CNG/CO_2气体发动机湍流火焰结构的大涡模拟

采用大涡模拟的方法对一台燃用压缩天然气(CNG)/CO2混合气体燃料的火花点火发动机缸内湍流涡团与火焰面的相互作用过程开展了模拟计算研究.基于OpenFOAM开源CFD程序包建立了AKTIMEuler点火模型和PaSR-LES燃烧模型,并采用耦合多面体顶点运动与梅斯基特算法的求解方法构建了发动机动网格.经过对计算结果的分析可知:随着可燃气体中惰性气体组分的增加,湍流火焰传播速率下降,涡对结构对火焰面皱褶的作用减弱,火焰面在达到相同皱褶度的时间向后推迟,其皱褶度的升高率也随之下降;随着发动机转速的增大,火焰面受到涡团卷吸与拉伸的作用增大,局部容易形成环形火焰面的现象.

单燃料天然气发动机试验研究

将一台 6 10 5Q柴油机改造为点燃式单燃料天然气发动机。对发动机的进气系统、燃烧系统等进行了优化设计。试验过程中配用了不同形式的天然气供气系统及点火系统。试验结果表明 ,天然气供气方式及点火系统的不同对天然气发动机的性能有较大影响。该天然气发动机采用电控多点燃气喷射技术及电控点火技术时 ,动力性与原柴油机相当 。

天然气发动机预燃室式燃烧系统的研究

开发了火花点火天然气发动机预燃室式燃烧系统。该发动机通过采用新型的预燃室式燃烧系统 ,同时对发动机的燃料供给系统、点火系统等进行改进设计 ,实现了两级点火和稀燃、速燃 ,大大提高了燃烧速度 ,从而改善了发动机的动力性 ,降低了排气温度和排放量。试验结果表明 ,新的天然气发动机的动力性与原机基本相当 ,排气污染降低 。

旋流杯一级旋流数变化对点火性能的影响

所有的旋流杯结构均为一级多斜孔和二级径向直叶片,喷嘴均为单油路离心喷嘴.为了研究旋流杯空气雾化喷嘴一级旋流数对小型燃烧室点火性能的影响,采用单头部矩形回流燃烧室,在进口为常温常压、燃烧室压降为0.5%～5%的条件下,对3个一级旋流数不同的旋流杯进行了点火实验.实验结果表明：一级旋流数对点火性能影响明显,相同压降下,一定变化范围内,一级旋流数的增加影响了下游流场的分布,有利于火核沿回流区向上游传播,并在旋流杯出口形成稳焰,因此一级强旋旋流杯点火性能更好.

火花点火天然气发动机燃烧过程CFD研究

为了研究点燃式天然气发动机燃烧系统的燃烧过程和缸内气体运动规律,应用CFD软件对一台点燃式天然气发动机的燃烧过程进行了多维模拟计算。通过计算得到了发动机缸内气体的流场、温度场及火焰传播等计算信息,并分析研究了压缩及燃烧过程中缸内气体的流动规律及温度分布规律以及湍动能对火焰传播的影响,为燃烧室的设计及燃烧过程性能优化提供了理论性指导。

天然气发动机燃烧方式分析

根据混合气形成和着火方式将天然气发动机的燃烧模式分成均质混合气点燃、非均质混合气点燃、均质混合气压燃和非均质混合气压燃/引燃4种。分析了这4种燃烧模式针对发动机性能和排放方面的特点,讨论了目前存在的问题。认为目前最有实用价值的模式为柴油引燃天然气非均质扩散燃烧,因为其热效率高于火花点火发动机,与传统柴油机相当,而有害排放物排放却较柴油机明显降低,并且相对于HCCI更易实现。

两段喷射直喷式汽油机(TSGDI)点火特性的试验研究与模拟计算

用试验和数值模拟两种方法研究了点火时刻对两段喷射直喷式汽油机（TSGDI）性能的影响。研究结果表明，对于不同转速和负荷存在着最佳点火提前角，最佳点火提前角随着发动机转速和负荷的升高而减小，过量空气系数对最佳点火提前角的影响较小;模拟计算表明在最佳点火提前角时，火花塞周围形成了燃空当量比为1.0～1.2的较浓混合气区域。

电子点火型单燃料天然气发动机开发研究

在一台CY6 10 5Q柴油机基础上 ,开发了点燃式单燃料天然气发动机 ,对进气系统、燃烧系统等进行了优化设计 ,并配备了电子控制高能点火装置 .同时 ,对其动力性能进行了试验测试 .

