BI-FUEL系统在自升式生产储油平台上的应用前景

自升式生产储油平台是当前海上油气生产的主力装备之一。文章从平台主流发电机组的配置模式、主发电机选型论证和电站配置方案论证等多个方面对双燃料电站配置方案的设计进行了研究。通过对各种方案的作业现实性、技术成熟性、成本经济性、设计合理性和稳定耐用性等多个方面进行对比和分析,得到了使用装配BI-FUEL系统的高速柴油机组电站的方案是最适合作业于南海北部湾边际油田或类似油田的自升式生产储油平台的结论。

生物柴油燃烧过程内窥镜高速摄影试验研究

采用内窥镜直接高速摄影的方法,对燃烧柴油和生物柴油发动机的燃烧过程进行了试验研究,分析了柴油、生物柴油、不同比例的生物柴油/柴油混合燃料的着火延迟期、着火点位置、燃烧温度和燃烧速度的变化规律。研究结果表明:燃油喷射过程中,柴油的喷雾锥角大于生物柴油的喷雾锥角;生物柴油在预混燃烧阶段的燃烧速度大于柴油,其最高燃烧温度小于柴油。在相同工况下,生物柴油的燃烧终点早于柴油,燃烧持续期也小于柴油。燃烧生物柴油时,高转速工况下的燃烧终点对应的曲轴转角较低转速时有所增加,燃烧持续期对应的角度有所延长。

生物柴油自由喷雾特性的数值模拟和试验研究

运用三维CFD软件,建立了生物柴油和柴油自由喷雾的计算模型,计算了两种燃料自由喷雾的贯穿距离和液滴的索特平均直径,模拟了喷雾的发展历程;利用高速摄影装置,拍摄了两种燃料自由喷雾历程的照片。对两种燃料的喷雾特性进行了比较分析,对喷雾特性差异的成因进行了探讨。研究结果表明:模拟计算与高速摄影试验结果基本一致;生物柴油喷雾的贯穿距离和索特平均直径均较柴油的大,喷雾锥角较柴油的小;燃料的密度、粘度和挥发性的差别是导致喷雾特性差异的主要因素。

柴油机燃烧过程的数值模拟及燃烧室改进

为了改善柴油机燃烧室内混合气的形成状态和燃烧质量,对改装DLH1105型直喷柴油机缸内喷雾和燃烧过程进行了动态数值模拟,并在压缩比不变的情况下设计了3种不同结构的燃烧室,分别为敞口型、直口型和缩口型.通过STAR-CD软件对3种结构的燃烧室进行了三维数值模拟,获得了柴油机的缸内流场、燃油质量分数分布和温度场.结果表明:模拟出的缸内喷雾和燃烧过程与可视化试验的结果吻合,计算模拟的方法可靠;缩口型燃烧室有较强的挤流强度,较长的涡流持续期,使混合气质量和燃烧性能优于直口燃烧室和敞口燃烧室,缸内压力和平均温度最高,Soot生成量最少,同时NO的生成量最大.

柴油机燃用不同含氧掺混燃料燃烧火焰自发光研究

通过一台改造的光学单缸柴油机,研究了柴油与3种不同含氧燃料掺混后对柴油机缸内燃烧火焰发光的影响.3种含氧燃料分别为丁酸甲酯(MB)、正丁醇(B)和2,5-二甲基呋喃(DMF),掺混体积分数为20%,分别用MB,20、B,20和DMF,20表示.光学发动机转速为1,200,r/min、循环喷油量为20,mg,喷油压力为60,MPa.结果表明:柴油的发光滞燃期与放热滞燃期的差距最大,3种含氧掺混燃料在燃烧过程初期出现明显的、持续时间更长的"蓝焰"化学发光;3种含氧掺混燃料对燃烧碳烟的降低能力依次为DMF 20>MB 20>B 20,DMF 20降低碳烟的能力受滞燃期主导,后两者主要由含氧量决定;含氧燃料的加入减小了燃烧过程中的火焰温度和火焰面积,降低了燃烧过程中的碳烟.

