基于AVL-FIRE的氢发动机燃烧过程分析

以嘉陵JH600小型汽油发动机为研究对象,在其基本结构的基础上通过在进气道处加装喷氢阀,搭建供氢系统等一系列装置,将其改装成燃氢发动机。运用三维制图软件SolidWorks建立了发动机主要部位的三维几何模型,然后在不同的初始温度、初始压力以及当量比条件下利用三维流体力学软件AVL-FIRE对氢发动机的压缩燃烧过程进行了CFD模拟计算。通过计算得出了氢发动机在不同条件下压缩和燃烧过程中的温度、压力的变化趋势,进一步分析了不同初始温度、初始压力以及当量比对氢发动机燃烧过程的影响,为解决氢发动机在实际运行过程中的异常燃烧问题提供了理论依据。

基于AVL-FIRE的醇醚燃料发动机燃烧与排放特性研究

将甲醇添加到二甲醚柴油的混合燃料中,利用AVL-FIRE软件对混合燃料的燃烧特性和排放特性进行仿真分析。将柴油按质量比70%固定不变,分别将甲醇以12%、8%、4%和0%的比例添加到柴油当中,其余添加二甲醚。研究这4种混合燃料在2 200r/min高负荷工况下缸内温度、压力、累积放热量、NOX和Soot排放的情况,并与柴油作比较。结果表明:在高负荷工况下,随着混合燃料中甲醇含量的增加,缸内压力逐渐增大,缸内压力峰值所在的曲轴转角位置基本不变;随着混合燃料中甲醇含量的增加,放热率曲线峰值减小,最高缸内温度呈下降趋势,NOX排放量降低,Soot排放量上升。

基于AVL-FIRE的SAI发动机缸内流场仿真

针对通用汽油机的充气技术,提出缸侧辅助充气(SAI,Side Air Injection)方法,通过优化缸内气流在中小负荷实现分层稀薄燃烧.以168F通用汽油机为原型,使用AVL-BOOST计算出初始条件,再运用AVL-FIRE仿真分析在不同辅助充气压力下SAI发动机对缸内速度场、湍动能和当量比的影响.分析表明:SAI发动机可在火花塞周围形成尺度大涡流强的分层混合气,可提高燃烧速率,改善汽油机稀薄燃烧着火稳定性.

掺烧不同比例的异戊醇对船舶柴油机性能的影响

为了研究不同比例的异戊醇/柴油混合燃料在4190Z L C-2型船用中速柴油机中的燃烧和排放特性,运用AVL_FIRE仿真软件建立柴油机燃烧室模型,并通过台架实验验证其仿真模型的准确性。在仿真软件中通过调整异戊醇在柴油中的掺混比来研究混合燃料对柴油机燃烧和排放性能的影响。结果表明:掺混异戊醇有助于改变NO的生成规律,使NO在速燃期的生成量上升,在缓燃期与后燃期的生成量减少,并且总体生成的NO质量分数降低;随着异戊醇掺混比的上升,CO最终生成质量分数下降,Soot最终生成质量分数上升,同时生成的Soot质量分数峰值降低,在缓燃期的氧化速率增快,并因为较快的耗氧量使得最终生成的Soot质量分数比纯柴油的高。

燃烧室结构对高强化柴油机性能的影响

燃烧室结构的设计直接影响燃烧过程,从而影响其动力性、经济性。缩口直径是缩口型燃烧室的主要结构参数,在一台高强化柴油机上,对四种不同缩口直径的燃烧室的燃烧过程进行了仿真研究。结果表明:减小燃烧室缩口直径有助于增强缸内湍动能,促进油气混合,改善燃烧过程,提高柴油机的动力性。缩口直径减小后的燃烧室的指示功率均高于原机,其中G1燃烧室的指示功率提升最多,为1.81%。但缩口直径并非越小越好,缩口直径过小不利于燃烧中后期湍流的保持,影响混合燃烧。

基于双向流固耦合的汽油机排气歧管热应力分析

联合AVL-Fire与ABAQUS软件,对一台汽油机排气歧管进行温度场、热应力分析.首先利用AVL-Fire对排气歧管做内外流场CFD分析,得到排气歧管内外表面的热边界条件,即流体温度及换热系数;然后把热边界条件映射到有限元面单元,并通过有限元技术与排气歧管实体单元相耦合,通过ABAQUS算出排气歧管温度场,并把壁面温度场返回作为下一轮CFD计算的边界条件,再重复前一轮计算.如此反复,直至符合精度要求,最后计算热应力.