火花点火天然气发动机燃烧过程数值模拟

使用CDAJ公司的CFD软件STAR-CD对某天然气发动机燃烧过程进行了模拟计算,计算的缸内压力与试验结果吻合良好,模拟计算获得了试验不易得到的缸内气体速度场、温度场等信息,为燃烧室设计及燃烧过程优化提供了理论性指导。

气氧/气甲烷火炬点火器设计及试验

针对某型液氧/甲烷火箭发动机,为寻求多次使用的点火器,提出了变结构气氧/气甲烷火炬式点火器设计方案。根据设计要求及技术指标,对点火器进行了变结构、变缩进长度及变混合比试验,验证了点火器设计的可靠性。试验结果表明:混合比越大,燃烧室压强越大,出口补燃情况不发生改变;缩进长度的变化不影响燃烧室压强及出口补燃情况的变化;排放甲烷与出口富氧燃气的掺混,能有效地促使出口补燃发生,其中收缩式出口能有效促进掺混;点火导管直径能有效改变出口富氧燃气速度,出口富氧燃气速度降低能有效地促使排放路甲烷与出口燃气掺混,有利于稳定燃烧。

预混点燃式天然气发动机燃烧过程CFD研究(一)

采用AVL三维CFD软件FIRE对一台预混点燃式天然气发动机的燃烧过程进行了CFD研究。通过模拟仿真得到了发动机缸内气体的压力场、流场、温度场及湍动能等信息,并详细分析了压缩及燃烧过程气体的流动、温度的分布以及湍动能对火焰传播的影响。在此基础上对点火提前角、燃空当量比对燃烧过程的影响进行了模拟研究,为该天然气发动机燃烧过程的设计优化提供了理论性指导。

预混点燃式天然气发动机燃烧过程CFD研究(二)

采用AVL三维CFD软件FIRE对一台预混点燃式天然气发动机的燃烧过程进行了CFD研究。通过模拟仿真得到了发动机缸内气体的压力场、流场、温度场及湍动能等信息,并详细分析了压缩及燃烧过程气体的流动、温度的分布以及湍动能对火焰传播的影响。在此基础上对点火提前角、燃空当量比对燃烧过程的影响进行了模拟研究,为该天然气发动机燃烧过程的设计优化提供了理论性指导。

小排量增压天然气发动机的燃烧特性

为在不影响发动机性能指标的前提下,减少尾气中的二氧化碳和其他气体污染物排放,开发了一款由小型增压汽油发动机经过二次开发而成的压缩天然气(CNG)气道喷射(PFI)点燃式发动机。定量分析了小型增压天然气发动机的燃料性能优势,降低爆震强度,优化了压缩比,提高了燃烧效率。爆发压强控制在12 MPa以下,最大扭矩为180 Nm;在转速为3 000 r/min时,该天然气发动机的扭矩与原型机处于同一水平。当采用优化后的压缩比应用于CNG模式时,有效热效率达到了38%。因此,与汽油相比,CNG模式能够令二氧化碳排放减少24.2%,里程燃油成本节省46.4%。

气氧/丙烷小推力发动机设计与实验

为适应小推力发动机无毒、无污染、高性能、低成本的发展趋势,设计了一种以气氧(GO2)/丙烷(C3H8)为推进剂的发动机.采用层板式头部喷注器、利用喷嘴间隙实现电火花点火的独特点火方案、通过边区喷嘴进行气膜冷却,同时设计了发动机实验系统并开展了初步实验研究.实验结果表明:实验系统设计合理;发动机点火方案可靠、燃烧稳定、热防护效果良好,为进一步的研究奠定了基础.