直喷天然气发动机稀薄燃烧特性的仿真试验

在缸内直喷压缩天然气(Compressed natural gas,CNG)试验样机进行火焰传播特性可视化研究的基础上,仿真计算分析了不同喷射方式和不同点火方式对缸内浓度场、温度场等微观物理场的影响,以及这种微观物理场对NO生成规律的影响。结果表明:缸内浓度场的分布特性直接影响火焰传播速度和温度场,是控制稀薄燃烧过程的关键,可通过喷射方式来控制;点火方式主要改变温度场由此影响NO的生成规律;浓度梯度越大,火焰传播速度越快,稀薄燃烧稳定性越好;通过双点点火方式可以有效控制火焰传播速度。

天然气喷射提前角对高压直喷天然气发动机燃烧和排放的影响

应用Converge软件研究了高压直喷天然气发动机的天然气喷射提前角对燃烧和排放的影响,从而达到提高发动机热效率并且降低排放的目的。通过对计算结果的对比分析,得出了不同天然气喷射提前角下的缸内压力、放热率、温度分布以及NOX排放的变化情况。

直喷天然气发动机研究现状综述

随着对发动机技术研究的不断深入,受制于石油资源和排放法规的影响,传统燃料发动机已逐渐被淘汰,新型燃料发动机发展前景良好。而直喷天然气发动机具有较好的动力性和排放性,并能大大减少对传统燃油的使用,已经成为了当下新型发动机技术的研究热点。本文主要介绍了直喷天然气发动机的国内外研究现状,展望了该发动机的发展趋势,为其后续的优化设计提供参考,以期促进今后该技术的发展。

缸内直喷天然气发动机燃烧室选型及其混合气形成机理

利用FIRE软件建立了2.0L型直喷CNG发动机的燃烧模型,在光学样机上对CNG燃料缸内直喷的燃烧模型进行验证的基础上,仿真研究了不同燃烧室形状对缸内微观物理场的影响,探索燃烧室形状对混合气形成机理和燃烧特性以及NO生成规律的影响。结果表明:CNG燃料缸内直喷时燃烧室形状对缸内湍流特性及浓度场分布特性,特别是对火花塞附近的浓度场和湍流特性的影响很大;NO生成量不仅取决于NO的反应速率,还与反应区域的面积和反应持续时间密切相关;当燃烧室采用直口且底部适当凸起的形状时,不仅有效抑制了NO的生成,而且可以有效控制火焰传播速度,有利于稀薄燃烧。

压缩天然气缸内直喷发动机喷射方式对混合气形成及燃烧特性影响的模拟

利用FIRE软件仿真分析了将压缩天然气(CNG)燃料按不同喷射方式直接喷入气缸时对微观物理场及火焰传播机理和NO生成规律的影响。结果表明:CNG燃料的混合气形成机理取决于其喷入气缸后相对缸内空气的分离速度,喷射时刻通过控制喷射过程中向气缸喷入的动能来抑制天然气相对空气的分离速度,从而决定浓度场的分布;当早期喷射时缸内易形成上浓下稀的浓度分布,晚喷射时则易形成下浓上稀的混合气;NO的生成速率取决于当时当地的一定的混合气浓度和温度,当当量比或温度偏离某一范围时NO生成速率几乎为零;而NO的最终生成量取决于NO的生成速率、生成区域面积的大小以及生成反应持续时间。

某小型直喷天然气单缸发动机喷射时刻的优化模拟研究

传统的天然气直喷发动机为了提高充气效率,常常将喷射过程安排在进气门关闭后进行,这样难以充分利用进气冲程中气缸内的湍动能对天然气进行良好混合。本文针对一台由单缸化油器发动机改造的天然气直喷发动机,使用一维热力学计算优化发动机进气系统,然后通过CFD技术模拟两个典型喷气开始时刻对直喷天然气发动机缸内混合气发展过程与近燃烧时刻工质分布状况的影响,最终提出这一问题的解决方案。

快速控制原型技术压缩天然气直喷发动机的研究分析

为了提高快速控制原型技术的系统开发效率,促进压缩天然气发动机性能的提升,实现压缩天然气发动机的缸内直接喷射,笔者坚持理论联系实际,通过测试直喷喷嘴流量,设计其燃气供给系统,从而完善了直接喷射天然气的控制措施。本文主要分析缸内直接喷射天然气方式的优势,旨在提高发动机输出水平。

天然气直喷发动机当量比与稀薄燃烧对比研究

针对一台自然吸气四缸天然气缸内直喷发动机,建立了发动机仿真模型,通过台架试验数据对模型进行了验证。开展了均质当量比燃烧和稀薄燃烧两种方案的整机动力性、热负荷和经济性对比研究。结果表明:稀薄燃烧时动力性下降明显,当量比燃烧时热负荷较高,空燃比稍大于当量比时经济性最好。

天然气发动机在不同喷射和点火时刻下的性能优化研究

为解决改装的天然气发动机动力性比原柴油机低,燃料消耗率比原柴油机高的问题,对影响燃烧时刻的喷射提前角与点火提前角这两个重要参数进行模拟实验,研究其对发动机的缸内压力与功率、燃气消耗率的影响,并根据研究结果进行优化设计。结果表明,对于缸内直喷天然气发动机,适当增大喷气提前角和选择恰当的点火提前角能在较经济的情况下提高发动机的动力性;发动机转速增加,点火提前角和喷射提前角也应提前,保证燃料的充分混合和最大化做功能力;在所有转速下,天然气发动机的功率都能恢复到原柴油机的水平。

高压甲烷射流对层流火焰作用的试验

高压气体燃料射流与引燃的层流火焰间的相互作用决定了天然气直喷发动机的着火稳定性.在定容燃烧弹中,用点火针点燃预混甲烷形成层流火焰,并在不同火焰半径时刻进行高压甲烷射流.采用高速纹影法测试了甲烷不同喷射延时τ对预混层流火焰的影响.结果表明:甲烷喷射延时τ决定了预混层流火焰等效半径R的发展,随着τ增大,预混层流火焰等效半径R增大;射流对层流火焰发展的影响与其作用于层流火焰时火焰等效半径有关,存在一个临界火焰等效半径R_(0),当R<R_(0)时,射流吹熄火焰;R=R_(0)时,甲烷射流吹熄预混层流火焰后仍可被引燃,火焰传播速度加快;R>R_(0)时,甲烷射流更容易引燃成湍流燃烧火焰,同时预混火焰未受射流干扰区域仍旧保持层流火焰,此时层流火焰、湍流燃烧火焰并存,火焰传播速度加快.