基于FLUENT的燃油分布器流体域仿真设计

航空燃油分布器是航空产品的一项重要零部件,它起着向航空发动机燃烧室供油并调节所供给油量的作用,航空发动机能否正常有效的工作都与分布器系统密切相关。航空燃油分布器主要由壳体组件、压差活门组件及指令活门组件构成。它是航空发动机非常重要的一个附件,飞机在飞行过程中对速度的控制、机动性能都是由燃油调节器对供油量调节而实现的。航空燃油分布器根据发动机在各种工作状态的需要,自动调节供给发动机的燃油,向燃烧室分配燃油,保证燃烧室各个区域的燃油流量,从而实现产品的功能,打个比方说,航空发动机是“心脏”,那么航空燃油分布器则是通向心脏的动脉血管。

航空发动机燃油分布器故障分析与参数优化

燃油分布器对供给发动机的燃油流量进行调节,进而改变发动机的转子转速、涡轮前温度等状态参数,它的工作特性也影响着发动机的加速性、稳定性等性能参数。在发动机地面台架试车过程中,发动机出现了转速下掉的故障,初步认为是燃油分布器工作不正常导致的。在对该型燃油分布器工作原理分析的基础上,利用AMESim软件构建相应的仿真模型,再现了工程实践中出现的发动机转速掉转的故障现象,分析并对其结构参数进行了优化。仿真结果为排故、系统的性能了解和改善提供了技术依据,本项研究已经成功应用于工程实践。

燃油分布对V形稳定器后燃烧的影响

研究了不同喷射方式和喷油布置形成的不同燃油分布对二元Ｖ形稳定器后燃烧的影响。试验得到火焰前锋形状，不同分布下的贫熄边界，稳定器截面和出口截面温度分布，并计算了燃烧效率。此外还研究了喷油稳定器偏置对燃烧的影响。

矩形燃烧室试件中双旋流空气雾化喷嘴燃油分布实验研究

对装有 3个双旋流气动雾化喷嘴的矩形燃烧室试件 ,在头部流场测出的情况下 ,用燃气分析技术对燃油分布进行实验研究。实验结果表明 ,在回流区以及两个喷嘴之间的区域局部油气比很高但燃油质量流量低 ;而在主流区内的局部油气比接近恰当比但燃油质量流量高。

喷油策略和缸内流动对汽油机HCCI缸内燃油分布的影响

缸内燃油分层是改善HCCI燃烧控制的常用方法,为了解决燃油分层的控制问题,应用激光诱导荧光法研究了气道喷射和缸内直接喷射的缸内燃油分布,同时结合粒子图像测速技术分析了缸内流场对缸内燃油分布的影响.测量结果表明,气道喷射时缸内燃油分布较为均匀,难以形成燃油分层.而缸内直接喷射形成的燃油分层较为明显,且涡流流场测量结果表明,进气涡流对浓区位置分布有明显引导作用.同时采用缸内直喷时燃油的不均匀度的循环变动要比气道喷射的大,且随着缸内直喷喷油时刻的推迟,不均匀度的循环变动增大.

发动机燃油分布器性能异常仿真分析

关于优化燃油分布器控制性能,燃油分布器在发动机台架试车中出现计量活门前后油压压差摆动,燃油流量衰减,产生发动机掉转故障。为找出故障原因所在并提出故障解决方案,以流量连续方程及力平衡方程为基础,利用基于键合图的液压机械系统建模仿真及动力学分析软件AMESim,采用图形化物理建模方式建立系统模型。从系统级的仿真研究入手,再现故障特性,找出了故障的原因。对改进燃油分布器性能进行仿真,结果表明,上述改进方案解决了故障,保证了发动机的正常工作。仿真研究还为燃油分布器的设计与改进提供了依据。

柴油机缸内燃油分布特性

应用商用CFD模拟软件FIRE针对YD4A75-C3电控共轨柴油机实际工作过程中的燃油分布特性进行了深入研究。结果表明:燃油喷入缸内后迅速发生雾化,形成燃油蒸汽,其在射流动能的推动下向燃烧室壁面、凹坑及余隙内进行扩散。燃油在运动过程中,缸内燃油分布区域较为集中,分布的空间体积较小,燃油浓度分布存在严重的不均匀性,基本以高浓形态存在于缸内。同时,未燃燃油吸收了较多燃烧过程所释放的热量,燃烧前已具有较高的基础温度,进一步促进了局部高温区域的产生及有害排放物的生成。

撞壁对柴油喷雾燃油分布影响的试验和计算

利用复合激光诱导荧光(PLIEF)技术,在一个定容弹里定量研究了柴油喷雾撞击平板后的燃油分布,重点研究了撞壁距离对气相燃油分布的影响.结果表明:撞壁对燃油分布有重要影响,随着撞壁距离的增加,气/液相喷雾撞壁时刻延迟甚至不与壁面接触,当量比φ>2区间的气相燃油质量分数减小,1<φ≤2区间的气相燃油质量分数增加到一定数量并保持变化不大,0<φ≤1区间的气相燃油质量分数逐渐增加.数值模拟计算的结果发现,存在一个基于氮氧化物(NO)和碳烟(soot)排放折中的最优撞壁距离与喷孔直径之比(L/D)范围使得液相燃油不与壁面接触,φ>2区间和0<φ≤1区间的气相燃油质量分数较小,1<φ≤2区间的气相燃油质量分数较多,NO和soot排放都较小.根据计算结果拟合了基于NO和soot排放折中的最优撞壁距离范围的经验公式,可以很好地预测不同工况下的最优撞壁距离范围.

