柴油/天然气/氢气三燃料化学动力学机理的构建

为探究柴油、天然气、氢气3种燃料在发动机缸内的燃烧过程,构建了含120种组分、612步基元反应的柴油/天然气/氢气(DNH)三燃料机理。对DNH机理进行点火延迟敏感性分析、反应路径分析,调整关键反应指前因子,利用Chemkin验证DNH机理的点火延迟期和层流火焰速度,同时通过计算流体动力学耦合DNH动力学反应机理的方法,对发动机缸内纯柴油、柴油/天然气、柴油/天然气/氢气3种燃烧模式进行验证。结果表明:基于高碳数多组分柴油模型构建的DNH机理,其预测结果与点火延迟期、层流火焰速度试验数据均能良好吻合;计算流体动力学耦合DNH机理的计算结果与实验测量得到的发动机缸内压力和放热率变化一致,DNH机理适用于预测柴油/天然气/氢气三燃料发动机的缸内燃烧过程。

卧式柴油机主轴承润滑特性的影响因素分析

针对自主开发的2D25卧式柴油机,基于弹性流体动力润滑理论,采用AVL Excite Power Unit软件建立了主轴承润滑仿真模型,在考虑内燃机轴瓦与轴承座的弹性变形、轴瓦与轴颈粗糙度的基础上,研究了轴承间隙、轴承宽度、进油口位置和油槽宽度对主轴承润滑特性的影响。研究结果表明:在分析的4个结构参数中,轴承间隙和轴承宽度对主轴承润滑特性影响较大,是主要影响因素,进油口位置和油槽宽度对主轴承润滑特性的影响相对较小,是次要影响因素。随着轴承间隙的增加,轴承平均载荷、轴承平均弯矩、峰值油膜压力和平均机油流出量增加,最小油膜厚度和平均摩擦功耗降低。随着轴承宽度的增加,轴承平均载荷、轴承平均弯矩、峰值油膜压力和平均机油流出量减小,最小油膜厚度和平均摩擦功耗增加。进油口位置和油槽宽度对轴承润滑特性的影响不呈现明显的变化规律。

基于主动制动的半挂汽车列车横摆稳定性控制

为研究半挂汽车列车在高速大转向等极限操作工况下的横摆稳定性控制问题,建立了14自由度的半挂汽车列车非线性仿真模型;提出了牵引车与半挂车独立直接横摆力矩控制的横摆稳定性控制方案,通过牵引车和半挂车车轮的合理选择和主动制动实现横摆控制;以跟踪参考模型的稳态横摆响应为目标,设计了PI横摆稳定性控制器,对牵引车和半挂车分别设计了目标制动车轮的选择决策规则。单移线操作仿真结果表明,基于主动制动的横摆力矩控制可有效改善极限工况下半挂汽车列车的横摆稳定性,牵引车与半挂车进行独立横摆控制可以减小制动车轮选择决策的复杂性,而获得较好的控制效果。

柴油机后处理技术的发展现状及趋势

柴油机后处理技术是实现柴油机满足越来越严格排放限值要求的主要技术。针对现有柴油机所采用的后处理技术,从净化机理、技术特点、净化效果等方面分别分析了净化PM,NOx以及两者同时净化的主流技术和新技术,并对未来的柴油机后处理装置提出了自己的观点和建议,讨论了后处理技术的未来发展趋势。

柴油机催化型颗粒捕集器喷油助燃再生特征

针对在用车辆的排放升级改造,以及满足非道路移动源四阶段排放标准限制要求,该文基于自主开发的喷油助燃主动再生系统,开展了加装DPF(diesel particulate filter)和不同CDPF(catalyzed diesel particulate filter)后处理器的发动机外特性试验和喷油助燃主动再生燃烧试验。结果表明:催化剂负载量为530g/m^3的CDPF,对外特性下发动机的动力性和经济性影响较小,并为碳烟再生提供了充足的NO_2组分,因而其最大排气压差比DPF低8.8kPa。630℃时无二次供气的CDPF其再生效率高达96.4%,载体最高温度比DPF低31℃;采用二次供气速率1.25L/s、时长180s,继续供气速率0.625 L/s、时长420 s的再生方案,600℃时CDPF的再生效率为83.2%,载体最高温度比无二次供气时降低了64℃;进行停机再生与怠速再生时,催化剂负载量为530 g/m^3的CDPF具有更好的再生特性,其停机再生效率为76.4%,怠速再生效率达到88.5%。本研究对开发安全、高效的主动再生系统具有借鉴意义,并可为催化条件下的主动再生策略研究提供数据支撑。

柴油机CDPF被动再生特性及机理分析

为了探究CDPF(catalyzed diesel particulate filter)的再生性能及再生机理,该文利用发动机试验台,分别对催化剂负载量为0、530和636 g/m^3的3组CDPF开展耐久循环工况下的再生特性试验研究。试验结果表明,测试过程中被动再生消耗NO2,530 g/m^3 CDPF(CDPF1)在大负荷工况下,后端NO2浓度低于前端,随着催化剂负载量增加,636 g/m^3 CDPF(CDPF2)的后端NO2浓度高于前端。在耐久循环的首个3000 r/min、100%负荷工况时,CDPF1与CDPF2的排气压降比DPF(diesel particulate filter)低约14 kPa。耐久循环测试中,CDPF1的再生效率为87.5%,CDPF2的再生效率达到93.1%。利用量子化学密度泛函理论DFT(density functional theory),构建了组成Soot的大分子菲与NO2,在Pt(111)晶面氧化为CO和CO2的反应模型。通过DFT计算呈现NO2的N=O化学键断裂、解离产生的活性氧O与菲基的1号C在Pt晶面滑移并结合的反应历程。利用DFT计算得到的化学反应动力学参数,对CDPF1进行再生过程的一维仿真计算,排气压降的模拟值与试验值误差范围在3%以内。研究结果可为提高CDPF再生效率提供理论依据与工程指导。

