二次进气角度对固冲发动机掺混燃烧的影响

采用k-ε二方程湍流模型和有限速率涡耗散化学反应模型,对30°和45°两种二次进气角度下的固体火箭冲压发动机补燃室内的掺混燃烧进行了数值模拟,并与实验结果进行对比,结果显示:增大二次进气角度,补燃室头部回流区的漩涡强度增加,从而增强了空气与一次燃气的掺混效应,进而提高了燃烧效率,但若过度地增大二次进气角度会造成补燃室总压损失加大,因此在选择固冲发动机二次进气角度时,需综合考虑其对燃烧效率和总压损失的影响。     

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。     

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。     

采用非同步进气正时和增压器匹配提升天然气发动机的低速性能

为了提升由增压汽油机改造的天然气发动机的低速性能,设计了同步进气和非同步进气结合增压器匹配的优化方案,并通过台架试验和数值模拟的方法研究了各方案对天然气发动机性能的影响。天然气发动机匹配比原汽油机小的增压器显著提高了低速时的增压比,进而增加了进气流量。采用比原汽油机进气持续角和进气迟闭角小的同步进气方案,减小了发动机低速时的进气末期回流,使得低速时进气流量显著增加;在此基础上,采用非同步进气方案,其中一个进气门的进气持续角进一步减小,导致低速时进气流量进一步增加,相对原机方案进气流量最大增加了46%,而另一个进气门进气持续角和进气迟闭角较大,保证了高速时可充分进气。采用非同步进气方案时缸内流动状况得到改善,最大燃烧放热率显著增加,燃烧持续期略有缩短。天然气发动机的性能经过优化后,相比原汽油机,低速扭矩最大提高了55.6%,经济性也有所改善,低速燃气消耗率最大降低了8.1%。     

生物制气-柴油发动机放热规律的影响因素

采用气化炉热解气化各种农林废弃的生物质,产生可燃生物制气,作为以柴油引燃的双燃料发动机的主要燃料．双燃料发动机由一单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机改装而成,生物制气通过发动机进气管,在进气过程中被吸入气缸．实测生物制气-柴油双燃料发动机气缸压力,根据气缸压力计算放热规律并分析转速、负荷及供油提前角对它的影响．负荷增大时,双燃料发动机燃烧始点提前,最大燃烧放热率增高,最高燃烧温度升高,后燃加重;转速增大时,燃烧推迟;供油提前角增大时,最大放热率降低,对应相位提前,后燃减少．     

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.     

液冷塞式二元喷管对发动机红外辐射影响仿真及实验研究

数值仿真和实验研究了液冷塞锥不同冷却效率对配装二元寨式喷管的发动机红外辐射特征影响。研究结果表明:对塞锥进行冷却后,可有效降低发动机尾向3μm~5um波段红外辐射特征。对于发动机喷流红外辐射,采用塞锥液冷措施可有效降低喷流红外辐射,当冷却水量为0.1kg/s、0.2kg/s和0.3kg/s时,喷流0°~90°红外辐射强度均值分别可降低31.9%、53.5%和68.7%。对于发动机固体辐射,塞锥冷却效率在0.3~0.7范围,发动机尾向0°~30°固体红外辐射特征随冷却效率的升高而迅速降低;当冷却效率达到0.7以上时,发动机机尾向 0°~30°固体红外辐射特征降低趋势减缓。实验结果表明当冷却水量为 0.3kg/s 时,塞锥冷却效率达到 0.876,相对于基准发动机,隐身型发动机在0°~10°红外辐射均值可降低94.77%。     

壅塞可调固体火箭冲压发动机性能计算

综合给出了二维超声速进气道特性,并将其应用于壅塞可调固体火箭冲压发动机性能计算中,建立了壅塞可调固体火箭冲压发动机特性计算方法.通过调节燃气发生器喷管喉道面积保持给定空燃比不变.根据飞行速度/高度计算出了发动机非设计点性能和相应的燃气发生器喉道面积变化规律.结果表明,飞行速度/高度对燃气发生器喉道面积调节计划产生相当大的影响;当飞行高度低于设计高度时,高度变化明显改变进气道-发动机匹配工作点,高空低马赫数飞行时,进气道位于严重亚临界工作状态,明显降低了超声速进气道稳定工作范围.     

