燃烧室形状及喷油策略对柴油机排放的综合影响

通过数值模拟的方法研究了活塞凹坑几何形状及喷油策略对柴油机排放的综合影响。活塞凹坑几何形状及不同喷油策略是影响直喷式柴油发动机油气混合、燃烧以及排放的重要因素。在保证活塞凹坑容积、发动机压缩比、总喷油量、总喷油持续时间不变的前提下,本文对三种不同的喷油策略及四种不同的活塞几何形状相结合的方案进行了研究,结果表明多次喷油及改变燃烧室形状对柴油机排放有着显著的影响。

燃烧室形状对增压中冷柴油机燃烧和排放影响的数值模拟

在保持压缩比不变的条件下,基于原机燃烧室,新设计了5种不同形状的燃烧室,应用CFD数值模拟软件STAR-CD模拟研究了6种不同形状的燃烧室对柴油机燃烧过程的影响.结果表明,喷雾和深坑缩口型燃烧室壁面碰撞后能产生较强的湍流运动,提高混合气的形成速率.当燃烧室喉口直径相同时,增加燃烧室凹坑深度有利于实现快速燃烧.随着燃烧室凹坑加深,最高爆发压力升高,燃烧持续期缩短;深坑缩口型燃烧室燃烧速度快,Soot排放低,但NOx排放高,而浅盘缩口型燃烧室则相反.

喷油定时和燃烧室形状对柴油机燃烧及排放的影响

在保持压缩比不变的条件下,设计了3种不同径深比的燃烧室,并采用CFD数值模拟方法研究了喷油定时和燃烧室形状对柴油机燃烧过程、碳烟和NOx排放的影响.结果表明,随着喷油的推迟,各燃烧室NOx排放均呈下降趋势,碳烟排放则有所增加,尤其是缩口较小的燃烧室,其碳烟生成较多而氧化速率却很低,因此碳烟排放较高.此外,缸内温度为1 500～2 400 K的区域是碳烟生成的主要区域,温度过低不利于碳烟的生成,而较高的温度会促进已生成碳烟的氧化.

燃烧室形状对天然气发动机燃烧过程影响的研究

在对天然气发动机燃烧室进行优化的过程中,在一定压缩比下,开发设计了3种不同形状的燃烧室。应用CFD对不同形状燃烧室的缸内气体流动及燃烧过程进行了数值模拟,并在台架上进行了试验验证。模拟得出了缸内气体湍动能分布、温度场分布及燃烧持续期。针对不同形状燃烧室的缸内气体湍动能与温度场进行了详细分析后得出:增大挤气面积,则挤流强度增大,提高了缸内气体的流动速率,有利于提高火焰传播速度,改善天然气燃烧速度慢的特点;但挤气面积过大时,缸内燃烧速度过快,温度峰值增大,使NOx排放增加。最终将模拟结果与试验结果进行对比,综合考虑动力性经济性与排放性能,选取了最优形状燃烧室。

燃烧室形状对天然气发动机缸内流动和燃烧过程的影响

结合4102低排放天然气发动机的开发,应用FIRE软件对4102发动机原燃烧室和2种新的燃烧室设计方案(楔形和弧形燃烧室)进行了建模和仿真计算,对比分析了燃烧室形状对缸内流动和燃烧过程的影响。结果表明,弧形燃烧室效果最好,与原燃烧室相比,在点火时火花塞附近气流速度低,初期火焰核心稳定,火焰传播速度快,燃烧持续期短,缸内最高压力比原始燃烧室提高12.7%,有利于提高天然气发动机性能。

燃烧室形状对直喷柴油机燃烧性能影响的三维数值模拟

为研究燃烧室形状对直喷柴油机燃烧性能的影响,应用发动机燃烧过程多维模拟软件FIRE对4类燃烧室柴油机燃烧过程进行了三维数值模拟.探讨了燃烧室几何形状影响燃烧性能的作用机理.结果显示,燃烧室几何结构对缸内的流场、喷雾以及燃烧特性都有较大影响.缩口燃烧室的缸内流场强度要强于直口燃烧室,进而导致缩口燃烧室的油气混合和燃烧性能要优于直口燃烧室.

高速直喷柴油机燃烧室形状与喷孔结构匹配规律的三维仿真研究

对某高速直喷柴油机的燃烧过程进行了多维仿真计算,研究了燃烧室形状和喷孔结构参数之间的匹配规律。通过变参数研究确定了燃烧室形状和喷孔结构参数之间的匹配规律。为了定量描述燃烧过程中燃油雾化、液体蒸发、油气混合的特性,建立了缸内平均湍流混合速率、燃油蒸气质量分数方差的中间特征参数,同时详细分析了不同当量比油气混合气在燃烧过程中的贡献率。从燃烧的宏观和微观角度综合分析了柴油机燃烧室形状与喷孔结构间的耦合作用机制。结果表明,对于所研究的机型,0.64口径比燃烧室匹配10孔喷油器的方案最优:预混过程好,燃烧速度快,后期扩散燃烧阶段过稀和过浓混合气参与燃烧的比例较小且预混与扩散燃烧放热情况差别小,放热情况更均匀。

