船用高性能纯天然气发动机稀薄燃烧过程研究

论文从预燃室混合气浓度、射流火焰一致性、主燃室混合气混合均匀程度三方面对一台船用天然气发动机的稀薄燃烧过程展开了优化研究,试验表明:预燃室节流塞孔径为2mm时的预燃室内混合工质浓度能够提高火焰传播速度,提高整机热效率0.5%左右;预燃室单向阀密封性是影响各缸燃烧均一性的关键因素,在各试验件泄漏量低于200L/h时,各缸爆压偏差可控制在8%以内;燃气与空气压差保持在130kPa时各缸排温偏差可控制在3%以内,各缸爆压偏差可控制在6%以内,各缸循环变动系数控制在4%以内,整机运行平稳,性能指标满足要求。

基于碳烟表面活性的多步碳烟生成机理研究柴油机碳烟生成的主要影响因素

随着排放法规对发动机碳烟排放量以及碳烟颗粒尺寸的要求日益严格,柴油机部分预混燃烧技术通过协同控制燃烧过程中混合与化学反应参数,可以实现高热效率与超低的碳烟排放.这样使得燃烧边界条件对碳烟生成过程的影响成为研究的关键问题.本研究利用三维CFD数值模拟方法,耦合正庚烷化学动力学简化模型以及改进的多步现象学碳烟模型,来预报以正庚烷为替代燃料的柴油机部分预混燃烧过程及其排放特性.乙炔作为碳烟前驱物形成以及碳烟表面生长的主要组分,其生成历程的准确预报为模拟碳烟形成奠定了基础.碳烟表面生长过程是碳烟质量积累的重要过程,本研究引入碳烟颗粒活化表面比例分数αCH作为评价碳烟表面活化程度的标准,探讨了不同燃烧边界条件对碳烟表面活化程度的影响.研究结果表明,对于混合气均匀的燃烧工况,氧浓度降低导致燃烧温度降低,引起单位面积上的碳烟生长速率大幅降低是表面生长速率减慢的主要原因,最终导致碳烟的生成量减少;随着混合气分层程度增加,燃烧过程中积累了大量未燃碳氢化合物,促进了乙炔的生成和碳烟表面活化程度升高,加速了碳烟表面生长过程,导致最终碳烟排放恶化.此外,燃烧过程中残留的CO对碳烟后期氧化产生一定的抑制作用.