内燃兰金循环氨氢发动机热力学特征参数的模拟与分析

为实现氨氢燃料在内燃机上的应用,基于Cantera平台建立了氨氢燃料内燃兰金循环模型,进行了不同氨氢掺混比例、过量空气系数和喷水量等条件下内燃兰金循环氨氢燃料发动机燃烧过程数值模拟,从热力学循环效率和典型污染物排放两方面分析和评价不同边界条件对燃烧特性的影响。结果表明:过量空气系数和缸内喷水量增加分别提升热力学循环效率2.66%和7.00%,喷水的作用效果更显著;氨氢燃料燃烧终了排放污染物NOx主要以NO为主;缸内喷水有利于氨氢发动机氮氧化物排放量降低,应用喷水技术后,燃烧产物中NO和NO2的排放体积分数降低幅度达到37%。

内燃兰金循环发动机爆震控制试验

基于一台改造的双缸柴油机,结合自行开发的进气及缸内高温水喷射系统,针对高压缩比、高氧浓度下内燃兰金循环发动机爆震工况开展试验研究.结果表明,与空气进气相比,高氧浓度进气会导致爆震出现,通过对缸内压力进行傅里叶变换和带通滤波后得到的爆震强度可达0.26 MPa.在爆震工况下结合缸内高温高压水喷射策略,可以有效抑制爆震强度,维持缸内燃烧过程稳定,与此同时,高温高压水吸热蒸发汽化,有效提高系统热效率.

内燃兰金循环发动机试验系统开发

介绍了内燃兰金循环发动机试验系统(ICRC),详细阐述了燃烧工质供给系统、过热水喷射系统和发动机控制及采集系统等子系统的设计。基于该系统研究了不同氧气体积比(OF)、喷水压力等对燃烧过程的影响。试验结果表明:随着氧气体积比降低,缸内最高燃烧压力和最大压力升高率均降低。此外,喷射过热水对燃烧速率有所控制,在不影响缸内最高燃烧压力的前提下将燃烧相位后移,拓展了示功图的有效面积,使得指示功提高了约8%。并随着喷射过热水压力的提高,控制燃烧速率趋势加大,放热率型心后移,IMEP降低。证明开发的ICRC试验系统实现了内燃兰金循环。

喷水过程对内燃兰金循环发动机燃烧稳定性影响的试验研究

基于自主研发的内燃兰金循环发动机试验系统,采用曲轴转角压力变动系数法及其他传统分析方法相结合,对不同边界条件下内燃兰金循环燃烧稳定性进行试验分析研究。研究结果表明:曲轴转角压力变动系数可同时反映喷水造成的燃烧瞬态及循环整体波动。发动机在喷水的作用区间内产生明显的燃烧波动,燃烧相位后移,总体燃烧稳定性降低,但循环做功量增加。不同放热区间喷水所造成的瞬态燃烧波动幅值和形式皆有所不同,燃烧放热开始和结束后喷水将导致燃烧稳定性变差。提高氧气比例及适当减小喷水脉宽有利于提高发动机的燃烧稳定性。

不同点火时刻下内燃兰金循环燃烧特性

内燃兰金循环采用氧气代替空气作为氧化剂规避氮氧化物排放,并通过在燃烧过程中喷入经废气加热的高温水增加作功工质,提高热效率.基于自主开发的试验系统,研究不同点火时刻下的燃烧特性.试验结果表明,喷水能在有效控制燃烧速率的同时增加缸内作功工质,提高指示功和热效率.通过增加燃油供给量等其他方法加快燃烧反应速率,同时推迟点火时刻,可在保证上止点缸内温度的同时降低压缩负功的影响,有利于进一步提高循环热效率.

醇氢融合燃烧发动机构建及其可行性分析

为实现内燃机低碳化,基于传统发动机结构提出主缸和副缸分级燃烧、组合工作方案。主缸采用燃氧当量比为1.43的甲醇混合气及氧气射流控制混合气着火等措施,构建内燃兰金循环(ICRC),燃烧废气一部分留在主缸,另一部分作为可燃气体送入副缸;利用缸内废气中的活性基团,构建甲醇活化重整新路径,将氢能、碳循环、气体储能、燃油替代技术融为一体,实现醇氢融合燃烧作功。基于“工质移缸”技术,送入副缸的主缸燃烧废气与进入副缸的增压新鲜空气混合燃烧,通过控制副缸燃烧温度,副缸既是主缸燃烧作功的延续,也是主缸燃烧产物后处理器。运用文献研究法,探讨该新型发动机燃烧过程,分析该发动机燃烧温度及其减排效果,论证了该发动机清洁、高效燃烧可行性。

柴油机纯氧燃烧过程及缸内喷水影响的模拟研究

针对高压共轨柴油机搭建流体动力学仿真模型,研究不同进气氧体积分数对柴油机纯氧燃烧过程的影响,并验证缸内喷水对热效率的优化能力。结果表明,氧含量的提高增加了缸内比热比,使压缩行程缸内压力及温度提高,并促进缸内燃烧反应,进一步提升缸内湍流强度,燃烧相位提前;在5℃A ATDC(上止点后)向缸内喷入160℃的高温高压水,可实现对缸内燃烧过程的控制,并通过吸收燃烧放热、汽化膨胀,推动活塞做功,可提高热效率约3.75%。