进气系统耦合燃烧室形状对船用柴油机燃烧和排放的影响

以AVL程序为计算平台,采用Boost和Fire软件分别建立柴油机一维和三维仿真模型进行模拟计算,利用Miller循环和EGR技术来降低缸内燃烧温度,并通过燃烧室和涡流比的合理匹配来改善缸内的油气混合,从而减少排放物生成,满足越来越严格的排放法规.结果表明,随进气门关闭正时的提前,缸内温度逐渐降低,NO_x排放减小,但进气门关闭过早会增加NO_x排放;燃烧室结构的优化并匹配合理的初始涡流比能够改善缸内流动,进一步减少排放,增加指示功率;EGR策略可以弱化缸内高温分布,减少NO_x排放,但碳烟排放有所增加.采用改进的燃烧室和涡流比并匹配Miller循环和EGR技术可使NO_x排放降低96.5%,,同时使功率输出略有增加.

小型柴油机矩形环槽燃烧室形状对燃空混合过程影响的气体模拟研究

本文采用射流气体速度和浓度同步测量技术研究了燃烧室侧壁的矩形环槽对燃油喷雾的撞壁过程、燃油分布及其混合过程的影响,阐述了矩形环槽燃烧室改善小型直喷式柴油机性能的作用机理。

燃烧室形状对甲醇发动机燃烧过程的影响

以甲醇发动机为研究对象,建立了三维数值计算模型,并对模型的有效性进行了验证,在此基础上,对直口、敞口和缩口3种不同形状燃烧室的工作过程进行计算,详细分析了燃烧室形状对缸内速度场分布及湍动能分布,火焰传播过程,燃烧压力、压力升高率、缸内温度及NO排放的影响.结果表明,直口燃烧室的燃烧持续期居中,并有适合的压力升高率,NO排放也相对较低,故综合考虑发动机性能和生产工艺性,选择直口燃烧室.

燃烧室形状、废气再循环和喷油策略对柴油机性能及排放的影响

尽管有关柴油机新型燃烧方式,比如HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI),PCCI(Premixed Charge Compression Ignition,PCCI),LTC(Low Temperature Combustion,LTC)等研究已经取得很大进步,但是新型燃烧方式大量应用于工程实践还存在较多的技术难题。当前以及未来一段时间内,传统燃烧方式还将会是柴油机的主要燃烧方式。随着排放法规的日益严格,在改善燃油经济性的同时需要大幅度降低污染物排放,所以对影响油耗和污染物排放的参数进行优化和匹配是满足未来排放法规的关键。本文叙述了燃烧室形状、废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)以及喷油策略对柴油机性能及排放的影响,重点总结了近年来提高柴油机性能和排放的新思路,可以为柴油机的优化设计和燃烧控制提供一定的理论参考依据。

进气道和燃烧室形状对大缸径天然气发动机缸内流动和燃烧的影响

为了提升采用当量燃烧的大缸径天然气发动机的指示热效率,提出了组织弱涡流、强滚流、高湍流强度的缸内气流运动的理念,据此设计了不同形状的进气道和燃烧室,并采用三维数值模拟的方法研究了进气道和燃烧室形状对缸内流动和燃烧的影响。研究发现:与原机相比,当将原螺旋进气道改为直进气道并配合原缩口型、新的直口型、敞口型和半球型燃烧室时,缸内涡流运动显著减弱,滚流运动明显增强,在压缩冲程中最大滚流比分别可达0.76、0.83、1.03和1.71;点火时刻缸内平均湍动能分别增加了35.27%、36.26%、50.33%和135.99%,燃烧速率逐渐加快,指示热效率逐渐增加。综上,半球型燃烧室配合直进气道更有利于缸内强滚流的形成和点火时刻湍流强度的提高,指示热效率也由原机的39.51%提高到42.14%。

燃烧室形状对醇醚燃料发动机燃烧和排放影响的数值模拟

为了研究燃烧室形状对醇醚燃料发动机燃烧和排放特性的影响,在压缩比不变的条件下,设计了5种不同形状的燃烧室,运用AVL_Fire软件对具有不同形状燃烧室发动机的燃烧过程进行了模拟计算。结果表明,缩口燃烧室E内气流运动最强烈,缸内平均压力较高,NO和soot排放很低;直口燃烧室A的缸内压力最低,噪声小,NO和soot排放较低;敞口燃烧室B的NO排放最高,soot排放较低。尖底凸台对气流的导流效果比圆底、平底凸台要好,更利于挤流的形成和发展。缩口燃烧室内的挤流强度比直口、敞口燃烧室强烈。

