进气道喷水对氩气循环氢燃料发动机热效率与动力边界拓展的影响研究

针对氩气循环氢燃料发动机工质比热容比高,会引起异常燃烧现象,从而限制其热效率提升效果的问题,通过仿真和试验分析了进气道喷水对氩气循环氢燃料发动机的热力学参数和爆震的影响,并通过结合缸内直喷和进气增压,联合优化点火策略、喷射策略以及喷水策略,最终获得了最高62.41%的指示热效率(总指示热效率58.62%)。

氩气循环发动机热力学循环效率影响因素的热力学分析

为探索氩气(Ar)循环发动机指示热效率超过50%的途径,以热力学方法分析了影响氩气循环发动机指示热效率的因素,并提出一种在热力学循环中加入化学平衡的应用方法.确认了Ar对热力学循环效率的提升作用,在循环工质分别为Ar、N2和CO2、且与O2的摩尔比为79:21、氢混合气为化学当量比、压缩比为14.5的条件下,热力学循环效率分别为58%、50%和39%;影响燃烧压力、温度的主导因素是燃料的比例.通过提高Ar摩尔分数可以降低燃烧压力、温度,从而提高压缩比.压缩比从5.5提高至9.5,热力学循环效率可提高10%.当压缩比为9.5时,为实现指示热效率大于50%,应设定Ar摩尔分数下限为82%.

光伏多晶铸锭生产过程氩气循环利用技术研究

多晶硅铸锭在生产中采用的氩气排空方式存在生产成本高、电力消耗大、环境污染严重的问题。基于此本文提出多晶铸锭生产中氩气循环利用技术,通过采用一套真空泵联机多台多晶硅铸锭炉的技术,研发了一套纯化单元及控制系统,实现了氩气的循环再利用。多次采集的气体实验结果表明,本文所提出的技术研究降低了生产成本,减少了氩气的浪费,在一定程度上降低了因氩气的排放对大气造成的污染,进一步实现了光伏环境友好型的绿色发展。

喷水对氩气循环天然气发动机爆震及热效率的影响分析

基于一台汽油/天然气两用燃料的涡轮增压三缸发动机,建立GT-Power仿真模型,研究喷水对准氩气动力循环发动机工作过程的影响。结果表明,在低负荷工况下,喷水后缸内的温度和压力都下降;增大水气比(水和甲烷的质量比)和推迟点火则传热损失减少但排气损失增加,存在热效率提升的较宽水气比范围和最优的水气比,推迟点火时刻和喷水对于爆震有良好的抑制作用。在大负荷爆震工况下,喷水能够显著抑制爆震,提前点火时刻可以得到更优的燃烧效率,喷水可使制动平均有效压力(Brake Mean Effective Pressure,BMEP)为0.6 MPa时指示热效率提高0.2%、有效热效率提高0.1%,0.8 MPa工况的指示热效率提高0.4%、有效热效率提高0.2%,1.2 MPa工况的指示热效率提高1.2%、有效热效率提高0.8%(水气比为1工况相对于水气比为0.4工况)。结合低负荷工况和高负荷工况的表现,发现喷水能有效抑制发动机的爆震,并能提升发动机的热效率。

氩气闭循环氢气发动机的研发动向与展望

内燃机为了顺应21世纪下半叶实现碳中和的趋势避免被淘汰,必须在运行时实现CO_(2)的零排放。另外,由于发动机的最高有效热效率明显低于电动车或燃料电池车,这会使消费者逐渐疏远发动机车。1948年,F. M. Lewis发明的氩气(Ar)闭循环氢气发动机重新回到了人们的视野中。这是因为此种发动机不排出CO_(2),而且Ar的比热比高于空气,以Ar为工质的发动机的热效率可以有较大提升甚至匹敌电动车或燃料电池车。本文比较详细地介绍了这种发动机的原理、发展史、存在的优缺点以及研究动向和研发课题。同时也介绍了作者近年来的部分研究成果,探讨了Ar闭循环氢气发动机与氢气及燃料电池车的关系及其发展前景。

