氢气对天然气均质混合燃烧影响的机理分析

为了研究氢气参与天然气(本文以甲烷为例展开分析)燃烧过程中的机理,利用CHEMKIN中的0-D单区模型,对不同氢气摩尔体积含量的甲烷燃烧进行模拟,分析了不同氢气含量下,在不同的空燃比下的燃烧机理,结果显示随着氢气含量的升高,燃烧速率加快,缸内峰压在浓混合气时稍有下降,在较稀混合气时升高明显;对比加氢前后的化学动力学数据,得出甲烷的主要消耗路径取决于OH,加氢前的OH的产生主要依赖于HO_(2),而加氢后OH的产生途径多,且生成速率快;以含氢30%时为例,缸内温度升高明显,甲烷主要消耗路径反应速率比无氢时高出5.8×10^(4)倍。

二甲醚/甲醇混合燃料HCCI燃烧特性数值模拟

为了研究混合气浓度及燃料掺混对二甲醚/甲醇混合燃料HCCI(homogeneous charge compression ignition)燃烧特性的影响,对不同过量空气系数和二甲醚掺混比下的醇醚混合燃料HCCI燃烧过程进行了模拟计算,分析了缸内温度、压力、压力升高率、放热率和燃料消耗路径随过量空气系数和二甲醚掺混比的变化关系。结果表明,随过量空气系数增大,缸内压力、温度、放热率和压力升高率峰值减小,相位推迟,过量空气系数太大时,CO的进一步氧化反应会受到阻碍,使缸内产生大量的CO残留;随二甲醚掺混比的增大,缸内压力、温度峰值增大,相位提前,压力升高率和放热率峰值减小;二甲醚HCCI燃烧放热率曲线存在3个峰值,第1个峰值出现上止点前曲轴转角30°,为二甲醚低温氧化放热,对应缸内温度为804 K,第2个峰值出现在上止点前曲轴转角15°,对应缸内温度为1193 K,为甲醛等中间产物氧化生成CO时放热,第3个峰值为CO氧化,生成CO_(2)时放热,第2和第3个放热率峰值为二甲醚的高温氧化放热阶段,与甲醇掺混燃烧时,二甲醚的低温氧化反应对混合气的燃烧起到了促进作用。

汽油机均质混合气压燃燃烧(HCCI)技术

在汽油机普遍采用电控技术,发动机性能得到较大改善的今天,稀薄燃烧技术为汽油机性能的提高提供了广阔的前景。而HCCI燃烧技术,是一种集常规汽油机和柴油机于一体的新概念燃烧。本文在介绍HCCI燃烧技术的基础上,分析了汽油机实施HCCI的可行性,并介绍了HCCI发动机实用化所面临的问题,提出了废气再循控制HCCI燃烧过程的方案等。

用扩散及准均质混合气压燃的组合燃烧降低柴油机碳烟与NO_x排放的研究

在柴油机的一部分工况采用现有的扩散燃烧方式,另一部分工况采用柴油引燃醇燃料均质混合气的组合燃烧方式,利用醇燃料的高汽化潜热和含氧的特性,达到同时降低柴油机碳烟及氮氧化物(NOx)的目的,并且避免在小负荷燃烧醇燃料带来的高醛类排放问题。在一台4缸水冷直喷式发动机上采用上述组合燃烧法进行试验,从发动机进气管处喷进乙醇形成均质混合气,然后由柴油引燃。由电控装置控制乙醇喷入量及其喷入时刻。试验结果表明,与原机相比,碳烟和NOx排放分别减少了50%和30%,同时燃料的消耗率也有大幅度降低。

汽油和柴油混合燃料均质压燃(HCCI)的试验研究

汽油和柴油这两种不同特性的燃料被用作HCCI发动机的燃料。汽油具有高挥发性、易雾化和易于形成混合气的特性,被用来形成均质混合气;柴油具有良好的着火性和可燃性,被用来控制自燃和限制爆震燃烧。期望这两种特性不同而又相互补充的燃料混合后能够达到一个折衷的HCCI的燃烧性能。试验在一个专用于HCCI研究的单缸发动机上实施,采用两种中等的压缩比(10．4和15)和两种HCCI模式(进气加热和负气门叠开),试验结果证实了这种期望。结果是:随着混合燃料中柴油比例的增加,对于进气加热模式,HC- CI能稳定工作所需要的进气温度有所降低,对于负气门叠开模式,缸内平均指示压力和过量空气系数的范围有所扩展,并且两种方式下HC和NOx的排放均有所减少。

柴油机HCCI燃烧的均质混合气制备

介绍了均质充量压缩着火 (HCCI)燃烧的概念、优缺点及其良好的发展前途与当前面临的困难。分析了HCCI混合气制备的重要性 ,总结了柴油机HCCI混合气制备的典型方法和成功经验 ,并分析了混合气制备对HCCI燃烧排放、着火相位的控制以及功率输出的影响 。

