缸内直喷式汽油机燃用当量空燃比混合气的试验研究

缸内直接喷射式汽油机,要求部分负荷时在压缩过程后期喷入燃油,实现混合气分层燃烧,以获得好的经济性;在全负荷时,燃油在进气过程中喷入,采用化学计量比混合气,实现均质预混合燃烧,以保持汽油机升功率高和排放低的优点。本文将一台柴油机改装为缸内直接喷射汽油机,在试验台架上进行了高负荷时燃用当量空燃比混合气的试验研究,结果表明,与化油器式汽油机相比,高负荷时油耗降低了6%,未燃碳氢降低了31%,NOx排放降低了10%,取得了较为满意的结果。

甲烷/氧气预混火焰中燃空当量比对碳烟微观结构和氧化活性的影响

基于甲烷/氧气预混火焰燃烧系统及毛细管取样装置和热泳取样装置,结合高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱仪(RS)及热重分析仪(TGA),研究了燃空当量比对碳烟的微观结构及氧化活性的影响规律,并对微晶长度、石墨化程度与表观活化能之间的关联性进行了分析.结果表明:随着燃空当量比的增大,碳烟颗粒的微晶尺寸增大,而微晶曲率和层间距均减小,AG/AD1的值增大,表明随着燃空当量比的增大,碳烟的微观结构变得更加有序,石墨化程度更高;碳烟的氧化特征温度和表观活化能均随着燃空当量比增大而增大,表明碳烟的氧化活性随着燃空当量比增大而降低;碳烟的微晶长度、石墨化程度与表观活化能呈现较好的线性关系,碳烟的微观结构越有序,石墨化程度越高,氧化活性越低.

燃空当量比对液体燃料无焰燃烧影响的研究

以微型燃气轮机为应用背景,设计了基于液雾无焰燃烧的模型燃烧室,以实验为主、数值模拟为辅的手段研究了0#柴油/空气的燃空当量比对模型燃烧室的流场结构、燃烧模式、无焰燃烧范围、燃烧温度及分布和污染物排放的影响.结果表明:燃烧室流场呈现明显的环形回流涡,为高温烟气循环提供了流体动力学基础;燃料喷孔附近的混合情况对整个燃烧模式的转变具有重要影响;该燃烧室工作在无焰燃烧模式的燃空当量比Φ范围为0.25～0.50,无焰状态下燃烧室内温度分布均匀;燃烧室平均温度Tavg和污染排放受到Φ和输入功率的影响,在实验范围内,输入功率相同时,随Φ减小,燃烧室平均温度降低,CO和NOx排放浓度增加,另外,Φ相同时,输入功率越低,Tavg越低,CO排放浓度越大,且输入功率越低CO排放浓度增长越快,NOx受输入功率的影响相对小得多.从实验结果分析,适当提高空气预热温度是增强低燃烧室热密度时的贫燃稳定性、拓展贫燃极限和强化燃烧的有效措施.

燃空当量比对直喷甲醇发动机混合气浓度分布影响

基于一款经柴油机改装的非均匀分布的五喷孔的缸内直喷甲醇发动机,利用商用CFD数值计算软件计算模拟了不同燃空当量比下缸内混合气浓度分布情况。计算结果表明:经特殊改装的喷孔能够提高火花塞附近的混合气浓度,同时还改善缸内整体混合气浓度分布,使得缸内混合气浓度分布更加合理,缩小混合气浓度极度稀薄区域面积。

乙烯预混火焰中燃空当量比对碳烟纳观结构、分形维数和氧化活性的影响

基于乙烯/氧气预混燃烧系统以及热泳取样和毛细管取样系统,结合场发射透射电子显微镜和热重分析技术,研究了燃空当量比对碳烟颗粒纳观结构、分形维数和氧化活性的影响规律.研究结果表明,随着燃空当量比的增加,碳烟分形维数和基本碳粒子粒径均增加,表明碳烟颗粒团聚程度提高,碳烟生长得到促进;随燃空当量比增加,碳烟微晶长度增大,层间距和曲率均减小,碳烟微观结构更为有序;燃空当量比的增加,导致碳烟的氧化反应特征参数值均增大,碳烟氧化活性减小.另一方面,碳烟的微晶长度、层间距和曲率与表观活化能有较好的线性相关性,即碳烟结构越有序,氧化活性越低.此外,分形维数与表观活化能也存在一定的正相关性.

