火花点火式天然气发动机的准维燃烧模型

近十年来，由于能源和环保的要求，火花点火天然气发动机以高效、低污染燃烧的优点正在迅速发展。为了分析和研究这种发动机的燃烧过程，预测多种参数变化对性能的影响，建立了火花点火式天然气发动机的准维燃烧模型。根据倒拖发动机的实验结果，对缸内紊流的衰减和产生进行了模化，提出了缸内紊流强度计算的方法。试验表明，模型的计算值和试验值具有很好的一致性。该模型计算精度高、工程应用方便，为缸内燃烧过程分析、性能预测提供了一种有效的工具。     

通道尺寸对热面点火天然气发动机工作过程的影响

针对缸内直喷压燃式天然气（CNG）发动机低负荷循环波动大及高负荷NOx排放偏高的问题,设计开发了涡流室式热面点火燃烧系统,研究了涡流室通道尺寸对缸内天然气空气混合气形成、着火燃烧及发动机运转特性的影响．结果表明：选择直径较大的涡流室通道,发动机起动性能较好且缸内混合气燃烧持续期短,对改善发动机的有效热效率有利;选择直径较小的涡流室通道,主副燃烧室内混合气的浓度分层效果明显,能够实现两级燃烧过程,有利于降低发动机循环波动,扩展功率范围及改善NOx排放。     

HS-990发动机缸内工作过程模拟计算

根据HS-990型发动机缸内工作过程的特点，建立了缸内工作过程准维模型，并恰当地确定了计算的边界条件。发动机缸内工作过程的计算结果与实测值能够较好地吻合证明了模拟计算的正确性。应用本模型可以预测结构参数变化对发动机性能的影响。     

柴油机缸内局部瞬态对流换热的模型预测

在电机倒拖运行内燃机传热模型的基础上，考虑实际柴油机着火工作时燃烧放热率及燃烧引起的紊流运行对缸内传热的影响，发展了一个柴油机燃烧室局部瞬态对流换热预测模型，模型数值计算采用了ＳＩＭＰＬＥ算法，与不同转速，负荷，进气涡流比和压缩比时传热率的实测结果表明，本文着建立的模型能较好的预测不同参数变化时的局部瞬态对流换热。     

双通道涡流室式柴油机不同主燃烧室结构参数流场分析

本文以BH175F-1的双通道涡流室燃烧系统为研究对象。研究了双通道涡流室燃烧系统的缸内气体运动,并且通过改变ω主燃烧室的结构参数来研究不同主燃烧室结构参数对双通道涡流室式柴油机的缸内气体运动的影响。对比分析压缩上止点后主燃烧室的流场表明:适当的增加导流槽的角度可以改善主燃烧室的缸内运动,但是导流槽角度过大会使缸内气体运动恶化;在ATDC 20°CA(压缩上止点后20°)、ATDC 30°CA时,S1(主燃烧室阀坑深度2.5 mm)、S2(主燃烧室阀坑深度3.5 mm)在进排气阀坑形成完整的旋转涡流,涡核中心与进排气阀坑的几何中心重合。S1在对应的主燃烧室位置上气体运动速度较S2大。减小主燃烧室的深度有利于组织缸内二次涡流;W1(主燃烧室阀坑向进气阀坑一侧偏移1 mm)、W2(主燃烧室阀坑向进气阀坑一侧偏移1.5 mm)、W3(主燃烧室阀坑向进气阀坑一侧偏移2 mm)在阀坑形成较完整的二次涡流。从涡流的组织和气体运动速度分布可以看出,W2较W1、W3的缸内运动较好且分布区域较广。     

涡流室式紊流燃烧柴油机中涡流室的流场特性

通过FLUENT动网格技术模拟涡流室式紊流燃烧柴油机在活塞从下止点运动到曲轴转角为2°的喷油时刻缸内气体的流动特性,得出涡流室和气缸内气体的流场矢量图、湍流变化图、压强变化图和温度变化图。研究结果表明:活塞从下止点运动开始,气缸内空气被活塞压缩进入涡流室中,并在涡流室内部形成涡流;随着压缩的不断进行,涡流室内气流运动速度逐渐增加,并且流场逐渐由紊流变化成为涡流,室内压强和温度也逐渐升高,至曲轴转角为2°的喷油时刻,喷油孔附近空气流速约为24.1 m/s,压强约为2.3 MPa,温度约为845 K,在此状态下能较好地满足机内柴油的混合及燃烧需要。     