缸内直喷灵活燃料发动机燃烧特性的研究

根据实测示功图,计算了发动机的燃烧放热规律,并系统分析了一台采用火花点火、缸内直喷、周向分层的燃烧系统灵活燃用甲醇、乙醇和汽油时发动机的燃烧特性.研究表明,缸内直喷灵活燃料发动机在燃烧过程中预混燃烧与扩散燃烧并存,燃烧循环变动小于6%;具有非常快的燃烧速率,上止点后曲轴转角为3°～6°时就可燃烧完50%的燃料,燃烧持续期在28°～37°曲轴转角范围内;甲醇的燃烧速率最快,汽油的燃烧速率在低负荷时比乙醇稍快,在高负荷时比乙醇慢.     

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。     

板翅式换热器物流分配对天然气液化性能的影响

板翅式换热器入口物流分配不均是造成换热效能降低的主要因素之一,对天然气液化装置稳定和高效的运行产生不利的影响。针对氮气膨胀和混合制冷剂两种天然气液化工艺,分别研究原料气、氮气制冷剂和混合制冷剂物流分配不均对换热器参数和液化工艺性能的影响,得到换热器入口物流分配不均匀度STD(standard deviation,均方差)的临界值,为换热器的选型和天然气液化工艺的设计提供依据。结果表明:相同STD值下,天然气液化性能受不同物流分配不均影响程度大小依次为氮气制冷剂、混合制冷剂和原料气;倾斜严重影响混合制冷剂的分配及换热效果,倾斜角度由0°增加至20°时,液相STD值由1.3增至3.9,天然气液化率从92.8%降至69.4%;为满足天然气液化率在90%以上,原料气、氮气制冷剂及混合制冷剂物流分配的临界STD值分别为8.3、2.8、4.5(液相),混合制冷剂倾斜工况临界STD值为1.5(液相),对应倾斜角度为1.6°。     

三摆臂式扰流片矢量气动力数值仿真研究

为适应智能可控弹药发动机喷口愈来愈小的发展趋势,本文针对三摆臂式扰流片矢量控制形式开展了气动力数值仿真。研究了三摆臂式扰流片推力和侧向力调节能力。计算结果表明：推力随着主推角的增加而降低,最大推力损失仅与主推角有关;当主推角大于36°,扰流片间的气动干扰增强;侧向力随着侧向角和入口压力的增加而增大;当三个扰流片均位于发动机尾流中,前后方向和左右方向侧向力调节干扰小,且侧向力调节对推力影响小。     

发动机喷口面积对加力接通影响的试飞研究

为了研究涡扇发动机喷口面积调节对高空加力接通的影响,开展了飞行试验研究。试飞中出现在加力起动阶段点火成功后,喷口面积放大不足导致风扇后压力急剧增高,发动机主动退出加力,在加力点火成功后增加加力燃油流量时,喷口面积过度放大使得加力燃烧室压力较低而熄火。通过调整喷口控制参数,提高加力点火阶段尾喷口面积放大程度,提高了加力接通性能;通过降低在供油量增加时刻的尾喷口面积放大程度,加力燃烧室能够持续稳定燃烧。试验结果表明：对尾喷口面积控制规律的调节显著提高了发动机的加力接通能力,对于其它涡扇发动机的加力接通设计与改进具有一定的借鉴意义。     