撞击平板壁面的柴油喷雾的燃油分布研究

利用复合激光诱导荧光(PLIEF)技术,在一个高温高压定容弹内研究了柴油喷雾撞击平板后的燃油分布。研究结果表明:撞壁对燃油分布有重要影响。撞壁喷雾可以分为:(1)气液相喷雾同时撞壁,在近壁面形成近壁浓区,瞬时最大燃空当量比(Φmax)和最低温度(Tmin)存在于撞壁点附近;(2)气相喷雾撞壁液相喷雾不撞壁,近壁面当量比相对较高,Φmax和Tmin存在于撞壁点上方的自由射流段中;(3)气液相喷雾都不与壁面接触,相当于自由喷射。随着撞壁距离的增加,液相燃油质量分数增加,Φ>2的过浓区间的气相燃油质量分数减小,1<Φ≤2的较浓区间的气相燃油质量分数增加到一定数量并保持变化不大,0<Φ≤1的稀混合气区间的气相燃油质量分数逐渐增加。

喷嘴防积碳结构对燃油分布的影响

针对航空发动机双油路喷嘴,采用试验和数值计算方法研究了不同防积碳结构对燃油分布的影响。采用光学分布式喷雾检测系统进行燃油分布测量试验,获取了不同防积碳喷嘴出口下游20 mm截面的锥角、周向分布和径向分布;并采用volume of fluid(VOF)仿真方法对不同防积碳结构的喷嘴进行了数值仿真研究。结果表明:相同供油压差下,喷嘴匹配防积碳结构后,喷雾锥角和燃油径向分布的峰值半径减小,小半径区域燃油分布占比升高。计算结果与试验结果符合较好,有效解释了防积碳气流对喷嘴燃油分布的影响。同一工况下,喷嘴匹配不同防积碳结构时,锥角的大小与喷口端面中心孔的气流速度相关,而周向分布主要与气液比相关。

稳定器后燃油浓度分布及焰锋位置计算

The trajectory with diffusion Method for predicting the fuel distribution was developed and used to predict the location of flame front behined a flameholder in this paper. The Method may be used in afterberner design to predict the fuel distribution at any plains downstream the fuel injector and the location of flame front behined the flameholder.

喷嘴特性对双旋流燃烧室出口温度分布影响的实验研究

本文以双旋流全环燃烧室为试验对象,在高温高压试验条件下,通过调整全环燃油喷嘴的流量离散度和径向位置来研究其对出口温度分布的影响。试验结果表明,当喷嘴燃油流量离散度控制在±4%以内时,采用简单的大、小流量喷嘴间隔搭配的方案即可保证出口温度分布的均匀性;当燃油流量离散度放大到4%~8%时,采用本实验研究的搭配方案仍可保证出口温度分布的均匀性;当燃油流量离散度放大到10%时,通过调整喷嘴搭配方案已经无法保证出口温度分布均匀性。燃油喷嘴径向位置较火焰筒头部中心线偏离旋流杯腔道高度的11.5%以内时,不影响出口温度分布的均匀性。

电控多点喷射汽油机燃油雾化和蒸发特性研究

通过数学模型 ,对多点电喷汽油机喷油过程中燃油的分布、燃油雾化和蒸发特性及其影响因素进行了研究 ,从而为电喷汽油机在动态工况下缸内混合气的过量空气系数 (at)的精确控制提供了设计依据。

双层分流燃烧室内空间利用和喷雾分布的研究

应用可视化方法测试了不同喷油参数条件下3种双层分流燃烧室内的燃油喷雾扩散过程,探讨燃烧室的碰撞台、燃烧空间容积比例、燃烧空间形状等结构特征以及喷油压力和喷油正时等喷油参数对燃烧室内空间利用和燃油喷雾分布的影响.结果表明:提高喷油压力和提前喷油正时均增大了燃油喷雾的分布范围,提前喷油正时使燃油喷雾更早地进入了顶隙空间,降低了燃烧室结构对燃油喷雾分布的影响,但燃烧室的空间利用率下降;降低碰撞台位置和增大上层燃烧空间容积有利于燃烧室顶层空间的利用;剥离面可以促进下层燃烧空间内燃油喷雾的扩散;上层燃烧空间采用凸圆弧底面使燃烧室顶层区域在较早喷油正时时获得了较好的利用.

