天然气掺氢发动机性能试验

以台架实验的方法,对发动机燃用天然气(CNG)和天然气掺氢(HCNG)燃料的动力性和排放性能进行了对比研究.结果表明,发动机燃用天然气掺氢燃料能够加快缸内燃烧过程,改善CNG发动机稀燃性能,降低发动机排温.与纯天然气发动机相比,其排放物CO、CO2、HC得到降低,同时NOx排放量增加,但随着过量空气系数的增大,发动机NOx排放大幅减少,得到较优的排放性能.     

过量空气系数对HCNG发动机燃烧排放的影响

为了使天然气掺氢(HCNG)发动机达到更好的经济性和排放性,在一台6缸天然气发动机上研究了过量空气系数(λ)与掺氢体积比对HCNG发动机燃烧、效率及废气排放的影响.结果表明: 对各种掺氢比燃料,随着λ增大,最大燃烧放热率都降低,燃烧持续期增加,发动机指示热效率、 NOx排放先增后降, CH4、 CO排放先降后增;掺氢天然气相对纯天然气燃烧持续期缩短,因此HCNG发动机相对纯天然气发动机经济性和排放性更好.对于发动机的每个工况,都存在一个最佳的λ, 使得发动机的各种性能达到最优平衡.     

直喷发动机燃用天然气掺氢混合燃料的性能与排放

对缸内直喷火花点火发动机燃用天然气氢气混合燃料时的性能与排放进行了试验研究．研究结果表明：在喷射脉宽一定的条件下，当天然气掺氢比例小时，平均有效压力和热效率有所下降，当掺氢比例达到一定值（即氢的体积分数为5％～10％）后，平均有效压力和热效率增加，此现象在稀混合气条件下更加明显，表明天然气掺氢对稀混合气燃烧过程的改善有显著作用；发动机HC和CO2的排放浓度随天然气中掺氢比例的增加而下降，原因是掺氢增加了混合燃料中氢碳的量的比值和混合气过量空气系数；在稀混合气条件下，发动机的NQ的排放浓度随掺氢比的增加而有所降低，CO的排放浓度基本上不随掺氢量的改变而改变。     

喷射时刻和掺氢比对直喷发动机燃烧特性的影响

在缸内直喷火花点火发动机上对天然气掺混氢气的体积分数为0％～18％的混合燃料不同喷射时刻下发动机的燃烧和排放特性进行了试验研究．研究结果表明：对于给定的喷射持续期和点火时刻，喷射时刻对发动机性能、燃烧和排放有较大影响，喷射太迟燃烧持续期长，放热速率慢，喷射过早会导致充量系数下降；对于给定转速，发动机存在一个最佳的喷射时刻，此时缸内最高压力升高率和最高燃气平均温度高，燃烧持续期短，燃烧过程定容度高，发动机热效率高，HC排放低；在同一喷射时刻下，当氢气的体积分数小于10％时，HC排放略有上升，当氢气的体积分数达到18％时，发动机HC排放与纯天然气排放水平相当；掺氢对NOx、CO和CO2排放影响不大．     

掺氢对燃气轮机燃烧室燃烧和排放性能的影响研究

为了研究以天然气为燃料的干式低排放（DLE）贫预混（LP）燃烧室改用氢燃料时的性能变化和掺氢极限,满足低碳排放燃机安全可靠运行的要求,以某F级发电用重型燃气轮机燃烧室为研究对象,数值研究了天然气/氢气混合燃料不同掺氢比（H₂体积分数0～100%共6种工况）对燃烧室燃烧和排放性能的影响,分析了燃烧室可能出现的问题。研究表明,燃用天然气的LP燃烧室在改用氢燃料时,存在着回火的巨大风险,在掺氢比达40%时回火导致的燃烧器喷口高温区域明显,在更高的掺氢比下存在烧毁的可能,且高氢条件下回火发生且向上游传播,为机组运行带来巨大的安全问题。中心以扩散方式工作的值班燃烧器不存在回火风险。产物中CO和CO₂的含量随掺氢比的增加而降低,H₂O含量增加;NO_x的排放量随氢含量的增加呈现增加的趋势,但增幅并不显著。     