基于热力学计算的氢燃料氩气动力循环发动机性能影响因素分析

基于热力学计算和燃烧相位扫掠,分析了不同因素对氩气动力循环发动机性能的影响。结果表明:提高压缩比可提高氩气动力循环发动机的热力学效率,但增加传热损失;提高氩气比例可减小实际工质的影响和传热损失,从而提高热力学效率;提高进气压力可补偿高氩气比例所导致的低平均有效缸压;提高冲程缸径比和排量也可减少传热损失并提高热力学效率。综上,优化各种影响因素后,在最优燃烧相位和考虑传热损失条件下,可实现高于60%的热力学效率和高于1.6 MPa的平均有效缸压。同时,采用适当喷水策略在不显著牺牲热力学效率的前提下有利于抑制爆震。

闭式氩气保护分级系统分级钛合金粉

针对3D打印用钛合金粉(Ti-6Al-4V)分级工艺要求,采用LNIST-180A-2型闭式氩气保护分级系统对其进行分级,借助激光粒径分析仪、粉体流变仪、氧氮分析仪表征粉体粒径、流动性以及氧氮含量。结果表明:使用新型分级系统可以有效将钛合金粉分级为目标粒径段产品(旋风分离器:0~20μm,半涡分级机:20~50μm),在一级分级机和二级分级机转速分别为1 500、1 620 r/min,系统压力控制在0~1.2 k Pa时,钛合金粉的产量为8.24 kg/h;分级后的钛合金粉通气率由4.3提高至72.6,流动性能大幅改善;分级后钛合金粉氧、氮含量均符合国家标准。该系统可以满足3D打印用钛合金粉的工业分级要求。

氩-氧氛围下天然气缸内燃烧特性试验

通过一台改装的直列双缸柴油机,将进气由空气改为比热比更高的氩气和氧气的混合气,研究了氩-氧氛围下天然气的缸内燃烧特性.结果表明:氩-氧氛围下发动机获得了较高的热效率,且热效率随氩气比例的升高而提高,在化学当量比下的试验工况中,当进气中氩比例为82%,时,指示热效率最高达到了47.8%,,相比空气氛围相对提高近33%,.相比于空气氛围,氩-氧氛围下天然气的着火延迟期缩短,燃烧更为迅速,缸内压力峰值更高.需要选择合适的进气氩比例和点火时刻以降低燃烧的粗暴性.氩-氧氛围下氩气比例为75%,时缸内易出现爆震,当提高进气氩气比例至82%,时,能有效避免爆震发生.

氩氢氛围下气态氧喷射的喷射特性研究

氩气循环发动机是一种零排放的发动机新概念,本文中立足于探索氩气循环发动机上更高效的喷射策略,利用定容燃烧弹对氧气向不同比例的氩氢氛围中喷射的射流特性进行了研究。研究主要对氧气射流的贯穿距、射流体积、卷吸率等特性进行了计算和分析。结果表明:提升喷射压力有利于氧气射流贯穿距和卷吸率的增加;背景压力的下降会使射流体积增大,但会对卷吸率产生负面影响;氩氢氛围中氢气的比例对射流的贯穿距、卷吸率等特性影响明显,较高的氢气浓度会带来射流贯穿距的快速增长和较高的射流卷吸率。

汽车发动机技术发展趋势分析

面对汽车节能减排的压力和新能源汽车的挑战,基于内燃机的汽车动力系统已经储备了丰富的技术应对措施。短期可以通过优化燃烧、改善充气效率、提高热能管理、减摩、轻量化和降速等手段满足2020年汽车排放和油耗法规的要求,中期通过发动机的电气化实现电机和发动机混合驱动满足2025年和2030年的法规要求,长期采用氩气循环可以实现零排放和卓越的能源效率,前景超越燃料电池。