OP2S发动机换气系统的扫气口结构优化

对置活塞二冲程发动机是一种取消了配气机构和气缸盖的发动机,其换气过程是影响整机燃烧效率和排放水平的重要因素。应用Fluent建立了OP2S发动机换气部分的CFD仿真模型,研究了在扫气倾角为20°时单层扫气口结构与复合扫气口结构缸内气流流动规律。研究结果表明:单层扫气口结构在换气过程中气缸底部出现明显的速度较低的区域,绕气缸轴靠近轴线的残余废气分布面积较大;复合扫气口结构的扫气气流流经气缸轴线中心及外侧,新鲜气体充入气缸时沿气缸轴线平面内的周向速度分量降低,相对于单层扫气口结构湍动能提高了6.2%,有效降低了残余废气系数,换气效果明显优于单层扫气口结构,提高了扫气效率。

主机扫气箱着火原因分析及对策

文章以某轮主机No.3缸扫气箱着火的案例为切入点,分析和讨论了引起扫气箱着火的深层次原因并提供相应解决措施,供同行们参考.

二冲程自由活塞发动机扫气过程仿真分析

点燃式二冲程自由活塞发动机扫气过程直接影响发动机的工作性能,故在建立分析模型的基础上,采用数值计算的方法对影响扫气过程的相关因素进行了分析。结果表明:采用外部供气方式适当提高进气压力可以有效提高扫气效率,增加缸内气体质量;当发动机转速存在波动时,较低转速有利于扫气过程的完成,但对缸内气体质量影响不大;当活塞行程小于设计值时,扫气效果变差,缸内气体质量明显下降。

船用二冲程柴油机扫气过程流场仿真研究

利用三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真软件,用数值模拟的方法研究了某型二冲程船用柴油机在不同扫气口仰角与径向倾角下的扫气过程,得到了扫气过程中各时刻气缸内气体的速度矢量图与废气浓度分布图,分析了不同扫气口径向倾角与仰角对扫气过程效果的影响。结果表明:扫气口径向倾角增大时,涡流比增大,气缸中心处废气清扫效果变差,而缸壁附近处废气清扫效果变好;径向倾角较小时情况则与之相反。扫气口仰角增大时,涡流比基本不变,吹扫活塞凹坑处废气效果变差,但整体扫气效率升高。

航空二冲程活塞发动机分层扫气优化

针对二冲程活塞发动机常规扫气短路损失大、油耗高的问题,提出了一种分层扫气方案并进行了优化。以某发动机为研究对象,采用数值模拟方法建立了分层扫气模型,并对分层扫气过程进行了3维CFD仿真,其计算所需的边界条件通过发动机整体性能1维仿真获得,采用该模型研究了分层扫气发动机扫气机理,对不同容积扫气道进行了仿真,并对二冲程扫气过程的过量充气系数、扫气效率等参数进行对比。在仿真优化研究的基础上加工优化后的扫气道盖实物,并结合发动机巡飞工况状态开展发动机性能对比试验。结果表明:采用分层扫气过程的短路损失相比于常规扫气过程的减小42%,扫气道容积提高到1.3倍可使扫气效率提高2%,相比原型机测试数据,配置1.3倍扫气道容积的发动机在巡航转速范围内,燃油消耗率降低10%,但发动机功率略有降低。

进排气压力对气门式二冲程柴油机扫气过程的影响

为深入理解气门式二冲程发动机的扫气过程,以顶端入口进气道气门式二冲程柴油机为研究对象,在1 500 r/min转速下采用三维仿真研究了扫气过程中进排气压差和排气背压对缸内气体流动的影响机理。结果表明:由左侧进气道流入气缸的新鲜充量形成逆滚流,其前锋面抵达排气门之前经右侧进气道流入气缸的新鲜充量主要影响排气纯度,而在之后排气纯度明显增加;压差从30 kPa增加至210 kPa时左侧排气道排气纯度增加,在中低压差下右侧排气道排气纯度较高,扫气品质系数先从0.61降低至0.52,之后增加至0.56且保持不变;定压差和背压从100 kPa增加至190 kPa时排气纯度接近,而扫气效率增加较慢,扫气品质系数从0.55降低至0.53。

二冲程自由活塞发动机扫气与排放仿真研究

利用CONVERGE软件建立二冲程自由活塞发动机的三维计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真模型,研究扫气压力、点火时刻对缸内扫气、燃烧和CO_(2)、NO_(x)、CO废气排放的影响。仿真研究结果表明:随着扫气压力增大,缸内扫气效果变好,更多新鲜气体进入缸内,CO_(2)和NO_(x)的生成和排放增加,CO减少;点火时刻影响缸内燃烧,随着点火时刻推迟,缸压峰值和缸内平均温度降低,CO的生成及排放增加,NO_(x)的生成及排放减少。自由活塞发动机试验过程时,应当综合选取工况条件,使得燃烧、扫气、排放等达到综合最优效果。