燃空当量比对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

基于一款经柴油机改装的缸内直喷点燃式甲醇发动机,使用三维流体动力学模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,研究了不同燃空当量比对缸内混合气浓度分布、燃烧特性及未燃甲醇和甲醛排放的影响。结果表明:当燃空当量比增加时,缸内最高燃烧温度、最高燃烧压力及放热率峰值均显著升高,甲醛和未燃甲醇排放均得到改善;当燃空当量比从0.33增加到0.67时,最高燃烧压力、燃烧温度和放热率峰值分别增加65%,72%及51%;燃空比超过0.4时,未燃甲醇及甲醛排放急剧减小,且主要集中在气缸壁附近。

EGR率和初始燃空当量比对柴油机燃烧和排放性能的影响研究

引入初始燃空当量比的概念一柴油机进气系统引入废气前的燃空当量比．即生成废气再循环系统中的废气的燃空当量比。采用CFD技术建立了某柴油机发动机模型及其燃烧模型，通过该模型算得的压力曲线与实际压力曲线较吻合．

基于激光诱导击穿光谱技术定量测量甲烷/空气混合当量比的实验研究:门控模式及激光波长的影响分析

激光诱导击穿光谱技术(LIBS)作为一种新型光谱分析方法,近年来被逐渐应用于燃烧诊断领域。在甲烷/空气混合气中建立了一套LIBS测试系统,利用H,O,N不同特征谱线强度比实现了对甲烷、空气燃空当量比的定量测量。在"门控"模式下,比较分析了H656/O777与H656/N746这两种定标曲线对燃空当量比的测量效果,发现H656/O777可以实现更好的预测精度与更高的灵敏度;"非门控"模式可以利用更多的谱线强度比(H656/O777,H656/N+500,H656/N+567和H656/N746)进行标定测量,其中H656/O777的测试效果最好。比较分析了"门控"与"非门控"两种检测模式对标定测量的影响:"门控"检测模式在拟合优度与预测精度方面都要略优于"非门控"模式。此外,在保持聚焦点能量密度相同的情况下,研究了1 064,532和355nm三种不同激光波长对H,O和N特征谱线及H656/O777标定曲线斜率的影响:H,O和N特征谱线强度、信噪比以及H656/O777标定曲线的斜率均随激光波长的增加而增加。在三种波长中,1 064nm的激光最适合作为LIBS技术的光源,定量测量甲烷/空气混合气当量比。最后,分别从等离子体电子密度、温度对谱线强度与分布函数的影响方面,对以上实验结果给出理论上分析与说明。

PFI氢燃料内燃机NO_x排放特性的试验研究

对一台4缸进气道燃料喷射（PFI）氢内燃机进行试验,研究当量燃空比、点火提前角和热废气再循环对其NOx排放的影响和这些规律与转速的相关性。结果表明,当量燃空比是决定NOx的关键因素,在当量燃空比大于0.5时NOx排放随当量燃空比的增加急剧上升,在当量燃空比约为0.9时,出现接近10 000×10^-6的峰值;且转速越低,NOx排放的峰值越低,峰值对应的当量燃空比越小。当量燃空比在0.5-0.7范围内时,减小点火提前角可大大降低NOx排放,且转速越低,降低的程度越显著;采用热EGR也可显著减少NOx排放,且转速越低,效果越明显。

氢内燃机及整车性能试验研究

为探索氢燃料应用于内燃机及车辆的各项性能,在一款2.0 L汽油机的基础上,重新设计发动机各系统及部件,研制出氢内燃机和样车,并进行了台架和整车试验.试验结果显示:氢内燃机功率和扭矩比同排量汽油机均下降40%左右,但最高指示热效率和有效热效率分别可达到40.4%和35.0%,NOx排放主要受混合气当量燃空比的影响.氢内燃机及整车各系统工作正常,动力性能也满足开发要求.氢内燃机汽车CO和HC排放显著降低,NOx排放仅为0.057 g/km,比国Ⅳ标准低了28.75%,具有良好的排放性能.

浓淡燃烧噪音及振动原因分析及解决方案研究

本文通过流体数据分析及实验验证,分析了燃烧浓淡燃烧器噪音及振动产生的主要原因,认为浓淡燃烧器所产生的燃烧噪音及振动关键在于热释放波动,并提出影响热释放波动的主要因素,为解决浓淡燃烧噪音及振动提供了研究方向。

HCCI汽油机燃烧和排放特性的仿真分析

研究内燃机燃烧特性问题,为了能更为准确地预测HCCI汽油机缸内燃烧特性和排放特性,提出建立了内燃机缸内工作过程的动网格模型,并对狭缝进行加密。对汽油均质压缩燃烧发动机的燃烧过程和排放物的生成过程进行了仿真分析。利用Fluent软件耦合详细化学反应机理,采用RNG k-ε模型以及化学反应涡耗散概念(EDC)模型,计算了特定条件下缸内的温度与压力的变化过程以及缸内的燃料及碳烟等变化趋势,结果表明:狭缝是产生CO和碳氢化合物的主要来源,在详细化学反应机理基础上应用RNG k-ε和化学反应EDC模型能够较为准确地预测HCCI汽油机缸内燃烧和排放。仿真为实际的设计提供了依据。