基于优化动力技术的多缸汽油机均质混合气压燃/火花点火模式循环变动

采用优化动力技术实现了四缸汽油机的均质混合气压燃(HCCI)稳定燃烧;统计分析了火花点火(SI)与HCCI模式的切换点,2种模式下在相同负荷时缸内、缸间的循环变动特点,以及HCCI燃烧向高负荷范围拓展的限制条件和解决方法.结果表明:在1 400 r/min的较低转速下,适当增加切换点负荷,可使切换后的HCCI燃烧更为平稳;当负荷相同时,HCCI模式下燃烧参数的循环变动系数显著低于SI模式,且其平均指示压力在缸内的循环变动系数小于2.5%,缸间的循环变动系数小于3.0%;各缸之间的燃烧参数存在规律性的差异,可采用重新布置进气管路和冷却水循环管路来解决;拓展HCCI负荷范围,必须采取降低进气温度和采用废气再循环的措施,以抑制着火时刻过早和放热率过大的情况发生.

柴油引燃预混合天然气实现准均质压燃着火燃烧方式的理论研究

通过重新构建引燃油着火模型和双燃料燃烧模型,对在不同当量比情况下,引燃油雾化、蒸发与着火的特点及对燃烧过程的影响进行了较深入的理论研究,提出了柴油引燃预混合天然气实现准均质压燃着火的引燃油喷油特性。

均质压燃(HCCI)燃烧过程控制方式的研究

均质压燃 (HCCI)燃烧方式是目前内燃机燃烧领域的研究焦点。因HCCI发动机的燃烧过程主要由可燃混合气的化学动力学所控制 ,故很难在全负荷范围内控制它的着火时刻和燃烧放热率。因此 ,HCCI燃烧过程的控制成为HCCI研究热点。

乙醇汽油混合燃料直喷均质压燃爆震模型和试验研究

为研究直接喷射(DI)式均质压燃(HCCI)爆震特性,进行了台架试验。改造了一台传统双缸柴油机的供油系统、点火系统、进排气机构,使其具有缸内直喷乙醇汽油混合燃料HCCI燃烧模式。根据该发动机台架的特点与缸压信号特征,建立了描述乙醇汽油HCCI燃烧的爆震模型,从模型中提取了爆震强度(KI),并进行了试验测量。结果表明:随乙醇在混合燃料中体积分数的升高,平均KI和爆震概率均有降低,爆震始点推后;爆震工况的当量比范围变窄,爆震工况上下边界互相靠拢。该结果有利于提出更合理的发动机喷射控制策略。

燃料辛烷值对均质压燃(HCCI)工况范围和排放特性的实验研究

在一台改装的单缸直喷式柴油机上进行了不同辛烷值基础燃料(PRF)均质压燃(homoge- neous charge compression ignition,HCCI)运行工况范围、性能和排放特性的实验研究．结果表明, 在不同发动机工况燃烧不同辛烷值(RON)的燃料,可以控制HCCI燃烧并拓宽HCCI的运转工况范围．在不同发动机负荷工况都存在一个能够实现最高指示热效率的最佳RON．燃料RON增大, 氮氧化物(NOx),碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放都升高,其中HC排放升高的趋势最明显．研究还表明,CO排放与缸内最高平均温度有较好的一致性,而NOx排放急剧升高是爆震燃烧的重要特征．

柴油均质压燃燃烧(HCCI)的计算模拟研究

通过可模拟均质压燃燃烧(HCCI)的计算程序分析了进气温度、压缩比、过量空气系数、EGR率等参数对柴油机HCCI的影响,同时确定HCCI可行的工况范围。计算所得出的HCCI可行范围和优化工况对相应燃烧试验具有指导作用。

甲醇均质压燃与混合气温度的关系

利用多功能燃烧弹进行了混合气温度对甲醇均质压燃性能影响的研究,混合气温度作为燃烧的重要边界条件之一,直接影响到燃烧始点、燃烧压力、压力升高率、放热量、放热率以及燃烧持续期等.在90℃至130℃范围内,随着混合气温度升高,着火时刻提前,其变化梯度约为1.2 ms/℃.在90℃、110℃和130℃3个试验温度下,最高爆发压力出现的时间相差25 ms和28 ms;同时温度的提高也引起了压力升高率增大,最大压力升高率依次为0.53 MPa/ms、0.64 MPa/ms和0.77 MPa/ms.而且随温度的增加放热量曲线变陡,达到最大放热量所用的时间分别为11 ms、7.4 ms和5.3 ms;最高放热率随温度提高而增大,分别增大为140%和49%;燃烧持续期随混合气温度升高而缩短,这一规律随着混合气浓度的增加而更加明显.