汽油氢气缸内双喷射发动机控制试验研究

文章构建了一套新型的汽油缸内直喷+氢气火花塞微孔喷射缸内双燃料喷射系统;基于该系统在怠速和部分负荷工况下对喷氢压力、喷氢正时、喷氢脉宽以及过量空气系数等控制参数进行了试验研究,并对油耗量、总排温、燃烧和排放等数据进行了分析。试验结果表明:该双燃料喷射方式在怠速工况下,掺入少量的氢能够提高发动机的稳定性,降低循环变动,喷射压力为6 MPa时发动机的平均指示有效压力(indicated mean effective pressure,IMEP)波动较小,最佳的喷氢正时为上止点前100°CA;在部分负荷工况下,不同过量空气系数所对应的最佳掺氢比分别为1.99%、2.18%、3.51%、3.51%、3.56%、5.10%。     

掺氢对天然气燃烧室燃烧及排放特性影响

天然气混合氢气燃烧可有效降低含碳物质的排放。但掺混氢气会改变燃料性质,进而影响燃烧进程,故有必要对掺氢燃烧进行深入研究。本文主要研究了以混氢天然气为燃料的燃气轮机的燃烧特性和排放特性,采用数值模拟的方法研究不同的掺氢比（H2体积含量0~100%一共6种工况）对GE-10实验型燃气轮机燃烧室燃烧过程的影响。研究结果表明,随着掺氢比的增加,火焰温度上升,燃烧反应区前移。在低掺混比下火焰筒出口处的温度分布随掺氢比增大趋向均匀,当掺氢比超过0.6时,出口处温度分布均匀性大幅下降。此外,混合燃料中氢气成分的增加会导致局部释热量提高,进而导致NOx排放增加,当掺氢比超过0.8时NOx排放量增加的幅度变大。同时,随着掺氢比的提高CO和CO2的排放量显著减少,H2O的生成量显著增加。研究结果将为后续混氢燃烧技术在工业燃气轮机上的应用提供理论指导。     

直喷发动机燃用天然气掺氢混合燃料的燃烧特性

开展了缸内直喷火花点火发动机燃用天然气掺氢混合燃料燃烧特性和放热过程的试验研究．研究结果表明：在给定喷射脉宽条件下，天然气掺氢比小时，燃烧放热率低，当氢气的体积分数达到10％～18％后，对提高混合燃料发动机燃烧速率有明显效果；火焰发展期、快速燃烧期、燃烧持续期和放热率曲线型心位置对应的曲轴转角随掺氢比增加呈先增加后减小趋势，当氢气的体积分数达到18％时可以缩短火焰发展期、快速燃烧期和燃烧持续期，放热率曲线型心位置对应的曲轴转角靠近上止点；缸内最高燃烧压力、最高燃气平均温度、最大压力升高率和最高放热率随掺氢比的增加呈先减小后增加趋势；天然气掺氢燃烧特性在低转速时比在高转速时受掺氢比的影响大．     

天然气和生物柴油在气道和缸内喷射混合的燃烧特性分析

将某款柴油机改用进气道喷射天然气和缸内直喷生物柴油的混合燃烧方式,通过均匀设计的方式,综合运用二次多项式逐步回归法和综合加权评分值法,确定天然气和生物柴油的最佳掺烧比.通过GT-POWER仿真软件创建柴油机模型,分析在不同发动机转速下该柴油机的动力性、经济性和排放性.仿真结果表明:混合燃烧方式较原机的动力性和经济性略有下降;在中高转速时,混合燃烧方式的NO排放量低于原机,但CO排放量与原机相比基本保持不变.     