DME均质充量压燃着火过程的数值模拟研究

以新型发动机代用燃料二甲醚(DME)为例,采用最新研究的DME化学动力学反应机理(DME氧化机理包括336个基元反应,涉及78种组分),利用美国SANDIA国家实验室开发的CHEMKIN Ⅲ软件,进行了DME均质充量压燃着火过程的数值模拟,并从理论上讨论分析了压缩比、进气温度、进气压力、燃空当量比、发动机转速对燃料着火时刻的影响。研究结果表明:DME的HCCI燃烧过程有明显的两阶段,压缩比、进气温度、进气压力、燃空当量比和发动机转速等参数的改变都会导致DME压燃着火过程的显著变化。

气体燃料船用主机工作过程三维数值模拟

为了实现高效稀燃,纯气体燃料船用主机需要采取预混合气的"分区控制、湍流激扰"来保证可靠点火和快速火焰传播。设计了某型号气体燃料船用主机的燃烧系统。应用三维CFD软件对其工作过程进行了数值模拟分析,研究了缸内流场变化、燃料-空气混合过程、点火和火焰传播过程,分析了预燃室内燃料加策略。研究为主机的燃烧系统设计和加浓喷射策略设计提供了初始数据支撑。研究结果表明:在点火时刻,主机预燃室内形成了当量比为1.05的稍浓混合气,有利于稳定点火和火焰快速传播;点火后,经由预燃室喷孔喷出的引燃火焰在主燃室内迅速扩展,在50°CA内即完成主燃烧。

喷雾夹角影响柴油机混合气形成与燃烧的CFD研究

运用CFD软件对直喷柴油机燃烧室中的喷雾及燃烧过程进行数值计算,考察了不同喷雾夹角下燃油的雾化过程、射流的发展形态以及近壁面区域浓度场的分布情况,并将计算结果进行了对比分析。结果表明,高速的射流漩涡对混合气的卷吸能力很强,油束末端的滞止区呈现较高的浓度;喷雾夹角过大会使燃油喷溅到燃烧室壁上,过小则活塞顶隙内的空气利用不充分,均对燃烧过程造成不良影响。

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。

缸内直喷式汽油机燃用化学计量比混合气的试验

将一台 TY1 1 0 0柴油机改装为缸内直接喷射汽油机 ,当发动机运行在不同负荷工况下 ,采用不同的混和气浓度分布 ,实现了部分负荷采用分层燃烧以获得发动机的经济性 ,全负荷采用化学计量比混合气 ,实现了均质预混和燃烧以获得发动机的动力性 .台架试验表明 ,燃油消耗量能降低6% ,UBHC排放能降低 31 % ,NOx 排放能降低 1 0 % .

基于AVL BOOST的氢燃料内燃机稀燃过程研究

应用AVL BOOST软件建立了氢燃料内燃机在稀燃状况下的计算模型,并在不同燃空当量比和点火时刻下,对氢内燃机燃烧过程进行了数值模拟,模拟结果和试验结果吻合较好。在此基础上,进行了点火提前角和燃空当量比对氢内燃机燃烧过程的影响研究,为合理组织氢内燃机的燃烧过程研究提供了依据。

喷油提前角对柴油机燃烧特性的影响

为了研究柴油机在不同喷油提前角下的燃烧特性,采用三维流体数值分析软件AVLFIRE建立了某型柴油机燃烧计算模型。在不同喷油提前角下,对燃烧滞燃期、油气混合程度、温度、燃空当量比、放热率和压力进行分析,得出:随着喷油提前角的增大,滞燃期延长,着火时刻形成的可燃混合气增多,缸内最高燃烧压力和最高温度也随之升高同时放热规律相对更加集中,燃烧初期的放热速率和压力升高比较高。

预混点燃式天然气发动机燃烧过程CFD研究(二)

采用AVL三维CFD软件FIRE对一台预混点燃式天然气发动机的燃烧过程进行了CFD研究。通过模拟仿真得到了发动机缸内气体的压力场、流场、温度场及湍动能等信息,并详细分析了压缩及燃烧过程气体的流动、温度的分布以及湍动能对火焰传播的影响。在此基础上对点火提前角、燃空当量比对燃烧过程的影响进行了模拟研究,为该天然气发动机燃烧过程的设计优化提供了理论性指导。