四气门发动机可变进气结构的斜轴涡流特性

为了研究滑动式可变进气结构对缸内斜轴涡流特性的影响．利用稳流气道试验台对这种可变进气结构的涡流和滚流进行了实验，采用特定方法计算了可变进气结构的缸内斜轴涡流特性．研究表明，在这种可变进气结构作用下，缸内气体运动不再是单纯的涡流运动或滚流运动，而是斜轴涡流运动；并在一定进气门及进气道出口结构前提下，存在一个临界的气门升程；在临界气门升程以后，缸内开始形成较为稳定的斜轴涡流运动；这种可变进气结构可有效地调节斜轴涡流运动的组成．除具有纯滚流特点的S1阀片位置外，缸内气体斜轴涡流运动强度与单边气道截面被遮住的面积成正比．     

“柴油机缸内气体运动的实验研究”成果通过鉴定

我校船舶和海洋工程系内燃机教研室吴承雄副教授等六人科研组,承担湖北省自然科学基金资助的“柴油机缸内气体运动的实验研究”项目,1992年8月26日在湖北省科委主持下通过了技术鉴定.本项目采用先进的激光测速技术测量了多种活塞顶燃烧室的缸内紊流场,得到不同燃烧室结构缸内切向平均速度和轴向平均速度,紊流强度的定量分布,进气和压缩过程中缸内紊流的形成、发展和衰减的变化规律,以及发动机转速对缸内紊流场和挤流的影响.并根据大量的实测数据,认真分析了不同燃烧室形状和结构,燃烧室偏心,进气门偏置,活塞运动的规律对缸内旋流、绕水平轴的滚流以及紊流强度分布及变化特点的影响.参加鉴定的同行专家一致认为,本项目取得的这一研究成果,目前在国内柴油机缸内流动的实验研究中处于领先水平.     

缸内气体流动的模拟分析

应用自编ＦＬＯＷ软件，对缸内气体流动进行计算，并分析了挤流面积、初始涡流比、燃烧室形状对缸内气体流动的影响．     

螺旋进气道设计参数对涡流比影响的数值分析

采用计算流体力学软件Converge对一款车用柴油机进行了气道和缸内流动的数值计算,主要研究柴油机螺旋进气道结构设计参数对缸内涡流比的影响.通过修改螺旋进气道的3个主要结构设计参数,研究了其对缸内涡流比的影响规律.结果表明:当单独改变螺旋室高度、涡壳切割量以及螺旋进气道转角3个结构设计参数,使其取值分别为13mm,1.27mm以及0°时,缸内涡流比获得最大值;同时修改多个结构设计参数时,其对涡流比的影响存在相互制约的作用;通过Converge软件实现了螺旋进气道多结构参数的数值研究,对实际气道的设计具有重要的指导意义.     

基于CFD双通道涡流室式柴油机缸内气体流动模拟研究

以BH175F1柴油机涡流室系统为研究对象,将镶块单通道改进为双通道结构,考虑启动孔,基于计算流体力学技术(Computational Fluid Dynamics,CFD)对单通道涡流室系统和双通道涡流系统从进气门关闭时刻到上止点时刻缸内气体流场特性进行数值模拟,得到单通道与双通道涡流室系统缸内速度矢量图和压力云图。研究表明:随着曲轴转角从588°CA到720°CA,气体逐渐被挤压进涡流室,单通道涡流室与双通道涡流室内形成相似涡流,单通道涡流室内平均气体流速较大,双通道涡流室内涡流流速分布较为均匀。初期缸内压力大于涡流室内压力,涡流室内逐渐形成涡流,涡核区域压力最低,近壁面区域压力较高,其中涡流室内气流运动拐角处压力最大,单通道涡流室内压力最大达到4.43MPa,双通道涡流室内压力最大达到4.42MP。     

