湍流射流点火预燃室射流孔对甲醇发动机性能及排放影响的研究

基于一台四冲程单缸发动机开展预燃室结构和射流孔直径对湍流射流点火(turbulentjetignition,TJI)甲醇发动机性能和燃烧特性的影响研究．试验采用直单孔和斜三孔两种类型预燃室射流孔，根据预燃室是否喷射甲醇，预燃室可分为主动式预燃室和被动式预燃室．结果表明，预燃室射流孔直径过大会使射流强度减弱，进而导致主燃烧室燃烧速率降低，不利于稀薄工况下的稳定燃烧；预燃室射流孔过小则会导致节流损失和淬息作用增强，造成稀薄工况缸内燃烧恶化，且污染物排放增加．稀燃工况下，对于直单孔预燃室，4 mm直单孔预燃室性能表现较好，可产生较强的射流，拓宽发动机稀燃极限、提升燃烧稳定性，同时降低指示油耗率，减少污染物排放．预燃室结构不同时，斜三孔预燃室可产生与活塞表面平行的射流火焰，TJI甲醇发动机获得更好的动力性与燃油经济性，且污染物生成较少；同时，斜三孔预燃室可在主燃烧室产生多股射流，提供分布更加广泛的点火源，促进缸内快速燃烧，有效提升稀燃工况下的燃烧稳定性．不同发动机负荷下，斜三孔预燃室的使用可使发动机获得更好的燃烧和排放性能；TJI甲醇发动机具有较好的经济性和燃烧稳定性，同时，缸内燃烧速率更高，...     

不同压缩比对湍流射流点火发动机性能和爆震影响的试验研究

本文基于一台四冲程单缸发动机开展了不同压缩比对湍流射流点火(TJI)汽油发动机性能和爆震特性的影响研究,试验所采用的压缩比为9、11、13和15,在每个压缩比工况下对不同过量空气系数λ进行研究．结果表明,高压缩比可以拓展湍流射流点火汽油发动机的稀燃极限,压缩比15工况下,可以实现λ=3稳定燃烧．增大压缩比并配合预燃室喷油可缩短发动机燃烧的滞燃期和燃烧持续期,进而提高射流点火发动机燃烧效率．1.4<λ<1.9时,随着过量空气系数增加,主燃烧室内混合气变稀,滞燃期和燃烧持续期在低压缩比工况(CR=9、11、13)呈上升趋势,此时主燃烧室混合气浓度对燃烧过程的影响占主导作用;但是随着压缩比逐渐升高至15,滞燃期和燃烧持续期的上升趋势不再明显;而当λ>1.9时,主燃烧室混合气过于稀薄,此时预燃室射流火焰对主燃室燃烧的影响增强．试验还发现,射流点火发动机和普通火花塞点火发动机在压力振荡方面存在较大差异,射流点火发动机的压力振荡从燃烧初期阶段开始一直持续到燃烧结束,这主要是由于高温射流对主燃室多点点火造成的压力振荡．在高压缩比和较浓混合气工况下,射流点火发动机可能还会发生早燃,因...     

直喷式柴油机燃用F-T柴油时燃烧特性的研究

根据实测的喷油器针阀升程和示功图，对一台单缸、直喷式柴油机燃用Fischer—Tropsch（F—T）柴油时的燃烧放热规律进行了计算，并系统分析了其燃烧特性．研究结果表明：与0号柴油相比，F—T柴油的喷油延迟角和喷油持续期稍长，滞燃期平均缩短了18．7％，预混燃烧放热峰值平均降低了26．8％，扩散燃烧放热峰值较高，快速燃烧期较短，燃烧持续期相当；燃用F—T柴油时的最高燃烧压力略低，最大压力升高率显著降低，燃烧噪声和机械损失较小，有效燃油消耗率和有效热效率得到了改善．     

