二冲程煤油发动机稳态工况最小点火能量研究*

【】最小点火能量是衡量可燃混合气能否被火花点燃及难易程度的重要依据。本文以着火热理论和最小点火能量计算模型为基础,建立GT-POWER与MATLAB联合仿真计算模型,计算了不同点火条件下的最小点火能量,并进行了煤油发动机台架试验验证。试验结果表明,所建立的煤油发动机最小点火能量计算模型正确可行,可为煤油发动机运行性能测试及后续研究提供依据。通过仿真计算,分析了过量空气系数、初始温度、点火提前角及火花塞间隙等参数对最小点火能量的影响关系,     

粉尘云最小点火能数学模型

以在实验基础上获得的电火花等效计算数据为能量输入,并按照粉尘云的点火机理建立了完整的粉尘云最小点火能数学模型.通过模型计算,研究了粉尘粒径、粉尘质量浓度、湍流度、火花能量密度及火花放电时间对最小点火能的影响.计算结果与实验测量结果基本一致.通过将模型计算与实验测量相结合将使粉尘云最小点火能的确定更准确、合理.     

IEC安全火花试验装置点燃因素研究

为研究IEC火花试验装置的影响因素,建立IEC火花试验装置放电间隙电压、电流数学模型,得到有效点燃能量表达式。在此基础上,利用Fluent软件建立IEC火花试验装置中钨丝与镉盘放电间隙模型,采用UDF编程模块模拟钨丝向镉盘运动过程,并设置计算出的放电间隙有效点燃能量及其相关参数,仿真模拟有效点燃能量、点火半径、电极材质3个因素对电火花引燃甲烷/空气混合气体的影响。结果表明：点火半径不变的情况下,钨电极在运动至电火花之前,温度有短暂上升并保持不变,当与火花接触后会瞬间吸收大量热量,通过仿真计算电火花能量在钨电极上的损耗占有很大比重;得到不同电容值对应的最小点火半径,最小点火半径随着电容值的增大逐渐减小,并拟合出最小点火半径与有效点燃能量之间的函数关系式。     

用准维燃烧模型建立汽油机喷油及点火控制的基本模型

以发动机经济性为目标，首次提出用准维燃烧模型建立汽油机喷油及点火控制基本模型的方法，并对ＳＹ４９２Ｑ－４型发动机进行了离线计算，通过试验修正，建立了汽油机稳定运行时点火提前角和循环供油量（空燃比）控制的基本模型。     

二甲醚发动机仿真建模与试验研究

为进一步提高二甲醚发动机(DME)仿真建模准确性,结合WD615柴油发动机的特性,提出一种二甲醚发动机建模方法,并通过试验验证模型建立的准确性。基于AVL FIRE建立WD615柴油发动机仿真模型。选取缸内最高温度、最高压力和氮氧化物最大和最小排放量为评价指标,通过二甲醚发动机排放试验,验证模型的正确性。仿真与试验结果表明,采用AVL FIRE建立的WD615柴油发动机仿真模型与试验结果基本吻合,最高温度、最高压力、氮氧化物最大和最小排放量误差分别为2.36%、3.35%、1.05%和2.28%,从而验证二甲醚发动机仿真建模的准确性。     

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。     

汽车点火系统传导电磁干扰仿真

汽车点火系统工作时产生的电磁干扰具有能量大,频带宽等特点,被认为是汽车电磁兼容最主要的电磁干扰源。笔者提出了一种预测点火系统传导电磁干扰模型建立方法:建立系统中每个部件的电路模型,利用测量、解析法或有限元方法确定模型中的分布参数,集成为点火系统等效电路模型进行系统仿真计算。时域与频域实验测试结果证实了该模型的正确性与方法的可行性。     

高能固体火箭发动机冲击燃烧特性研究

为研究高能固体火箭发动机冲击燃烧特性,采用火箭撬平台作为加载装置对高能发动机施加冲击载荷,通过调节火箭撬速度获得不同速度下高能发动机的宏观反应特性;采用热力耦合计算模型对试验过程进行仿真,仿真中考虑推进剂在应力作用下温升引起的自热反应热源,通过计算发动机撞击靶板过程中推进剂内温度变化情况,分析推进剂反应的剧烈程度,判断发动机的反应特性,获得发动机的反应机理. 研究表明高能发动机以不低于100 m/s速度撞击靶板推进剂均会发生点火,点火位置位于发动机内孔;随着撞击速度的增加,点火延迟时间减小.     