DMCC技术在高速船用柴油机上的应用研究

为使船舶柴油机能够燃用低燃点的甲醇燃料,本研究在一台高压共轨涡轮增压高速四冲程柴油机的进气道安装一套甲醇喷射系统,通过甲醇电控单元(ECU)与柴油ECU协同工作,实现了船用发动机柴油/甲醇双燃料燃烧(DMCC)。试验结果表明:改装后的发动机可以用双燃料模式工作,其燃烧相位都较纯柴油模式时有所提前,主放热时刻更接近上止点,并且最大缸压、放热率峰值和最高压升率都高于纯柴油模式。双燃料模式(加装DOC)时可以满足国Ⅰ排放标准,CO、HC和NOx加权排放均低于纯柴油模式,PM排放与纯柴油模式相当。主要工况的甲醇对柴油的替代率都超过40%,最高达到55%,仅有满负荷工况受最大缸压限制而使替代率为30%左右。

燃烧过程动态可视化装置的研制

研制了一种基于激光高速摄影技术分析发动机燃烧过程的动态可视化装置.它主要由光学发动机、光路系统、数据采集和信号同步控制系统及其它辅助系统组成.与同类装置相比,具有结构简单、成像清晰、分辨率高、操作方便的优点,实现了系统的同步启动与关闭,特别适于燃烧室形状和位置不同的发动机燃烧过程分析.试验结果表明,应用该装置可深入分析和研究发动机的喷雾、燃烧过程,这对寻求降低燃油消耗率、改善排放性能的新方法具有重要意义.

柴油机瞬态喷雾特性及喷油器后滴油现象试验研究及分析

采用高速摄影技术对某型国产喷油器分别在有背压条件和自由喷雾情况下进行了喷雾宏观特性测试,获得了不同喷油压力和背压条件下油束的宏观形态;在高速摄影技术基础上使用长焦显微镜头捕捉到该喷油器喷雾末期的后滴油现象并探究产生此现象的原因。研究结果表明:喷油压力或喷射背压的提高可以显著增加喷雾锥角,增大喷雾场在燃烧室中的分布范围,更有利于油气混合;燃油喷雾过程的喷雾锥角曲线呈明显的双波峰形状;电磁阀阀芯落座的响应时间过长造成喷油器断油不干脆是产生后滴油现象的原因之一。

生物柴油碳烟特性的可视化研究

在1台光学可视化发动机上,采用高速摄影法,对不同掺混比例的柴油/生物柴油混合燃料进行研究,获取缸内燃烧火焰图像,通过双色法得到表征缸内碳烟总体分布的KL因子,分析了生物柴油对缸内燃烧过程和碳烟生成特性的影响。研究结果表明,随着生物柴油掺入比例的增加,最高燃烧压力逐渐降低,滞燃期相对延长,燃烧持续期缩短,火焰的亮度和分布面积都随之下降。KL因子的最高浓度降低,碳烟较浓的分布区域减小,碳烟的氧化进程加快。

进气涡流比对直喷式柴油机油束碰壁过程影响的研究

本文采用高速摄影技术，研究了小型直喷式柴油机缸内空气运动对油束碰壁过程的影响。研究结果表明，在小型直喷式柴油机中，燃油壁面喷射的反溅作用是燃油雾化过程中的重要阶段。油束在碰壁过程中，其锥角及贯穿速度均发生变化。不同的进气涡流强度，壁面油束的形状及其发展速度均不同，顺涡流方向壁面油束的扩展速度较快，随着涡流强度的增加，壁面油束只出现在顺涡流方向。空气涡流对燃油与空气混合的促进作用主要发生在油束与燃烧室壁面碰撞以后。