车用直喷式柴油机燃烧压力振荡控制的研究

针对柴油机缸内燃烧压力振荡对发动机工作过程产生的重要影响，试验研究和理论分析转速、负荷、喷油提前角等对直喷式柴油机燃烧压力振荡的影响．研究结果表明：随着运行参数的变化，柴油机的滞燃期发生了变化，从而影响了滞燃期内喷入气缸的燃油量，严格控制滞燃期可以有效地降低燃烧压力振荡强度．缸内燃烧压力振荡的研究，为改善柴油机的缸内燃烧过程及其工作过程的可靠性提供了依据．     

柴油机燃用生物柴油燃烧与排放

研究了柴油机燃用0号柴油和生物柴油的燃烧放热规律．通过对燃烧特征参数的计算分析，发现生物柴油的燃烧始点有所提前，滞燃期缩短；燃烧初期放热尖峰出现时刻对应的曲轴转角有所提前，瞬时放热率峰值下降；燃烧持续期延长．同时还比较了柴油机燃用生物柴油和0号柴油的经济性和排放特性，发现燃油消耗率增加12％，而各种排放污染物除NOx略有上升外，CO、HC和颗粒物PM均显著下降．     

旋流式掺混结构对SPATR补燃室性能影响仿真研究

基于一种SPATR补燃室入口构型,设计了旋流式掺混结构,并采用数值仿真方法对不同掺混结构作用下补燃室的掺混燃烧性能进行了对比分析。结果表明:燃气以旋转方式进入补燃室能够显著减小补燃室中心轴处的低温核心区,空气以旋转方式进入补燃室会增大补燃室的总压损失,两者以旋转方式进入补燃室均能够增强掺混燃烧效果,提升补燃室的掺混燃烧性能,双旋掺混结构对掺混燃烧性能提升效果最好。     

二甲醚/甲醇均质压燃的燃烧特性

为开究二甲醚/甲醇均质压燃的燃烧特性，在单缸发动机上进行了二甲影甲醇均质压燃的试验研究．结果表明，随二甲醚浓度增加，主燃烧时刻提前，燃烧持续期缩短，放热率峰值升高；随甲醇浓度增加，低温反应变得不明显，主燃烧时刻推迟，燃烧持续期延长，因此通过调节2种燃料浓度可以有效控制均质压燃燃烧过程．在均质压燃正常燃烧范围内，燃烧效率和指示热效率随二甲醚浓度的增加而提高，随甲醇浓度的增加而降低，通过采用较浓的二甲醚可以获得比较高的指示热效率值，试验中在较高负荷采用高浓度二甲醚时，指示热效率达到48％．     

汽油机燃烧时间特性的研究

报道了所研制的一套光学燃烧传感器。利用此传感器，测量了一台单缸二冲程汽油机的着火延迟期、燃烧开始时刻、燃烧结束时刻和燃烧持续期；同时研究了汽油机不同空燃比对这些时间参数的影响．实验表明，利用燃烧过程中缸内的光辐射强度信号，可以方便、准确地测量出汽油机各个燃烧时间参数的大小，并且发现，在所测试的范围内，随着空燃比的增大，着火延迟期缩短，燃烧开始时刻提前，燃烧持续期延长。实验结果为进一步深入研究时间反馈控制电控汽油机燃烧过程提供了有用的数据。     

预燃室火花塞式天然气发动机燃烧性能试验

为研究装配预燃室火花塞对天然气发动机燃烧性能的影响,本文基于发动机试验台架,对其燃烧性能进行了试验研究。首先,基于试验对象,搭建发动机试验台架。随后,基于上述试验平台,分别研究预燃室火花塞的燃烧特性、空燃比特性及点火提前角特性。通过试验发现,相较于普通火花塞,预燃室火花塞可以有效提高缸内燃烧压力与燃烧速率,增强发动机动力性能,但同时会增大缸内压力升高率,导致NOx排放增加,发动机工作粗暴;预燃室火花塞稀燃特性有所下降,当提高空燃比时,更容易出现失火现象;预燃室火花塞可显著提升发动机经济性能,且最佳点火提前角有所减小。     