混合燃料添加剂对均质压燃燃烧影响的试验研究

以一台4缸柴油机为原机,在改造过的第4缸进行均质压燃(HCCI)燃烧试验,研究了混合添加剂对HCCI燃烧过程的影响。试验结果分析表明,在不同发动机转速、HCCI稳定燃烧工况下,混和添加剂均优于单一添加剂,即混合添加剂使得着火和放热提前,燃烧放热率峰值升高,并且发动机转速越高,混合添加剂对HCCI的燃烧影响越明显。此外,混和添加剂有助于改善高转速下HCCI发动机的失火,使得发动机在实验转速下工作平稳。

新的发动机燃烧方式——均质充量压燃燃烧(HCCI)

在往复式发动机中,除了火花点燃式燃烧和柴油压燃燃烧的运转方式外还有第3种运转方式,即均质充量压燃燃烧(HCCI)。HCCI模式发动机的运转情况被认为是高效和稳定的。在部分负荷工况下可以大幅度降低NOx的排放。把HCCI燃烧应用到发动机方面尽管仍有一些困难,但HCCI燃烧方式表明在发动机应用的巨大潜力。本文将阐述HCCI与传统发动机燃烧方式的不同及其未来的展望。

二甲醚均质混合压燃燃烧数值模拟研究

文章利用大型化学反应动力学软件CHEMKIN结合二甲醚详细化学反应动力模型,对二甲醚的HCCI燃烧进行了模拟研究,从理论上研究探讨二甲醚的HCCI燃烧机理,构建了二甲醚HCCI反应动力学的简化模型,并研究了边界条件对二甲醚HCCI燃烧的影响。结果表明:随着进气温度的升高、过量空气系数的减小、初始压力的增加,缸内的最高压力升高,最大燃烧温度上升。

均质充量压燃式发动机柴油混合气制备方法的研究

研究了一种新概念发动机—均质充量压燃式(HCCI)发动机。其气缸内燃烧温度低而均匀,产生的氮氧化物(NOX)非常低,其碳烟(PM)排放也很低,兼有高效率和低污染的优点。尽管均质充量压燃式发动机具有很大优点,但均质混合气的制备是阻碍其实用化的关键问题之一。为此,在总结前人研究成果的基础上,设计开发了一种用于HCCI发动机的液体燃料均质混合气制备方法。该方法是利用发动机排出废气的热量和进、排气管的复合结构实现的。

二甲醚均质压燃燃烧的详细化学动力学模拟研究

采用由美国LawrenceLivermore国家实验室提出的二甲醚 (DME)详细化学动力学反应机理及其开发的HCT化学动力学程序 ,对均质充量压缩着火 (HCCI)发动机燃用DME的着火和燃烧过程进行了分析。为考虑壁面传热的影响 ,在HCT程序中增加了壁面传热子模型。采用该方法研究了燃空当量比、进气充量加热、发动机转速和EGR等因素对HCCI着火和燃烧的影响。结果表明 ,DME的HCCI燃烧过程有明显的低温反应放热和高温反应放热两阶段 ;增大燃空当量比、提高进气充量温度使着火提前 ;提高发动机转速和采用冷却EGR使着火滞后。

二甲醚/甲醇均质压燃性能和排放特性的试验研究

在单缸发动机上进行了二甲醚/甲醇均质压燃(HCCI)的试验研究。结果表明,采用二甲醚/甲醇双燃料方式,HCCI的工况范围大幅拓宽,低转速平均指示压力接近0.8MPa。低负荷工况指示热效率随甲醇浓度的降低而升高;对于较高负荷,存在一个指示热效率较高的甲醇浓度区间。正常燃烧范围内,NOx排放一般低于20×10 6,即使在接近爆燃的工况,试验中测得的NOx排放也低于100×10 6;HC和CO排放明显高于柴油机。随甲醇浓度降低,HC和CO排放降低,NOx排放略有升高。

DME／柴油混合燃料HCCI燃烧与排放特性的试验研究

在单缸柴油机上采用轴针式喷嘴进气道燃油喷射方式，开展了二甲醚（DME）／柴油混合燃料预混均质压燃（HCCI）燃烧及其排放特性的试验研究，探讨了喷油嘴启喷压力、进气温度以及进气掺混不同比例CO2对混合气制备率和发动机性能的影响。结果表明：低沸点液相DME在进气道喷射过程中所具有的闪急沸腾效应，可有效强化柴油／DME混合燃料的雾化与蒸发，减少燃油撞击壁面而出现的进气歧管壁湿现象，从而改善柴油HCCI发动机均质混合气的形成与燃烧，拓宽发动机的运行工况范围。进气掺混0～30％的CO2能使HCCI发动机的正常工作范围从0．32MPa提高到0．5MPa，实现高负荷工况下同时降低NOx和碳烟的排放，但CO和未燃HC排放有所增加。