用三维计算研究喷油参数对汽油缸内直喷的影响

汽油缸内直喷已成为新一代汽油机提高经济性、降低排放的重要手段 .在这种新型燃烧方式中 ,喷雾过程是重要的影响因素 .文中以一台家用轿车三缸发动机为对象 ,进行缸内过程的三维模拟计算 .就喷油参数对汽油缸内直喷的影响进行了分析 ,研究了喷油定时与喷油角度的作用 .结果表明 ,选择适当的喷雾参数对缸内混合气的形成、燃烧的组织等具有重要意义     

燃烧室形状对直喷柴油机燃烧性能影响的三维数值模拟

为研究燃烧室形状对直喷柴油机燃烧性能的影响,应用发动机燃烧过程多维模拟软件FIRE对4类燃烧室柴油机燃烧过程进行了三维数值模拟.探讨了燃烧室几何形状影响燃烧性能的作用机理.结果显示,燃烧室几何结构对缸内的流场、喷雾以及燃烧特性都有较大影响.缩口燃烧室的缸内流场强度要强于直口燃烧室,进而导致缩口燃烧室的油气混合和燃烧性能要优于直口燃烧室.     

氢燃料微预混火焰燃烧不稳定性实验研究

该文针对一种自主设计的氢燃料微预混燃烧器，开展了常压下掺氢甲烷燃料微预混火焰燃烧不稳定性实验研究。从纯甲烷到纯氢气，研究了不同氢含量下NO_x排放、动态压力、火焰结构等燃烧特性，结果表明：该预混燃烧器具有较优异的低排放燃烧性能，可适应较宽氢含量燃料并实现稳定燃烧，其中纯氢燃料在绝热火焰温度1 850 K时NO_x不高于5μmol/mol(干基，15%O₂摩尔浓度);在氢含量为10%和20%时，氢燃料微预混火焰出现振荡燃烧现象，且激发更高阶的谐波；在更高氢含量下微混火焰出现高频脉动，但幅值较低。利用本征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD)方法对振荡工况进行分析，提取其模态的时间系数和空间分布特征，发现一阶模态都表现为与整体脉动主频相同的体积振荡，二阶模态都表现为轴向脉动，脉动频率是主频的2倍。随着氢含量进一步升高，轴向模态渐渐转变为火焰间相互作用。     

加氢催化生物柴油引燃汽油可视化

为了改善内燃机燃烧与排放,探究双燃料反应活性控制压燃燃烧规律,分析缸内直喷喷油策略对发动机燃烧特性的影响,采用光学发动机,针对进气道喷射汽油、缸内直喷加氢催化生物柴油的双燃料燃烧模式,通过调节加氢催化生物柴油的喷油时刻和喷油比例,对发动机燃烧过程进行试验分析.结果表明:随着缸内直喷加氢催化生物柴油比例的增加,循环燃烧压...     

结合系统辨识的甲烷掺氢预混火焰热声稳定性研究

为了研究甲烷掺氢燃料对燃气轮机燃烧室热声振荡特性的影响，利用计算流体动力学结合系统辨识(CFD-SI)的方法对某旋流预混燃烧室进行了数值研究。在非定常CFD模拟中提取上游速度与火焰整体热释放率波动的时间序列，并通过相关性分析进行系统辨识，获取了不同甲烷掺氢比下的火焰传递函数(FTF),并结合低阶网络模型对燃烧室热声不稳定性进行了分析。结果表明，随着体积掺氢比的提高，火焰逐渐由“V”形变为“M”形，燃烧器出口处的涡结构先形成后消失，这导致了燃烧室热声振荡特性的改变。在体积掺氢比低于30%时，火焰响应不发生较大变化，燃烧室振荡频率小幅提高；当掺氢比在30%～60%时，火焰对低频的响应逐渐增强，对高频响应先增强后减弱，燃烧室在200 Hz附近热声模态的振荡消失，火焰稳定性增强，但高频纯声学模态被激发；而当掺氢比达到60%时，燃烧室内重新出现热声模态的振荡。对于以天然气作为燃料的燃气轮机，适当的掺氢比能改善燃烧室内的热声不稳定性，但氢气加入会更容易激发燃烧室的高频纯声学模态，使其在高频范围内出现振荡。     

