旋突扩两相流动湍流结构的不同。在有旋情况下,气体流动有多个回流涡,但是没有典型的拟序结构,而无旋情况下的气体流动有典型的拟序结构。两种情况下的颗粒流动都几乎没有涡结构。

旋流预混燃烧室燃烧特性研究

以某型燃烧室为研究对象,采用RANS(Reynolds average navier-stokes)和LES(large eddy simulation)两种方法进行数值模拟,并对两种数值方法的模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,RANS的计算结果能够反应燃烧场中的主要流场特征,具有一定的工程意义。LES能够复现弱轴向流动区等具体的流场细节,对剪切层位置和强度模拟较准确,还能模拟火焰动态发展过程,捕捉燃烧流场动态特性。与RANS相比,在燃烧流场数值仿真方面,LES占据更明显的优势。经计算,该工况下进动涡核由三个相对独立的螺旋涡分支组成,在燃烧室激起周期性速度脉动和压力脉动,LES捕捉到进动涡核主频率为156 Hz。