天然气/柴油双燃料射流喷射及其相互作用试验

在定容弹上利用高速摄影纹影法开展了不同环境压力和喷射压力下的天然气/柴油双燃料高压喷射射流特性试验.通过纹影照片得到了不同喷射压力和环境压力下的射流贯穿距、射流锥角和射流面积随时间变化的规律.结果表明:随着环境压力增大,天然气贯穿距和射流面积减小,射流锥角增大;随着天然气喷射压力增大,天然气射流贯穿距与射流面积增大,气体射流锥角逐渐减小.在较高环境压力和喷射压力情况下,双燃料喷射中的柴油射流对天然气射流的发展具有促进作用.当环境压力达到0.9,MPa时,双燃料射流中的气体射流锥角比单燃料射流高出12%,,双燃料射流中的气体射流贯穿距比单燃料射流整体低了5%,左右.

喷油定时对汽/柴油混合燃料燃烧影响的可视化研究

通过一台光学发动机,利用高速摄影技术,对纯柴油和汽油体积掺混比为60%汽/柴油混合燃料(G 60)在不同喷油定时下进行了燃烧特性试验.结果表明:G 0和G 60燃料均呈单峰放热规律;与纯柴油相比,G 60燃料最高燃烧压力pmax对喷油定时变化更为敏感.随着喷油定时提前,纯柴油和G 60燃料的滞燃期呈线性增大,着火时刻逐渐提前,着火点分布于视窗边沿,G 60燃烧图像中高亮火焰面积逐渐减少,柴油扩散燃烧比例降低,累计放热量为5%(CA 5)至累计放热量为50%(CA 50)对应燃烧持续期逐渐缩短.相对于柴油,G 60燃料滞燃期延长,着火时刻滞后,在稀燃状况下,CA 5至CA 50的燃烧持续期延长.

燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究(2)——对柴油机燃烧与排放影响的分析

根据本文第一部分提出的含氧燃料设计思想与方法,以碳酸二甲脂(DMC)为例,研究了较宽比例范围内的DMC柴油混合燃料对柴油机的燃烧与排放特性的影响。在一台高速柴油机上测量了各种混合燃料在最高转速下的负荷特性和速度特性,以及主要工况下的示功图,并对燃烧特性进行了分析。试验结果发现:在柴油中加入一定比例的DMC后,由于物性参数的变化和喷雾特性的改善,混合燃料能够改善柴油机的燃烧与排放———热效率得到明显的提高,尤其在低转速下改善显著;烟度和氮氧化物排放同时降低,外特性线上的一氧化碳降低,碳氢排放仍然很低。对燃烧特性的分析发现:DMC柴油混合燃料的着火延迟延长,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短。

永磁并联磁路高速电磁铁的静态特性

为加快电控燃油系统高速电磁阀的动态响应速度,降低功耗,提高安全可靠性,提出一种永磁并联磁路高速电磁铁.采用有限元方法,建立高速电磁铁的数值仿真模型,并通过试验验证模型的精度.基于模型对普通E型高速电磁铁和永磁并联磁路高速电磁铁的电流-位移-力特性及磁场特性进行对比分析,优化初始铁芯结构,揭示不同永磁体高度对电磁力的作用规律和对磁场特性的影响.结果表明:采用永磁并联磁路结构,电磁力得到较大幅度提升,永磁体高度为0.5、1、1.5和2,mm时,电磁力最小提升率分别为9%,、16.3%,、21.2%,和23.9%,;同时该结构能有效减小驱动电流和减轻铁芯饱和程度,降低损耗.

生物柴油和石化柴油喷雾特性的对比研究

采用相位多普勒粒子分析仪,从索特平均直径、喷雾锥角和喷雾贯穿距等方面对生物柴油和0#柴油的喷雾特性进行了对比研究。基于高速摄像技术,拍摄了几个典型时刻生物柴油和0#柴油的喷雾图片。结果表明:在相同的喷射条件下,生物柴油的索特平均直径和喷雾贯穿距大于0#柴油,而喷雾锥角小于0#柴油。