汽车驾驶仿真器中发动机仿真模型的实现

汽车动力学模型是研制汽车驾驶仿真器的前提,建立发动机仿真模型是建立汽车动力学仿真模型的关键.根据某发动机已知数据,采用最小二乘法、松弛迭代法等计算方法实现多项式拟合发动机的稳态转矩与转速之间的关系曲线,得到了能够描述该发动机的外特性关系式.运用所建仿真模型求取了一定条件下的有关数据,并与相应实测所得数据进行了对比.对比...     

直线发动机起动及怠速燃烧特性仿真与优化

通过建立GT-Power发动机仿真模型研究直线发动机的起动及怠速过程的燃烧特性,利用发动机台架实验获取的缸压数据和GT-Power仿真结果的对比,验证了仿真模型的准确性,分析不同点火时刻及过量空气系数对直线发动机起动定转速下燃烧特性的影响,并对怠速控制参数进行寻优研究.结果表明:在相同过量空气系数下,推迟点火时刻从-50°(上止点之前,下同)到20°,直线发动机后燃现象逐渐增多,并在点火时刻为-40°时,缸压峰值、瞬时放热率峰值最大以及累积放热总量均达到最大值;在相同的点火时刻下,减小过量空气系数从1.62到0.62,直线发动机缸内压力峰值先增后减,在过量空气系数为0.83时,直线发动机缸压峰值、瞬时放热率峰值最大,累积放热总量较多.     

半导体点火桥的电路模拟

研究半导体桥的点火时间同输入能量以及电压的关系.通过对装有BNCP炸药的半导体点火桥的输入能量进行分析,结合其电阻特性,建立了半导体点火桥的Pspice器件模型.根据与实验结果的偏差,改进了半导体桥模型,使模型的适用范围从低能量(＜5 mJ)一直拓展到高能量(＞40 mJ).并对其在点火电路中不同发火条件下的点火时间与电压以及点火时间与能量的关系进行了模拟,得出了半导体桥存在最小点火时间的结论.     

固体火箭发动机撞击点火数值模拟计算

装填高能复合推进剂的固体发动机,在跌落和撞击等情况下可能发生燃烧或爆炸. 为了对发动机低速撞击下的安全性进行评价,建立了发动机撞击靶板点火计算模型,采用热力耦合算法实现机械能和热能之间的转化,采用Arrhenius方程描述推进剂自热反应过程. 对直径为200 mm和480 mm发动机撞击靶板过程进行数值模拟计算,获得了与火箭橇实验结果一致的速度阈值范围. 结果表明计算模型能较好描述发动机撞击点火过程. 计算结果表明,装药量大的发动机撞击后更容易发生点火,发动机撞击点火速度阈值与装药量的对数成线性关系.     

活塞式煤油直喷航空发动机燃烧特性试验研究

基于自主研制的活塞式航空煤油直喷发动机及其台架试验系统,针对煤油航空发动机中低负荷工况燃烧稳定性差这一突出问题,围绕喷射截止时刻、点火提前角以及过量空气系数等影响航空发动机混合气形成及燃烧质量的关键因素,进行了煤油直喷航空发动机部分负荷燃烧特性及其稳定性的试验研究.结果表明:当喷射截止时刻(EOIT)于进气行程初期时,发动机燃烧特性及稳定性较好,但是到进气行程末期时,发动机的循环波动升高,动力性变差.当点火提前角过大时,混合气形成较差,无法形成稳定的火核中心,也会致使发动机动力性变差.活塞式航空煤油直喷发动机需要采用较浓的混合气,当过量空气系数为0.8时,在不同的EOIT的变化下,发动机动力性存在最优的工况点,此时的平均指示压力pe最大值约为0.394 5 MPa.     