燃烧室形状对正丁醇-柴油燃烧碳烟前驱物生成的影响

通过保持压缩比和燃烧室容积不变,应用计算流体力学(CFD)软件建立燃烧室三维数值模型并耦合CHEMKIN,以正庚烷-正丁醇-多环芳香烃-甲苯简化机理作为正丁醇-柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理,研究不同径深比燃烧室对正丁醇-柴油低温燃烧不同燃烧阶段碳烟前驱物A4(C16H10)生成的影响.结果显示,燃烧室径深比对正丁醇-柴油混合燃料燃烧压力和放热率影响较小,对A4的生成历程影响较大.在燃烧初期,A4主要分布在燃烧室凹坑、侧壁和活塞顶,燃料高温裂解产生的中间基团C2H2和C3H3在A4的生成过程中起关键作用.径深比较小时,局部高温使A4的生成量较多,径深比较大时,温度分布均匀,A4生成量少.在燃烧末期,A4的生成集中在燃烧室凹坑,且随着径深比的增加,A4的生成量呈现先增加后减小的趋势.

燃烧室形状对船用天然气发动机的燃烧特性

针对船用多点喷射稀薄燃烧天然气发动机的天然气燃烧速度慢、缸内燃烧效率低的问题,本文从燃烧室形状入手,利用三维数值模拟方法,研究了3种不同燃烧室形状(原机、缩口形燃烧室、敞口形燃烧室)对燃烧特性的影响。由缸内流场、湍动能场、混合气分布状态、燃烧过程进行微观揭示的结果表明:缩口形燃烧室缸内最大燃烧压力相比于原机增加8.4%、峰值相位提前3℃A。敞口形燃烧室缸内最大燃烧压力相比原机降低8.9%,峰值相位推迟。缩口形燃烧室缸内平均湍动能较大,高湍动能区域更加靠近燃烧室内部,混合气分布更为聚拢,活塞上行至上止点过程中形成有利于火焰传播的滚流区,此诸多因素提高了燃烧效率。敞口形燃烧室降低火力岸余隙空间,混合气分布也较为聚拢,但挤气面积的减小使得缸内平均湍动能降低,进而天然气燃烧速度与燃烧效率降低。

柴油机燃烧室形状的发展历程

内燃机是目前应用最广泛，热效率最高的热动力源机械，在国民经济和国防的各个领域，都占据重要的地位。如今，能源问题日益严峻。对内燃机的性能要求越来越苛刻，特别是在交通运输方面，随着人类愈加清楚能源形势的变化，如何提高柴油机的效率、改善柴油机的热强度已经越来越受到人们的关注。经研究。改变活塞的燃烧室形状可以提高柴油机的效率，但是对活塞热强度有相当大的影响。

柴油机燃烧室形状对混合气形成的影响

利用计量流体力学(CFD)模拟软件FIRE对不同形状燃烧室的柴油机的缸内喷雾与燃烧过程进行了模拟分析。通过对缸内流场、燃油浓度场、温度场分布的对比,分析不同燃烧室对混合气形成的影响。结果表明,缩口燃烧室缸内流场强度最大,混合气均匀,燃烧充分,微粒生成最少。

燃烧室形状对105型柴油机缸内气体流动和排放特性的影响

分析了燃烧室形状对柴油机缸内气体流动和排放特性的影响。用三维有限元程序 ,在不喷射燃油的情况下 ,系统地分析了缸内气体涡流、挤流、湍流动能等参数随曲轴转角的变化关系 ,并在单缸 1 0 5型柴油机上进行了性能试验。计算和试验结果表明 ,优化燃烧室几何形状可以延长缸内高涡流的持续时间 ,活跃燃烧后期的扩散燃烧。通过延迟喷油定时 ,可以达到 NOx。

基于燃烧室形状的柴油机排放特性数值模拟分析

在固定柴油机压缩比和燃烧室容积的前提条件下,提出通过改变燃烧室缩口率及内部形状,实现柴油机各排放生成物量变的研究思路。运用计算流体动力学(CFD)分析方法,对所设计的3种不同的燃烧室进行缸内工作过程的仿真分析,得出不同形状的燃烧室对缸内气相流场、温度场及排放生成物的影响规律。

正丁醇/柴油发动机燃烧排放特性及喷油、燃烧室形状影响

针对某型号直喷柴油机,建立了该柴油机中单缸完整燃烧室及气道三维模型,使用三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)分析软件CONVERGE对其进行模拟计算,研究了正丁醇掺混比例对柴油机燃烧排放的影响。结果表明:随着正丁醇掺混比例的提高,峰值缸压、滞燃期和燃烧速度均呈递增趋势,碳烟及CO排放量逐渐减少,NO_x排放量小幅增加。为了进一步改善缸内燃烧情况和降低污染物排放,对正丁醇掺混时喷油策略、燃烧室几何形状的综合影响进行了研究,结果表明:掺混时多次喷油及采用合适的燃烧室模型可以有效改善掺混后缸内油气混合情况,增加缸内湍动能强度,进一步降低碳烟排放量。与纯柴油工况对比,掺混并采用多次喷油策略后碳烟排放明显下降,且通过掺混能够有效简化喷油策略,但弱化了燃烧室形状对碳烟排放量的影响。