烟气再循环技术研究现状及发展趋势

烟气再循环技术是实现高温空气燃烧、富氧燃烧、无焰燃烧等新型燃烧方式的重要手段。通过对烟气再循环实现形式、循环温度、循环量的合理设计可有效改善燃烧,起到降低污染物排放和提高燃烧效率的作用,是未来节能减排的重要方法。综述了烟气再循环技术在工业燃烧器、锅炉、内燃机、燃气轮机和斯特林发动机上的研究与应用。国内外研究表明:可以通过不同的方式来实现烟气的再循环;烟气回流量的控制是烟气再循环燃烧的技术难点。

离网型斯特林异步发电技术研究

根据斯特林发动机和异步发电机的特点,采用串联结构的异步发电模式,通过三相PWM全桥变换器解决了离网型斯特林发电系统的起动和发电问题,实现起动/发电双功能,使功率双向流动。系统电机控制采用带端电压补偿的V/f控制策略,对蓄电池采用DC-DC桥臂进行独立控制,稳态时保持蓄电池缓慢充电,在负载突变时,蓄电池相应放出或吸收能量,缓冲发动机的能量调节过程。仿真和实际示范应用证明了本系统的正确性和可行性。

自由活塞热气机性能仿真方法研究

对自由活塞热气机的动力与热力学性能数值模拟方法进行了研究,在经典的一阶、二阶以及三阶仿真方法的基础上,开发了一套能够用于多种自由活塞热气机性能计算的仿真方法。仿真结果和试验结果基本一致,验证了该算法的正确性。

斯特林发动机燃烧室氧-柴油无焰燃烧的数值研究

对斯特林发动机燃烧室氧-柴油无焰燃烧进行数值模拟。研究表明:氧-柴油无焰燃烧相比于传统氧-燃料燃烧需要卷吸更多的烟气来对纯氧进行稀释。直流燃烧室和旋流燃烧室内实现无焰燃烧的引射比分别为32和11.5,旋流燃烧室有助于无焰燃烧的实现。氧-柴油无焰燃烧的火焰峰值温度比传统燃烧模式低600 K左右,火焰峰值温度大幅下降。氧-燃料模式下燃烧室温度变化在20%以上,而氧-柴油无焰燃烧模式下温度变化小于15%,燃烧室温度均匀性显著提高。

回热器增压腔对斯特林发动机性能影响的研究

建立了回热器碰撞射流数值计算模型,开展了回热器三维仿真分析;研究了增压腔对回热器基体内流场的影响规律,并分析了其对斯特林发动机性能的影响。以某型号斯特林发动机为对象,对仿真结果进行的试验验证表明:仿真结果和试验结果吻合性较好,研究结果可供斯特林发动机性能改进做参考。

太阳能热气机铸造机身水流道优化设计和试验分析

通过热气机机身内部冷却水流动换热的数值模拟计算,对不同结构的机身流道进行了比较分析和优化设计,并结合缸套壁面的结构改进,在采用"一进一出"流道结构和冷却水总流量不变的前提下,使热气机冷却器和缸套均匀冷却,同时降低了缸套内壁温度,从而达到了保护密封环的目的。

热气机活塞十字头摩擦学与动力学的耦合分析

为了研究热气机活塞十字头结构摩擦学及动力学特性,在三维形貌测量的基础上进行连接副的接触分析,得到了其连接副摩擦学特性,建立了耦合摩擦学特性的热气机活塞组动力学模型。对比分析了计算结果与实测值,结果表明:热气机不同工况下其主密封摩擦功耗的计算值与试验值的误差不超过10%,验证了摩擦学计算和建模方法的正确性。当二阶运动较为柔和时,随十字头横向运动的挤压油膜在其对应推力面产生梯度均匀的压力分布,而剧烈的二阶运动造成十字头边缘与缸套碰撞产生局部高达30MPa的油膜总压。活塞十字头产生了远大于导引环、杆密封产生的侧推力,杆密封结构因属接触式密封而产生近600W的摩擦功耗,远大于十字头和导引环的摩擦功耗。因处于气膜润滑状态,导引环产生的侧推力和摩擦功耗较小,计算时可忽略不计。侧推力中的较高频率分量源于十字头与缸套间的摩擦学特性,在热气机动力学求解中应考虑摩擦学的影响,以提高其求解精度。

液体燃料MILD燃烧的研究进展和发展趋势

MILD燃烧是一种节能的新型燃烧方式,经济价值巨大。液体燃料由于其自身特点,实现MILD燃烧具有一定难度。介绍了国际上液体燃料MILD燃烧的发展状况,分析了燃料种类、混合方式、Damkhole数、燃空当量比等重要因素的影响作用。

多喷孔引射器性能数值研究

采用三维计算流体力学的方法,研究了结构参数对纯氧燃烧器用多喷孔引射器性能的影响。获得了结构参数对引射比和氧气不均匀度的影响规律,总结分析了获得最佳引射性能的结构参数。数值计算的结果还揭示了不同结构参数下多喷孔引射器内部气体的引射混合过程。采用新的设计准则可以在提高引射器性能的同时减小设计尺寸。

25kW热气机机身冷却水流道优化设计和分析

采用FLUENT软件对25kW热气机机身内部的换热情况进行数值模拟计算,通过对计算结果的分析,对冷却水流道的结构进行了优化设计。模拟计算和试验结果表明:结合缸套壁面的结构优化设计,在采用一进一出流道结构的前提下,达到了使冷却器和缸套均匀冷却和降低缸套内壁温度的目的。