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。     

点火时机对X型转子发动机燃烧性能的影响

X型转子发动机由于具有高功重比和高循环热效率的优势,在小型无人机动力领域具有广阔应用前景。为确定X型转子发动机的最优点火时机,构建了X型转子发动机的CFD仿真模型,探究了在不同点火时机下缸内流动特性、燃烧性能以及污染物排放特性,揭示了点火时机对缸内流场、燃料消耗速度、缸压、缸温以及CO、NOx排放的影响规律。结果表明当点火时机由20° CA BTDC提前至35° CA BTDC时,缸内湍流度增加,燃烧速度加快,峰值压力和峰值温度逐步增高,导致了发动机指示热效率上升,且NOx排放明显上升,CO最终排放量相差较小。然而,点火时机的过度提前会使得着火过早,导致发动机热效率下降。因此,存在最佳点火时机35° CA BTDC,使得瞬时放热率峰值达到最高为1.44 J/(°),且热效率达到最高为24.49%。     

液化石油气对二甲醚-柴油双燃料发动机燃烧和排放特性的影响

为了解决内燃机在抑制二甲醚早燃而导致爆燃的问题,实验研究了着火抑制剂液化石油气对二甲醚-柴油双燃料预混燃烧发动机燃烧和排放特性的影响。实验所用发动机为缸内直喷柴油机,并在原机的基础上增加了一套气体燃料预混合系统,以使发动机同时实现预混和直喷压燃两种燃烧方式。研究结果表明:随着二甲醚/液化石油气混合燃料中液化石油气比例的增加,预混压燃发动机的燃烧始点滞后,燃烧持续期缩短,缸内最大爆发压力和平均燃烧温度逐渐降低,有效热效率略有下降,但有效热效率仍高于缸内直喷柴油机;掺混液化石油气可在颗粒排放基本保持不变的情形下减少NOx的排放。该结果可为设计更为节能、环保的汽车发动机提供参考。     

氨/柴油双燃料船用中速发动机燃烧及排放特性

基于一台缸径为400 mm的船用中速柴油机开展计算流体力学(CFD)数值模拟，研究在进气道喷射氨气、缸内直喷柴油的双燃料燃烧模式下发动机的燃烧和排放特性．计算结果表明：随着氨预混合气当量比增加，氨气的燃烧效率提高，但会导致爆压增高；柴油能量比提高，会提高燃烧效率，但过高的柴油能量比会使柴油燃烧不充分，导致CO排放量增加；适当降低发动机压缩比能延长滞燃期，从而提高燃烧效率和指示热效率．当发动机压缩比为13、氨气预混合气当量比为0.55、柴油能量比为10%时，燃烧爆发压力为18.2 MPa，指示热效率达到47.2%，发动机能够获得较为优越的综合性能．     

天然气径向分级燃烧室低NOx排放的优化研究

为解决天然气径向分级燃烧室NO_x排放超标问题，该文采用数值模拟和试验方法研究了天然气径向分级燃烧室结构改进策略和优化方案，多喷嘴参数匹配关系及部分负荷下NO_x排放的预测关系式。结果表明：改变掺混孔径的达标方案合理可行，得到孔径值44.45 mm和其他性能参数的变化规律；中心喷嘴是决定NO_x排放水平的主要因素；多喷嘴匹配关系的低排放设计准则是喷嘴燃料量相等；改进NO_x排放预测公式准确反映了其部分负荷行为。该研究可为燃烧室后续试验调试和设计改进提供理论依据。     

天然气掺氢火花点火式发动机排放性能研究

在一台天然气掺氢的火花点火发动机上,研究了掺氢比和过量空气系数对发动机排放性能的影响.结果表明,在掺氢比一定时,过量空气系数对 HC、CO、Nox 和 CO2排放有较大的影响.在相同过量空气系数下,随着掺氢比的增加,HC 排放量有所降低,特别是稀燃下的 HC 排放量大幅降低.Nox排放量随掺氢比的增加而增加,而 CO2排放量随掺氢比的增加而减少.掺氢后,发动机的稀燃极限有所提高,稀燃条件下发动机的HC、CO、CO2 和 Nox的排放量比较低.