4190型船用中速柴油机配气相位优化仿真

以4190型船用中速柴油机为研究对象,利用MATLAB/Simulink软件建立柴油机工作过程仿真模型,通过仿真结果与实验数据的对比,验证模型的正确性。将该模型的配气相位偏移量进行由负到正的变化,得出其对柴油机功率、扭矩、燃油消耗率、缸内最高温度、最高爆发压力、NOx排放、排气温度、充气效率的影响规律。仿真结果确定了4190型柴油机最佳配气相位值:进气提前角66℃A;进气滞后角54℃A;排气提前角58℃A;排气滞后角56℃A。为4190型柴油机的性能优化改造提供了理论依据。     

典型非圆形入口自激抖动射流燃烧器的研究

通过数值模拟与燃烧实验对三种典型的非圆形入口突扩腔体自激抖动射流燃烧器的流动与燃烧特性进行研究,结果表明:自激抖动射流燃烧器相对于普通直流射流燃烧器的火焰具有更高的扩散率和卷吸率;相对于菱形和王字形突扩腔体自激抖动射流,三角形突扩腔体射流混合最快且湍流强度更大,燃烧室内温度分布均匀性也最好,说明在腔体入口面积一定的情况下,燃烧特性(湍动能、火焰长度、温度场等)与腔体入口截面周长之间不存在简单的单调函数关系.     

燃气轮机双燃料喷嘴燃油内流场特性仿真分析

作为燃气轮机中的重要部件,喷嘴内部结构直接决定了燃油燃烧和动力输出效率,设计喷嘴结构并开展喷嘴中内流场特性仿真分析成为新型燃气轮机开发的研究重点。使用Solidworks软件对双燃料喷嘴结构进行设计,并对其燃油流道进行数值模拟。利用Fluent软件先对喷嘴燃油的整体内流场进行数值k-epsilon模拟,再使用流体容积法（VOF）方法对喷嘴燃油的核心流道进行数值模拟,研究喷嘴燃油流道的特性。结果显示燃油流道的质量流量、进口流速和核心流道进口流速随着进口压力的增大而增大;雾化锥角会随着进口压力的增加而增大,且当进口压力超过0.5 MPa时,雾化锥角最终会稳定在110°左右;同时结合相关实验数据与仿真数据进行对比。本文的仿真研究为燃气轮机喷嘴的结构改进提供了依据。     

直喷式柴油机进气涡流的预测及与油束的匹配

燃烧室内的空气运动对燃烧过程有重要影响 ,然而实际发动机的缸内气流运动不便直接测量 本文根据稳流气道试验台的试验结果 ,建立了进气涡流预测模型 ,将稳流试验与实际进气过程有机地联系起来 根据所建立模型的模拟计算结果 ,对试验样机的进气道进行改进 改进后的进气道所产生的进气涡流与油束匹配良好 ,降低了发动机的燃油耗和排气温度     

四气门柴油机进气道流通特性的研究

每缸采用四气门的发动机能进一步降低排放,提高发动机的动力性和经济性本文介绍了直喷式柴油机的四气门进气系统,分析了该系统在充气效率和燃烧方面的特点文中作者进行了螺旋气道与不同流通面积的切向气道的组合试验讨论了四气门进气系统进气道的流通特性及进气道不同进口流通面积对进气流量和涡流动量的影响研究结果表明采用四气门进气系统,进气流通面积增加３９％;另外,切向气道和螺旋气道的进气流量直接影响着缸内涡流的形成,最佳的涡流效果和切向气道与螺旋气道的流量之比密切相关本文为四气门高速直喷式柴油机的进气系统设计提供了依据     

涡流室式柴油机燃烧室的改进设计对燃烧过程的影响

介绍把一台单缸涡流室式柴油机涡流室镶块直连接通道改为变角度连接通道，活塞顶双“ｗ”坑主燃烧室改为腰鼓形双“ｗ”坑主燃烧室的研究过程，主要内容包括在稳流试验台上测量通道改进前后的流量系数，倒拖试验台上用热线风速仪测量改进前后燃烧室中的气流运动状况，详细分析研究了变角度连接通道的气动喷射特性和燃烧室改进对柴油机燃烧过程、燃油经济性及排放的影响。     

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.