直喷式增压柴油机燃烧过程可视化研究

介绍采用高速摄影技术研究直喷式增压柴油机的燃烧过程。研究工作在单缸柴油机上进行。研究结果表明 ,进气增压改善了柴油机燃烧过程 ;促进了燃油和空气的混合 ,增加了燃油油束向燃烧室中心的扩展区域 ,壁面附近燃油堆积量减小 ;缩短了着火延迟期 ,增加了扩散燃烧的比例 ,火焰扩展速度降低 ;改善了燃烧室内的燃烧条件 。

高速电磁阀静态电磁力数学模型

为研究高速电磁阀电磁力特性,进行了磁性材料B-H磁化曲线拟合公式的研究,提出了计算精度高且形式简单的B-H曲线拟合公式,并利用B-H曲线试验数据验证了提出的拟合公式的正确性。以磁导率为电场-磁场耦合的桥梁,建立了考虑磁性材料磁化特性的高速电磁阀静态电磁力数学模型,同时进行了两种不同气隙下电磁力的试验研究,试验数据和仿真结果的误差在10%以内,这证明了所建立的数学模型的正确性。研究结果表明:在进行高速电磁阀数学模型建立时,软磁材料磁阻和气隙磁阻共同决定高速电磁阀的电磁力特性。

LPG/柴油混合燃料喷雾特性的试验研究

采用高速摄影技术,对液化石油气(LPG)、柴油以及两种LPG/柴油混合燃料(LPG质量分数分别为30%及50%)的喷雾特性进行了对比实验研究,探讨了混合燃料成分、启喷压力、喷孔直径和喷射背压等参数对喷雾贯穿和喷雾形状的影响规律.研究结果表明,在相同的喷射条件下,纯LPG的喷雾贯穿距离最短,蒸发气化速度最快;四种燃料喷雾的贯穿距离均随背压的升高而减少,而其喷雾锥角则随背压的升高而增大;当背压大于LPG的临界压力时,两种混合燃料的喷雾贯穿距离和喷雾锥角均随喷射压力的上升、喷孔直径的增大而增大;背压对贯穿距离、喷雾锥角的影响均大于启喷压力.

高速直喷柴油机燃烧系统参数对燃烧性能影响的权重分析

为深入探究高速柴油机燃烧系统参数对燃烧性能的作用机制,采用多维数值模拟方法,研究了高速直喷(HSDI)柴油机喷油系统参数与燃烧室结构参数对燃烧过程的影响规律,并结合缸内燃油蒸气空间分布和油气混合等特性对燃烧系统参数的影响规律进行了分析。为了定量描述油气混合特性,引入了湍流混合速率和混合气浓度方差的概念。另外,采用正交方法开展了喷油系统和燃烧室结构参数对指示功率影响的权重分析。结果表明:对于研究的燃烧系统,柴油机指示功率随燃烧室径深比的增加先增后减,径深比6.4时功率最大,且此时油气混合最均匀。针对不同径深比燃烧室,喷油系统参数对功率的影响权重不同。随着燃烧室径深比增大,喷油压力的影响权重减小。油束夹角的影响权重增大,喷孔数、孔径的影响权重减小。喷油定时的影响权重先减小后增大。

船用低速柴油机电控系统控制策略试验研究

为研究电控系统主要控制参数随柴油机负荷变化规律及各参数间的相互关联,利用船用低速柴油机高压共轨电控系统硬件在环仿真试验平台,同步采集试验平台重要控制参数,对电控系统燃油轨压调节、伺服油轨压调节、低负荷喷油器轮换工作、燃油喷射定时和排气阀启闭定时等控制策略进行了研究.研究表明:燃油轨压调节采用闭环和前馈修正的控制算法,喷射定时控制与柴油机转速、扫气压力和燃油轨压相关联,柴油机低负荷时3个喷油器按一定间隔时间轮换工作;随柴油机负荷增加,伺服油轨压和排气阀开启持续角度亦增加;排气阀开启与柴油机转速和排气关闭角度相关,而排气阀关闭则仅与柴油机转速相关.