增压直喷汽油机排气歧管低周疲劳的研究

为了探索某增压直喷汽油机排气歧管在交变载荷作用下的低周疲劳,首先利用AVL-Fire软件对排气歧管进行内外流场CFD分析,得到排气歧管的热边界条件;然后把热边界条件映射到有限元网格,通过有限元分析计算出排气歧管瞬变循环工况下的温度场、应力场和应变场。最后利用疲劳分析软件计算出排气歧管的疲劳寿命。结果表明,排气歧管疲劳寿命预测合理反映了在交变载荷和高温的共同作用下排气歧管低周疲劳损伤区域的寿命,验证了该预测方法的有效性和准确性。

不同喷油策略对燃生物柴油船用柴油机燃烧和排放的影响

由于生物柴油可再生、无毒、可降解、可持续等优点,生物柴油受到了越来越多的关注。为了分析生物柴油燃烧特性和喷油策略对柴油机燃烧和排放特性的影响,本文建立三维CFD仿真模型,并采用ChemkinⅡ代码与三维AVL-Fire相耦合的方法进行计算。计算的机理主要考虑了生物柴油饱和度的69种产物和204种化学反应,并利用验证后的仿真模型研究了2种工况下3种不同喷油策略对柴油机功率、缸压、放热率、CO和NOx排放的影响。

不同喷孔直径对某中速柴油机动力性能和排放性能的影响研究

采用AVL-Fire仿真软件建立了三维柴油机仿真模型,通过实验对该仿真模型进行了验证,利用标定的仿真模型预测了柴油机缸内生物燃油喷射、燃烧过程,分析了不同喷孔直径对该柴油机动力特性和排放特性的影响。结果表明,柴油机的喷孔直径对生物柴油的雾化起着关键性作用,选用0.26 mm孔径的喷油器,可以有效地改善燃油的雾化,但需要适当地增大喷油提前角和喷油压力,才能在有效地减小Soot排放的同时改善柴油机的经济性。

柴油机喷油提前角对燃烧性能的影响研究

柴油机要满足日益严格的排放法规的要求,就必须在提高其动力性的基础上,节省油耗,降低排放;对柴油机燃烧室内的流场进行研究是达到上述要求行之有效的方法之一。应用AVL-FIRE软件对某型柴油机的缸内燃烧过程进行了仿真模拟,计算得到了不同喷油提前角下柴油机指示功率、有效油耗、缸内压力、燃烧放热率、缸内温度和排放物的变化规律。

掺烧生物柴油结合米勒循环对船用柴油机燃烧及排放性能的影响

为探索掺烧生物柴油结合米勒循环技术对柴油机燃烧及排放性能的影响,基于TBD234V6型柴油机,运用AVL-fire软件建立仿真模型,选取柴油机在75%中高负荷运行时,在M0、M20、M40、M50、M60及M70共6组不同米勒度,10%、20%、30%和40%共4组不同生物柴油掺混比下进行仿真分析。结果表明:相同米勒度下,随着掺混比增大,爆压明显降低,缸温下降,CO排放量明显降低,NO排放上升,SOOT排放量下降明显;B40、M0时,相比原机,缸内最高燃烧压力下降16.3%,缸内最高温度下降242.6 K,CO排放量降低34.2%,NO排放量上升35.7%,SOOT排放量降低92.8%。在相同掺混比下,米勒度在M0~M50时,随着米勒度增大,爆压升高,缸温逐渐下降但不明显,CO排放降低,NO排放呈先增大后减小的趋势,SOOT排放下降;米勒度在M50~M70时,随着米勒度增大,爆压降低,缸温降幅较小,CO排放上升,NO排放降低,Soot排放升高。因此,选用适当的掺混比和米勒度,该技术能较好的降低NO排放,同时对SOOT和CO生成也有较好的抑制效果,且柴油机动力性有小幅提升。研究结果可为生物柴油的实际应用提供一种解决方案。