活塞二阶运动对非道路高压共轨柴油机振动及噪声影响分析

活塞敲击是柴油机主要的振动和噪声源,其主要原因是活塞在其与缸套的间隙中做横向和偏摆的二阶运动,因此研究活塞设计参数对活塞二阶运动的影响,优化活塞动力学特性,对于发动机减振降噪具有重要意义。以某非道路四缸高压共轨柴油机为研究对象,建立活塞动力学计算模型以及整机多体动力学计算模型,通过机体和曲轴的模态试验,验证了有限元模型的准确性;采用正交设计方法,研究了活塞销偏置量、活塞裙部中凸点位置、配缸间隙对活塞动力学、整机振动与噪声的影响。研究结果表明:活塞配缸间隙对活塞敲击能量、活塞敲击力、活塞所受力矩影响最大;对发动机振动噪声敏感性分析显示,活塞销偏置是影响发动机振动与噪声性能的关键因素。

基于EDEM-CFD的柴油机DPF孔道内积碳层堵塞特性研究

为探究柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)内部积碳层运动引起的堵塞故障,该研究采用积碳层运动与分布可视化试验,并结合离散单元法(E-Discrete Element Method,EDEM)与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),分别对对称、非对称(ACT)结构D型及O型3种DPF孔道内部的流场压降、积碳层运动及堵塞特性进行分析。结果表明:3种结构的DPF进气孔道中心流速相差较小,但排气孔道中心流速相差较大,ACT结构O型排气孔道的出口流速最快,比对称结构快47 m/s;ACT结构O型的静压差最大,是ACT结构D型静压差的1.4倍,是对称结构的3.3倍;在3种结构的DPF进气孔道中,90%以上的积碳层发生了运动,对称结构的堵塞最严重,在进气孔道前、中、后段均形成了堵塞;ACT结构D、O型DPF的堵塞程度较轻,在进气孔道中、后段形成堵塞,且O型堵塞情况好于D型;积碳层密度越大,堵塞位置越靠近进气孔道入口端,导致进气孔道的有效空间减少;积碳层密度越大,进气孔道内的最大堵塞密度反而减小,表明气体通过堵塞段的流通性能有所改善。相比之下,对称结构DPF的孔道堵塞虽严重,但未经碳加载时的静压差小于2.4 kPa,而ACT结构的孔道堵塞程度轻,静压差却极大,D型最高可达6.3 kPa、O型可达9.1 kPa。研究结果可为解决DPF孔道堵塞问题提供理论依据与工程指导。

柴油机噪声测试与分析系统的开发及应用

基于近场声全息(NAH)技术及空间快速傅里叶变换(FFT)算法,利用虚拟仪器软件Labview开发了柴油机噪声测试与分析系统;对系统中的数据采集模块、NAH模块、仿真程式模块进行了分析;通过已知声源进行仿真模型校正,该系统具有对噪声进行频域分析及识别的功能。该文以直列四缸涡轮增压柴油机为测试对象,在次推力侧主要对1800r/min、3000r/min两转速工况进行了测试及声压级分析;对主推力侧、发动机前端寻找最大声压级。结果表明:系统仿真时能准确识别已知声源信号;1800r/min工况下,噪声幅值较大区域主要有:油底壳、带轮端、发电机与带轮端相接处等。3000r/min工况下,在气缸盖罩、带轮端、下缸体等位置产生了较大噪声;主推力侧、发动机前端都在高转速3600r/min,1410-2820Hz频段内出现最大声压级。

气固热耦合对微尺度气浮轴承微振动的影响

基于气体润滑理论和稀薄气体动力学,结合边界滑移和气固热耦合分析技术,研究考虑温度影响引起的气浮轴承气膜局部变形问题对气旋与微振动的影响。研究结果表明:气膜的最大形变量随温度升高呈线性增长;考虑热耦合的气旋移动速度要明显小于传统数值分析方法所得结果,且耦合条件下不同工作温度对气浮轴承微振动的影响也不相同;结合实验可得,随温度的升高,微振动强度逐渐降低,但温度升高并不改变其固有频率;不同气体环境影响着气旋的移动速度和微振动强度,其中分子数大小起主要影响作用。实际工作过程中应充分考虑环境因素带来的影响以减小微振动。

气动量仪锥度管内流场对浮标稳定性分析

从绕流问题入手,通过流场分析研究发现气流自下而上经过浮标后会引发尾部紊流和涡旋。随着涡旋移动脱落,湍动流场就会呈现脉动压力以交变形式作用于浮标两侧,引发浮标左右摇摆,示数不稳。进一步在浮标尾部设计增加不同长度和角度的导向面,通过对尾部流场引流来降低尾部旋涡的影响;同时增强引流导向区局部气阻提高浮标的工作稳定性。研究发现:当导向面长度增大至2 mm时,浮标与锥度管道内壁气流刚度增强,浮标偏转角由8°降低至0.5°。当导向面角度超过10°时,受科恩达效应的影响,浮标出现相对低压区,偏转角超过15°。