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。     

汽油机燃烧时间特性的研究

报道了所研制的一套光学燃烧传感器。测量了一台单缸二冲程汽油机的着火延迟期、燃烧开始期、燃烧开始时刻、燃烧结束时刻和燃烧持续期；同时研究了汽油机不同空燃比对这些时间参数的影响。实验表明，利用燃烧过程中缸内的光辐射强度信号，可以方便、准确地测量出汽油机各个燃烧时间参数的大小。并且发现，在所测试的范围内，随着空燃比的增大，着火延迟期缩短，燃烧开始时刻提前，燃烧持续期延长，实验结果为进一步深入研究时间反馈     

高比例甲醇柴油双燃料发动机燃烧与排放特性的研究

在一台TY1100单缸柴油机的进气管上安装了一套电控甲醇喷射装置，进行了高比例甲醇柴油双燃料发动机燃烧和排放特性的试验研究．研究表明：在相同的平均有效压力和转速条件下，随着甲醇质量分数的增加，双燃料燃烧的滞燃期增加，主燃期缩短，放热率曲线第1峰值增大，第2峰值减小，表明预混燃烧量增加而扩散燃烧量减少；高负荷时放热率曲线型心向上止点靠近，燃烧等容度提高，当量柴油燃料消耗率显著下降；在高比例甲醇柴油双燃料工作模式下，发动机的HC和CO排放有所升高，但Nq和碳烟排放大幅度下降．     

引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性的影响

在一台TY1100单缸柴油机的进气管上安装了一套电控甲醇喷射装置，采用柴油引燃甲醇方式，开展了引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性影响的研究．结果表明：在相同的平均有效压力和转速下，随着引燃油量的减少，双燃料燃烧的滞燃期延长，主燃期缩短，缸内气体最高爆发压力和最大压力升高率在高负荷时增加，放热率曲线第1峰值增大，第2峰值减小，表明预混燃烧量增加而扩散燃烧量减少；高负荷时放热率曲线型心向上止点靠近，燃烧等容度提高，燃油经济性改善；提高转速和增大供油提前角，最大放热率和最大压力均增加．     

柴油机燃用乙醇-柴油-汽油混合燃料的试验研究

以汽油为助溶剂配制出均匀稳定的乙醇-柴油-汽油混合燃料，在单缸四气门135柴油机上对燃用不同配比混合燃料及使用不同油嘴型式进行了性能试验。结果表明：燃用适当配比的乙醇-柴油-汽油混合燃料，柴油机动力性、经济性基本不变，碳烟和NOx排放下降明显；着火滞燃期延长，缸内平均温度下降，燃烧速率加快，燃烧持续期缩短；当使用HL伞喷油嘴燃用E20G15燃料时，着火滞燃期进一步延长，油气混合速率和混合气均匀度明显提高，在整个工况范围内，气缸压力和缸内平均温度均较低，碳烟和NOx排放同时降低，其燃烧过程具有明显的热预混合燃烧特征。     

二甲基醚发动机工作过程的数值模拟研究

以二甲基醚着火反应机理和热力学燃烧模型为基础,建立了二甲基醚着火数据库及发动机工作过程的数学模型,藉此进行了发动机的循环模拟计算．计算结果与验证实验结果对比表明,Wiebe模型、Watson模型和Whitehouse-Way模型均可应用于二甲基醚发动机工作过程的模拟计算．应用化学反应动力学模型对DME发动机着火过程模拟计算结果所建立的着火数据库表明,滞燃期是缸内温度、压力和燃空当量比的函数,在一定的燃空当量比范围内,着火滞燃期随燃空当量比增大而变小．而采取将着火数据库与Watson燃烧子模型相耦合的模拟计算能够与实验结果相吻合。     