二冲程柴油航空发动机混和扫气数值仿真

 为建立某型二冲程柴油航空发动机气缸内部三维扫气模型和缸内气相流动数学模型,并对气口结构进行分析,采用分块耦合方法和应用黏接技术对模型进行网格划分,使用GT-power 获取仿真边界条件,利用Fluent 软件对缸内气体流动进行三维数值模拟。研究结果表明：横流扫气在弱流动区域容易形成扫气盲点;回流扫气可以形成较好的径向涡流,但轴向涡流速度较低,降低扫气效率;混合扫气能减小扫气盲区,形成较好的螺旋涡和速度较高的轴向涡流,与回流、横流扫气相比,排气速度提高12.6%和125.2%,极大地提高了扫气效率。     

进气门布置对汽油机进气过程的影响

采用三维数值模拟的方法对某摩托车发动机进气过程的气体流动进行了瞬态模拟,通过分析速度、压力、湍动能分布及定量计算缸内进气充量、缸内平均压力、平均湍动能等参数,研究了不同进气门倾角布置对进气过程的影响．计算结果表明,采用较大的进气门倾角对进气过程有利．     

涡流室柴油机工作过程中若干问题的研究

建立涡流室柴油机放热规律的热力学计算模型和缸内工作过程的零维模型。在缸内工作过程计算中,采用了双韦伯函数作为计算模型,探讨了两个至关重要的参数－流量系数和传热系数的影响及它们的确立。针对S195型柴油机的不同工况进行了放热分析和循环模拟,并对计算结果进行了对比分析和探讨。     

涡流室式柴油机工作过程计算中若干问题的研究

建立涡流室式柴油机放热规律的热力学计算模型和缸内工作过程的零维模型 在缸内工作过程计算中 ,采用了双韦伯函数作为计算模型 探讨了两个至关重要的参数———流量系数和传热系数的影响及它们的确立 针对S1 95型柴油机的不同工况进行了放热分析和循环模拟 ,并对计算结果进行了对比分析和探讨     

高涡流中空间喷雾混合三维计算研究

应用紊流射流的积分方法建立了高涡流中空间喷雾混合的数学模型,利用该模型可对高涡流中的空间燃油喷雾混合进行二维或三维的计算机预测分析.模型计算结果与实测数据吻合较好.     

二冲程发动机气流数值计算数据库技术研究

讨论了二冲程发动机扫、排气道和气口气缸内气体流动数值计算可视化数据库技术,采用合理的数据结构及约束管理机制,提出了一种面向对象的数据库结构化模块设计方法．以１Ｅ５２ＦＭ二冲程发动机气体流动数值计算可视化为例,设计和开发了一个数据库管理系统．     

快速压缩机缸内温度不均匀性及其对自燃的影响

快速压缩机中活塞运动产生涡流会导致缸内温度分布不均匀,并对自燃时刻产生显著影响.针对这一问题,对不同活塞缝隙下缸内温度不均匀性及其对自燃时刻的影响进行了研究.首先,建立了Fluent网格模型并耦合氢气详细化学反应机理,研究了无缝隙活塞缸内温度场及自燃过程;然后,对不同活塞缝隙结构进行缸内温度场的数值模拟,确定最佳活塞缝隙结构;最后,对比了基于CHEMKIN、Livengood-Wu积分以及Fluent 3种方法获得的自燃时刻.结果表明:无缝隙活塞缸内未受涡流影响区域先发生自燃,并引发明显火焰传播.体积为原燃烧室体积9.5%,左右的活塞缝隙能很好抑制涡流产生.Livengood-Wu积分在预测快速压缩机缸内气体,尤其是缸内受涡流影响区域气体的自燃时刻时具有较高的准确性.     

一种计算涡流室式柴油机工作过程的数学模型

本文提出了一种预测涡流室式柴油机工作过程和整机性能的数学模型,计算结果与实测值的比较说明,它可以反映喷油过程及发动机结构参数、运转参数对涡流室式柴油机工作过程和性能的影响,计算简单,便于推广.     

二冲程发动机气流数值计算数据库技术研究

讨论了二冲程发动机扫，排气道和气口气缸内气体流动数值计算可视化数据库技术，采用合理的数据结构及约束管理机制，提出了一种面向对象的数据库结构化模块设计方法。以ＩＥ５２ＦＭ二冲发动机气体流动数值计算可视化为例，设计和开发了一个数据库管理系统。