柴油机双层多孔喷油嘴内部空穴两相流动研究

针对柴油机喷油嘴内部两相流动影响柴油的雾化质量、燃烧特性及整车的排放特性,而柴油机喷油嘴头部细微结构的变化显著影响喷油嘴内部流动等问题.以某型国产喷油器喷油嘴为对象,在X射线精确测量其几何结构参数的基础上建立物理模型,基于多维数值模拟软件AVL FIRE对喷孔内部空穴两相流动特性进行模拟,分析不同位置喷孔及不同喷射压力对喷孔内部两相流动特性的影响.结果表明:同一喷射压力下,上下层喷孔位置对喷孔内部空穴产生时刻、分布区域及强度都产生影响,压力分布、液相速度分布及液相湍动能分布也各不相同;不同喷射压力下,空化强度随喷油压力的增加而提高.

掺烧生物柴油耦合进气道加湿对柴油机燃烧及排放性能的影响

为探索掺混生物柴油燃烧耦合进气道加湿技术对柴油机燃烧及排放性能的影响,基于TBD234V6型柴油机,应用AVL-fire软件建立仿真模型进行研究。选取柴油机在75%中高负荷工作时,设置0.5~2.5共5组掺水率、10%~40%共4组生物柴油掺混比做仿真分析。结果表明:在掺水率为0时,随着生物柴油掺混比例增大,柴油机动力性下降16.3%,CO排放量下降34.2%,Soot排放量下降92.8%,NO排放量升高35.7%;在生物柴油掺混比为40%时,随着掺水率增加,柴油机动力性下降3.3%,CO排放量升高19.2%,NOX排放量降低89.7%,Soot排放量升高150.8%,但与原机相比Soot排放量仍低出81.9%。掺烧生物柴油降低Soot及CO排放效果显著,但对NO排放有促进作用;生物柴油耦合进气道加湿技术能极大降低NO排放,同时对Soot和CO生成也有较好的抑制效果,柴油机排放性能虽得到了优化,但动力性有所下降。研究结果可为船用柴油机掺混生物柴油燃烧耦合进气加湿技术试验提供一定的指导依据。

发动机排气歧管流固耦合仿真

应用AVL-fire软件和Abaqus软件对某发动机排气歧管进行流固耦合仿真.对排气歧管材料进行各温度下的材料试验,得到准确的材料在不同温度下的属性曲线.由AVL-fire软件和Abaqus软件进行流固耦合仿真得到排气歧管的温度场分布,并进行排气歧管应力和应变分析.仿真结果与试验结果的对比表明,塑性应变高的区域正是发生开裂的区域.

对置活塞二冲程柴油机喷油角度对油气混合的影响

对于对置活塞对置气缸(OPOC)柴油机燃烧组织困难的特点,利用AVL FIRE软件对该型样机不同的喷油策略进行模拟计算,对比分析不同喷油方案下的缸内湍动能、缸内平均温度分布、缸内压力分布以及燃烧累积放热量对燃烧性能的影响。结果表明:优化喷油方向是改善燃烧的有效手段,其中优化喷油角度可以有利于湍动能的形成,更好地促进组织燃烧,从而提高柴油机的性能。

基于不同压缩比的焦炉气与天然气混燃发动机燃烧特性的研究

为了研究不同压缩比对焦炉气与天然气混然发动机性能的影响,以一台6缸焦炉气发动机为研究对象。运用CATIA三维建模软件建立了4种不同压缩比的燃烧室模型,然后在相同的边界条件、初始条件及过量空气系数等条件下,利用AVL-FIRE流体力学分析软件对不同压缩比的发动机的压缩及膨胀过程进行了数值模拟。模拟结果表明:当压缩比为12时,在点火时刻缸内的最大气流流速最小,有利于初始稳定火核的形成,压缩上止点时在强挤流的作用下产生横向流动的气流流向火花塞的远处,有利于火焰向远离火花塞的位置传播;与原机和其他压缩比的发动机相比,压缩比为12的发动机性能较好。