冲压增程炮弹补燃室内铝镁推进剂燃烧流场数值模拟

为研究镁对补燃室内燃烧的影响,利用概率密度函数模型和颗粒轨道模型,对冲压增程炮弹补燃室铝镁推进剂的二次燃烧流场进行了三维数值模拟。铝颗粒的燃烧采用蒸发扩散模型进行控制,湍流模型采用标准k-ε两方程模型。考虑镁质量分数、铝颗粒直径的影响,得出了产物组成、温度等发动机参数的变化趋势。结果表明:冲压增程炮弹补燃室头部有两处扩散火焰峰面,然后在补燃室中部混合成为一个火焰;随着镁质量分数由0%增加到15%,铝颗粒的燃烧效率由15%提高至35%;在镁质量分数相同的情况下,随着铝颗粒直径的增大,铝颗粒的燃烧效率减小。     

氨/氢燃料射流点火船用发动机燃烧特性

为突破氨在发动机中的燃烧局限性,促进氨燃料高效快速燃烧,提出了一种利用氢气射流火焰点燃氨燃料的方案。通过向主动式预燃室供给氢气,进气道内预混氨/氢燃料,实现氨在大缸径船用发动机上的稳定高效燃烧。基于数值模拟计算方法,在改进了Otomo氨/氢机理基础上,探究了进气温度、掺混氢气的质量分数和主燃室当量比对氨/氢燃料着火与燃烧特性的影响。研究结果表明,射流火焰可以在主燃烧室形成燃烧所需的热力学环境和高活性热射流。在当量比为0.4、不掺混氢气的条件下,450 K进气温度可以实现氨燃料发动机的稀薄燃烧,在掺混氢气的质量分数较低时,射流点火对火焰发展促进作用更显著;掺混氢气的质量分数提高至10.0%可以使燃烧相位提前18°,但爆震风险增加;在进气温度为320 K和掺混氢气的质量分数为2.5%条件下,主燃室在当量比最小为0.45时可正常着火,但随着更接近理论空燃比的燃烧,指示热效率略有提升,主动预燃室氢射流点火的燃烧模式在实现氨发动机高效快速燃烧方面具有良好的潜力。     

含硼固体火箭冲压发动机中燃气旋流角对补燃室的影响

为了优化含硼固体火箭冲压发动机的补燃性能,采用涡团耗散湍流燃烧模型和颗粒轨道模型,建立了补燃室两相流燃烧模型;采用计算流体力学软件对补燃室内的流动和燃烧进行了模拟仿真.通过对流场计算结果的分析探讨得出结论:补燃效率随着旋流角的增加存在最佳值,硼颗粒的点火和燃烧条件随旋流角的增加而得到优化.     

煤粉予燃室锅炉的试验研究

煤粉予燃室是一种新型的煤粉燃烧方式。北京锅炉厂制造的SHF—20(?)13型锅炉在采用煤粉予燃室后,锅炉炉膛体积热负荷高达240×10~3[大卡/米~3时],锅炉外形尺寸大为缩小,约可节省钢材35％。 煤粉予燃室经过改进,采用了Ⅱ、Ⅲ型予燃筒,35°平面叶片旋流器并加装风粉均匀板,在燃烧灰熔点高的烟煤时,已可连续运行15天以上。试验研究说明煤粉予燃室是可能很有前途的。     

固体火箭冲压发动机一体化燃烧特性数值分析

为研究固体火箭冲压发动机性能,采用计算流体力学方法对包含进气道及补燃室的一体化燃烧流场进行数值分析,研究可燃燃气进口条件、飞行攻角以及进气道与补燃室过渡连接方案对补燃室掺混燃烧的影响。研究结果表明：燃气流量为0.08Kg/s时,燃气射流出现偏移,补燃室两侧壁面温度相差较大,燃气流量为0.3Kg/s时,燃气偏移现象基本消失;随着燃气流量增大,发动机推力增加;攻角增大使得进气道流量系数增大,强化空气与燃气混合燃烧效果,并最终提升发动机推力。进气道与补燃室的过渡连接方式影响进气角度,本课题通过改变过渡连接方式将进气角度从50°增加至90°后,燃气流量为0.3Kg/s时,发动机推力提高10%,但会导致补燃室总压损失增大,发动机比冲降低2%。