二冲程汽油机扫气过程分析及排放性能优化

本文综述了以某二冲程汽油机为研究对象,采用三维模拟方法对二冲程发动机扫气过程进行分析,通过实验测得发动机模拟计算所需的初始条件和动态边界条件,实现计算流场分区域进行初始条件和边界条件的赋值,提出了评价排放计算结果优劣的方法及相关参数,实现了二冲程发动机扫气效果数量化,便于改进效果的评价和最佳改进方案的选取。最后,通过分析缸内流场演变过程及各物理量变化历程,对扫气道各参数进行优化,在提高发动机功率的同时降低了排放。

船用低速柴油机扫气口结构对涡流比影响数值模拟与试验研究

船用二冲程柴油机扫气过程中的缸内流场直接影响着燃油的雾化情况,进而也对燃烧过程与排放水平有所影响,涡流比是评价缸内流场湍流强度的一项重要指标。本文首先用数值模拟的方法对某型二冲程船用柴油机进行建模,计算得到不同扫气口结构下的扫气过程的涡流比数据。随后,参考相关测试方法,结合相似准则,设计并进行了扫气口稳流试验。试验结果表明,试验能有效评估不同结构扫气口产生缸内流场涡流的能力,且试验结果与数值模拟结果在趋势上符合程度较好。

扫气口角度和涡流比对船用柴油机性能的影响

利用Converge软件建立某大缸径低速二冲程船用柴油机的三维数值仿真模型,仿真研究扫气口水平倾角对柴油机性能的影响,并解耦涡流比的单独影响机理。结果表明:扫气口水平倾角过大或过小均导致缸内产生回流区及新鲜空气过早溢出,降低扫气效率;与原机水平倾角为15°时相比,当扫气口水平倾角为10°时,有效燃油消耗率和NO_(x)排放均降低;在合理范围内增大涡流比可有效改善油气混合均匀性和燃烧过程;与原机涡流比为4.5时相比,涡流比为20.5时燃油消耗率降低5.09%,燃油经济性明显改善;但涡流比过大对燃油消耗率的改善较小,同时导致壁面传热损失较大,因此涡流比应控制在20.5以下。

进排气结构参数对微型自由活塞发动机扫气过程影响的数值模拟研究

在微型自由活塞动力装置单缸压燃的研究下,结合单次冲击燃烧可视化试验,针对简化模型的进排气口间距L、进气道倾角α、排气道倾角β,进气道孔径D_(in)及排气道孔径D_(out)展开数值模拟计算以应用于双气缸研究中,使整个运行工况更加平稳且高效。当进、排气口间距不断增大,其换气过程的扫气效率逐渐下降;进气口与排气口的扫气角成一定夹角时,在燃烧室内形成气流涡旋,可以提高其扫气效率。当进气道、排气道孔径不断增大时,扫气效率呈现先上升后下降的趋势,也进一步说明孔径对其扫气过程有明显影响。分析表明进排气结构最佳设计尺寸为:进排气口间距1.0 mm,进气道倾角30°,排气道倾角60°,进气道孔径0.5 mm,排气道孔径0.6 mm,该设计尺寸为研究微型自由活塞发动机双气缸换气过程做了理论铺垫。

直流扫气柴油机扫气流场分析

利用三维流体动力学(CFD)仿真软件FIRE,建立了二冲程柴油机气缸直流扫气三维模型,采用数值模拟的方法,研究了扫气口设计参数对换气过程的影响,对不同的气口设计方案下的气缸内残余废气浓度随曲轴转角的变化过程作了细致的描述,并对扫气口径向倾斜角的变化对换气过程的影响做了更进一步的探讨。

空气头分层扫气二冲程发动机的研究

本文介绍了一种空气头分层扫气系统，该系统结构简便宜行，对横流扫气二冲程机无须做较大改动，可显著改善二冲程机的燃油经济性和排放。

二冲程船用柴油机稳态扫气流动特性

设计了一台船用柴油机稳态扫气光学试验装置,用以研究低速二冲程船用柴油机的扫气过程.利用立体粒子图像测速技术对不同参数下的缸内扫气流场进行了研究.结果表明:随着扫气口径向切角的增大,平均涡心位置与气缸轴线的偏离增大,涡流强度有所增强,气流的轴向速度呈现先增大后减小的趋势;随着扫气口开度的减小,涡心附近的轴向速度先有所增大,当扫气口开度降低到25%时,轴向速度大幅度减小,并出现回流现象.为通过流场评估扫气性能,提出了“扫气非均匀性系数”.试验发现在扫气口径向切角为15°及20°时扫气性能较好,此外,扫气口开度对扫气性能的影响仅体现在扫气口开度较小时,此时在扫气口附近的轴向速度均匀性差,影响扫气性能.