掺烧生物柴油耦合EGR对柴油机性能的影响及优化

为探究掺烧生物柴油耦合废气再循环(EGR)技术对柴油机燃烧和排放性能的影响,基于TBD234V6型柴油机,运用AVL-fire软件建立仿真模型,对柴油机在75%中高负荷下运行时,0%、5%、10%和15%等4组不同EGR率与10%、20%、30%和40%等4组生物柴油掺混比进行仿真分析。仿真结果表明:在相同EGR率下,随着生物柴油掺混比增大,爆压、CO排放量和Soot排放量均呈下降趋势,NO排放量明显上升,当掺混比为40%时,柴油机各项性能值相比原机变化最为明显,爆压下降约16.3%,CO排放量下降约34.2%,Soot排放量下降约92.8%,NO排放量升高约35.7%;在相同掺混比下,随着EGR率的增大,爆压下降且滞后,NO排放量下降,当EGR率为15%时,相比掺混比为40%、EGR率为0的情况,爆压下降1.3%,NO排放量下降49.9%。通过增大喷油提前角对掺烧生物柴油耦合EGR技术进行优化,选取喷油提前角为29°CA、27°CA、25°CA、23°CA和21°CA进行研究。优化结果表明:增大喷油提前角有助于提升掺烧生物柴油耦合EGR技术的动力性,降低Soot和CO排放,当掺混比为40%、EGR率为15%时,喷油提前角由25°CA改为27°CA,其爆压上升3.8%,NO排放仍低于原机,整体排放依旧更优。

柴油机排气歧管的CFD数值模拟分析

采用CATIA软件建立柴油机排气管三维实体模型,应用AVL FIRE软件对该排气管模型内流场进行CFD数值模拟计算,获得不同排气歧管分支在其排气流量最大时内部的压力场、速度场等。结果表明在总管与支管接口处,压力变化剧烈,能量损失较大,且管内有部分涡流区。对排气管的结构进行优化改进,优化后的结果表明,压力变化剧烈处明显变小,管内部分涡流区减小甚至消失,速度分布更加均匀。

柴油机掺烧生物柴油结合进气道加湿技术及喷油提前角优化

为探索掺混生物柴油燃烧耦合进气道加湿技术及喷油提前角优化对柴油机燃烧及排放性能的影响,基于TBD234V6型柴油机,应用AVL-fire软件建立仿真模型进行研究。选取柴油机在75%中高负荷工作时,生物柴油掺混比为40%通过设置0.5~2.5共5组不同水油比做仿真分析。结果表明:在生物柴油掺混比为40%(B40)时,随水油比增加柴油机动力性下降3.3%,CO排放量升高19.2%,NO_(x)排放量降低89.7%,SOOT排放量升高150.8%,但与原机相比SOOT排放量仍低出81.9%;掺混生物柴油降低Soot及CO排放效果显著,但对NO排放有促进作用;生物柴油耦合进气道加湿技术能极大降低NO排放,同时对Soot和CO生成也有较好的抑制效果,但柴油机动力性降低了。通过对喷油提前角优化,增大喷油提前角有助于提高发动机动力性,生物柴油掺混比40(B40)水油比为2.5喷油提前角由25°CA改为31°CA时,其动力性上升13.1%,NO排放低于原机,整体排放依旧更优。该研究结果可为生物柴油实际应用产生的负面影响提供解决方案。

点火时刻对焦炉气发动机怠速性能的影响

针对焦炉气发动机在怠速工况下NOx排放高以及工作状况不稳定的问题进行了研究。通过CATIA软件建立了发动机燃烧室的模型,运用AVL-fire软件仿真分析了怠速工况下不同点火时刻缸内压力、排放、缸内流场及火焰密度。研究结果表明:与其他点火时刻相比,点火时刻为350℃A时,缸内燃烧初始火核稳定、火焰传播速度快且NOx排放量较低,从而使NOx的排放得到了改善,同时提高了焦炉气发动机怠速工况的稳定性。为焦炉气燃料更好地应用在发动机提供相应的理论依据。