液态燃料跨/超临界喷射研究进展

对国内外近年关于液态燃料跨/超临界喷射的实验及数值模拟研究进行综述和分析。分析表明:超临界作为一种不可规避的工况,其喷射具有完全不同于亚临界喷射的特性,气液界面消失,液滴和液丝等结构由高密度流体团代替,成为一个由湍流支配的无相变的扩散过程。现有研究多是对跨/超临界喷射现象的观测与描述,对该现象产生的机理及其对燃烧的影响尚不明确。采用传统喷雾模型进行超临界喷射仿真,得到的结果与实验现象有很大误差;采用真实流体状态方程所进行的仿真可大幅减小这个误差,但结果仍不理想。指出:跨/超临界喷射对燃烧稳定性的影响是航空航天领域的研究方向,而内燃机领域则更关注跨/超临界喷射对短暂雾化过程以及燃烧效率的影响。

燃烧室压力对燃油喷雾和燃烧的影响研究

采用CHAMKIN模拟分析燃烧过程,基于自行设计的可视化定压燃烧系统试验研究燃烧室压力对燃油喷雾和燃烧的影响。结果表明:随着压力的升高雾化效果逐渐变差;进气旋流可以改善雾化效果;如果进气旋流是高温气体,则改善情况更明显。压力的增加仅加快了反应速率,缩短了着火延迟时间,并没有引起着火过程中温度的很大变化。随着燃烧压力的增加,火焰逐步向燃油喷嘴处移动,可通过提高烟气卷吸率增强气旋效果,使火焰更长,燃烧更均匀,避免烧坏油头及燃烧室内部分温度过高等不良后果。

掺混乙醇和水对柴油喷雾燃烧特性的影响

采用预燃式定容燃烧弹系统,可视化研究了掺混乙醇和水对柴油冷态喷雾、蒸发喷雾及燃烧等特征的影响规律.结果表明:掺混乙醇和水会使混合燃油黏度增大,从而使乙醇柴油和掺水乳化柴油冷态喷雾的扩展能力明显低于纯柴油;乙醇和水在高温下的微爆或汽化,不仅能增强混合柴油喷雾的扩展能力,同时也可以促进液滴的分裂,强化油、气的混合;在喷雾燃烧中,3种燃油的滞燃期为纯柴油<乙醇柴油<掺水乳化柴油,这表明乙醇和水的掺入均会抑制柴油的着火,延长滞燃期;乙醇的加入能提高柴油的燃烧效率和燃烧温度并使碳烟的氧化速率增大;水分的加入则可降低燃烧温度和碳烟的生成,加上水煤气反应能促进碳烟的消亡,从而使乙醇柴油和掺水乳化柴油的碳烟排放均比纯柴油小;在上游低温区,掺水乳化柴油的燃烧速度最小,纯柴油最大,在下游高温区则相反,掺水乳化柴油的燃烧速度最大,纯柴油最小,这表明随着环境温度的增高,水分微爆和蒸发对喷雾和燃烧的促进作用越来越显著.

环境温度对掺水乳化柴油喷雾燃烧特性的影响

柴油机中燃用掺水乳化柴油有提高燃烧热效率的潜力,并同时降低碳烟和NOx排放.利用定容燃烧弹台架,对比试验了纯柴油和掺水乳化柴油的燃烧特性,并重点研究了环境温度对掺水乳化柴油喷雾和燃烧特性的影响.结果表明:相比于纯柴油,掺水乳化柴油能明显降低燃烧过程中碳烟的生成量;掺水乳化柴油中水的蒸发和微爆作用随环境温度的升高逐渐增强,能有效促进喷雾雾化和油、气混合过程;随着环境温度的升高,掺水乳化柴油的滞燃期及火焰升举长度均减小,燃烧火焰亮度增大.高环境温度工况下,碳烟前期生成速率和后期氧化速率均增大,使得不同环境温度工况下掺水乳化柴油最终碳烟的排放量相差较小.

斯特林发动机高背压燃烧换热性能影响因素分析

高背压燃烧是斯特林发动机的重要特性之一。通过使用经试验修正后的一维稳态计算方法对斯特林发动机燃烧室进行计算,分析燃烧换热性能的各个影响因素,如燃烧室尺寸、加热管尺寸、翅片尺寸等,明确设计中的关键点,有助于提高整机的燃烧效率,最终提高整机性能。

某型特种发动机传动系统的动力学计算分析

以某型特种发动机为研究对象,采用ADAMS软件建立了其传动系统的刚柔混合多体动力学模型,并对边界条件和相关计算进行设置。通过有限元模态分析和试验模态分析相结合,验证了曲轴柔性化处理的正确性。在该传动系统动力学特性的计算分析中考虑了齿轮啮合冲击力对主轴承受力的影响,得到了较为准确的动力学特性。

聚光碟系统对焦斑直径的影响分析

分析聚光碟对焦斑直径的影响因素,并通过试验加以验证。分析发现聚光碟的制造工艺、跟踪精度、安装后的调整、聚光碟的抗风能力等都会对聚光碟的焦斑直径产生影响。影晌因素的分析可以为聚光碟和接收器的耦合设计以及聚光碟制造工艺的改进提供必要的依据。

基于小波理论的微电网电能质量检测方法应用

微电网作为以分布式发电为主体的新型电网结构,已成为智能电网发展和研究的热点问题。由于微电网电能质量受到新能源特性、逆变器特性和负荷的暂态特性共同影响,具有了变化突然、易受扰动影响、波动剧烈等特点,这就要求对微电网电能质量检测提出了速度快,精度高的要求。针对微电网电能质量特性,利用小波理论对微电网电能质量进行检测。通过小波变换理论进行采样信号的消噪、利用小波相子法进行扰动定位,再利用小波能量阈值法对微电网电能质量突变类别进行识别,最终通过对实际微电网进行建模仿真进行了该检测方法的验证。