某船Sulzer RND型柴油机扫气箱着火原因分析

目前Sulzer6 RND76型柴油机在老龄船中使用较为广泛,扫气箱着火是该机型易发生的故障之一,若应对措施不当可能引发更大的事故。分析引起该机型扫气箱着火的原因、相应的预防手段以及着火后的应急处理措施,为保证柴油机正常工作、船舶安全营运提供参考。

对置二冲程柴油机扫气口参数对扫气过程的影响

通过分析扫气口高度、圆周利用率、气口径向倾角等参数对对置二冲程柴油机扫气过程的影响,建立了基于GT-Power的一维仿真模型,研究分析了扫气口高度、圆周利用率变化对发动机扫气过程的影响;同时建立基于AVL-FIRE的对置二冲程柴油机扫气过程CFD仿真模型,研究了气口径向倾角变化对发动机扫气过程的影响。研究结果表明:扫气过程中,扫气流量主要受扫气口开启面积大小的影响,并随着扫气口开启面积的增大而增大;适当的扫气口倾角能促进扫气过程中的新鲜充量和废气的分层,但是扫气倾角太大容易导致气缸中心空气密度低,残余废气易聚集难以排出气缸;当扫气倾角为20°时扫气效率最大。

增压直喷汽油机扫气抑制爆震试验研究及模拟解析

针对增压缸内直喷汽油机(GDI)高负荷爆震问题进行研究,利用可变气门正时控制发动机扫气过程,在稀燃条件下分别对不同节气门开度和负荷的情况进行了不同VVT角度的试验。试验结果表明:扫气可抑制爆震并能提高发动机的低速扭矩;同时,基于一维热力循环模型的模拟解析发现,扫气主要通过降低缸内残余废气系数和降低进气门关闭时缸内气体温度实现抑制爆震;通过提高发动机的进气充量和抑制爆震后增大点火提前角来提高发动机的低速扭矩。

对置活塞二冲程汽油机直流扫气系统参数研究

通过进行对置活塞二冲程汽油机直流扫气系统扫气过程的分析,提取了影响扫气过程的关键参数,包括进排气口高度、进排气口圆周率及进气口径向倾角。采用GT-Power软件建立对置活塞二冲程汽油机工作过程一维仿真模型,并通过正交试验设计方法,对进排气口高度和圆周率进行3水平正交试验模拟,优化进排气口流通面积。同时,采用AVL-FIRE软件建立对置活塞二冲程汽油机扫气过程计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真模型,对进气口径向倾角进行优化分析。通过对进排气口高度和圆周率的正交试验分析,得出其对扫气效率和给气比的影响大小和相关系数。研究表明:适当的进气口径向倾角能促进扫气过程中的新鲜充量和废气的分层,但倾角太大导致进气阻力增大,扫气效率降低;当倾角为15°时,扫气效率和捕获率最大。

扫气道对二冲程直喷汽油机扫气和喷雾过程影响的多维数值模拟

针对实际工况，运用CFD软件FireV8．5，对3种扫气道形式的扫气和喷雾过程进行了模拟。结果表明，利用双扫气道可提高喷雾初期缸内平均温度，特别是气缸上方局部温度；沿气缸轴线上下的高速气流促使部分液滴更早到达活塞顶，同时液滴整体在缸内分布更广，因而燃油蒸发加快，混合气更均匀。五扫气道滚流比最大，混合气均匀性也比滚流较弱的三扫气道好，但其流场和温度场分布不如双扫气道对燃油蒸发和形成均质混合气有利。4500r／min的试验结果表明，在中到高负荷，双扫气道的制动有效碳氢排放比三扫气道降低11％～18．7％，制动有效燃油消耗率降低约5％，在节气门全开时由于充气效率下降，其最大功率比三扫气道略低。

基于数值模拟的汽油机扫气过程优化

采用流体动力学模型对二冲程汽油机扫气过程进行三维瞬态数值模拟,讨论气缸内主要结构参数对扫气过程的影响,以达到优化扫气过程的目的。分析发现,扫气口开启角度、排气口开启角度和扫气口圆周角对充量系数影响较大,随着这3个量的增加,充量系数下降,扫气效果变差,导致功率下降;同时随着排气口开启角度的增加,逃逸比迅速减小,有利于排放。在三维瞬态分析的基础上提出优化方案:扫气口开启角度为123.1°CA,排气口开启角度为112.1°CA,扫气口圆周角为72.5°。试验结果表明改进方案功率增加了22.4%,HC排放降低了55.1%。应用数值模拟,可以有效地优化汽油机的扫气过程。