超高喷油压力下柴油喷雾撞壁特性的定量研究

在一个定容弹里,利用复合激光诱导荧光技术(PLIEF)定量研究了柴油喷雾撞击平板后的燃油分布.试验在180、220和260 MPa 3种超高喷油压力下进行的.研究发现,在气/液相喷雾同时撞壁的条件下气相喷雾瞬态最大当量比φmax出现在撞壁点附近,气相喷雾瞬态最低温度Tmin出现在气相喷雾瞬态最大当量比位置,并与其发展规律截然相反.随着喷油压力的增加,喷雾与环境气体的混合率明显提高,具体表现为:撞壁后气相喷雾φmax变化不大,但液相燃油的质量分数下降,而当量比φ≤2区间的气相燃油质量分数增加,φ>2区间的气相燃油质量分数下降.

撞壁距离对柴油喷雾特性的影响

利用复合激光诱导荧光(PLIEF)技术,通过高温高压定容燃烧弹研究了撞壁距离对柴油喷雾撞击平板后的燃油分布影响.试验中,撞壁距离从12.5 mm变化到32.5 mm.结果表明:撞壁距离对燃油分布有重要影响,随着撞壁距离的增加,液相燃油质量分数增加,过浓区间(φ>2)的气相燃油质量分数减小,较浓区间(1<φ≤2)的气相燃油质量分数增加到一定数量并保持变化不大,稀混合气区间(0<φ≤1)的气相燃油质量分数逐渐增加;瞬态最大当量比(φmax)降低;瞬态最低温度(Tmin)发展趋势与φmax相反;气/液相喷雾壁面射流半径和高度大幅减小,甚至不与壁面相撞.

喷孔布置对缸内油气混合与燃烧过程的影响

基于YD4A75—C3电控共轨柴油机,结合Bosch公司提出的第四代共轴向可变喷嘴共轨喷射系统的概念,应用商用CFD软件Fire研究喷孔交错布置及两层布置对缸内燃油分布及燃烧过程的影响。研究结果表明:适当地采用双层、交错排列的喷孔,可以扩大燃油的空间分布范围,改善燃油与空气的混合质量,使缸内燃烧更加充分;NO排放量增多,但炭烟的排放量显著减少。

柴油机喷孔夹角对燃烧过程的影响

本文建立了某四缸增压直喷柴油机的三维模型,研究喷孔夹角α对燃烧过程的影响,分别选取α=140°、α=150°和α=160°三种喷孔夹角模拟计算。研究结果表明:喷孔夹角α对燃油的空间分布影响很大。喷孔夹角α=140°时,过多燃油进入燃烧室底部,略微提升动力性的同时造成NOx和Soot的排放升高;喷孔夹角α=160°时,会造成大量燃油进入余隙容积,动力性下降,NOx和Soot的减少。综合考虑各种因素,本文选取的最佳喷孔夹角α=150°。

预燃级内级旋流对燃烧室点/熄火性能的影响

常温常压条件下,在单头部矩形光学可视燃烧室试验件上,开展了预燃级内级旋流对点/熄火性能的影响研究,在此基础上,采用PIV和燃油PLIF光学诊断技术研究了火焰筒相对压降、预燃级燃油流量对流场结构及燃油空间分布的影响,结合流场和燃油分布试验结果,分析了预燃级内级旋流对点/熄火性能的影响,结果表明:预燃级内级有旋方案的点/熄火性能优于无旋方案,预燃级内级无旋将导致旋流器中心区域轴向产生高速正向射流,这不仅会破坏回流区结构,而且会影响燃油核心区的分布,这不利于点火器附近核心火团的生成和回流区火焰的稳定,最终导致点/熄火性能的恶化.

汽油压燃发动机的爆震特性试验

汽油压燃(GCI)发动机由于具有高热效率和低污染物排放的特性而受到广泛的研究,但在发动机中、高负荷下,GCI发动机往往存在较高的压力升高率和压力震荡.采用统计研究、燃烧分析和小波变换等方法针对GCI压力震荡现象进行了系统的分析,并与点燃式(SI)发动机压力震荡的特征和产生原因进行了对比.结果表明:GCI燃烧产生的压力震荡强度随喷油时刻提前而增强,但在爆震增强的过程中相对标准差(RSD)基本保持一致,即爆震的宏观分布并未发生变化.相反地,SI爆震发生时RSD值出现突增,爆震宏观分布发生变化.此外,GCI与SI的压力震荡模式也不同,GCI压力震荡频率更低,并且只出现了两阶的震荡频率,并以一阶震荡为主;而SI压力震荡可观察到四阶震荡频率,并以一、二阶震荡为主.此外,采用两次喷射后发现适当的预喷量有利于提高GCI发动机的性能和燃烧稳定性,但预喷量较大会造成不可控的爆震现象,对发动机造成破坏.