不同点火因素对爆轰波传播影响的数值模拟

采用二维守恒元与求解元方法(简称CE/SE方法)对脉冲爆轰发动机汽油/空气两相爆轰内流场进行数值模拟,获得了脉冲爆轰发动机内流场的变化规律.分别研究了不同点火能量、点火位置和点火方式对燃烧转爆轰过程(简称DDT过程)的影响.计算结果表明,点火能量越大形成稳定爆轰波所需要的时间越短,即燃烧转爆轰时间和距离越短,并且当点火能量过小时则不能形成燃烧转爆轰过程;从不同位置处点火计算得出,存在一个最佳的点火位置,使得燃烧转爆轰形成距离最短,形成时间最少,文章所研究尺寸结构的脉冲爆轰发动机的最佳点火位置为距封闭端2倍管径处;通过两点点火和单点点火的计算结果比较发现,适当的多点点火可以诱导爆轰的形成,能够缩短燃烧转爆轰的时间和距离.以上研究结果可以为脉冲爆轰发动机的点火起爆及燃烧转爆轰的实验研究提供理论指导,并为发动机的结构改进提供参考.     

基于AMESim的农用发动机冷却散热器仿真与优化设计

以典型农用发动机冷却系统为研究对象,开展了基于AMESim仿真软件的建模、仿真分析与核心部件优化设计研究。在对发动机冷却系统基本结构及工作原理的分析基础上,应用AMESim软件中的冷却系统库、热力库、热液压库及信号控制库建立了发动机冷却系统的一维仿真模型。首先通过仿真计算分析发动机冷却系统中散热器的工作性能,并通过仿真值与试验值的对比,证实了所建立的AMESim仿真模型的可靠性,为冷却系统关键部件优化设计提供了模型与技术支持。然后,进行冷却系统散热器有效正面积优化设计的仿真研究。结果表明,发动机冷却系统对散热器的宽度更敏感,合理增大散热器有效正面积可以提高冷却系统对发动机的冷却效果。     

基于AMESim的农用发动机冷却散热器仿真分析与优化设计

以典型农用发动机冷却系统为研究对象,开展了基于AMESim仿真软件的建模、仿真分析与核心部件优化设计研究。在对发动机冷却系统基本结构及工作原理的分析基础上,应用AMESim软件中的冷却系统库、热力库、热液压库及信号控制库建立了发动机冷却系统的一维仿真模型。首先通过仿真计算分析发动机冷却系统中散热器的工作性能,并通过仿真值与试验值的对比,证实了所建立的AMESim仿真模型的可靠性,为冷却系统关键部件优化设计提供了模型与技术支持。然后,进行冷却系统散热器有效正面积优化设计的仿真研究,结果表明,发动机冷却系统对散热器的宽度更敏感,合理增大散热器有效正面积可以提高冷却系统对发动机的冷却效果。     

不同燃料超声速燃烧室准一维计算模型

快速高效的准一维计算是超燃冲压发动机设计的重要研究方法。该文发展建立了适用于气态或液态燃料、包含隔离段结构、跨声速工况的准一维通用计算模型。该模型以Euler方程组作为基本控制方程,综合考虑了燃烧室截面面积变化、液态燃料蒸发相变、燃料质量添加、摩擦力项以及隔离段内斜激波串结构对流动的影响等因素。依次以NAL氢燃料发动机实验、气态煤油燃料发动机实验和液态煤油燃料发动机实验等3个不同燃料实验作为验证算例对模型进行考核,计算结果与实验数据均吻合良好,验证了模型的有效性和准确性。该模型可进一步应用于各类燃料的超燃冲压发动机燃烧室结构及工作参数的设计与优化等研究工作。     

点燃式煤油航空直喷发动机冷起动试验研究

针对喷射截止时刻、点火提前角以及过量空气系数等影响因素,在一台自主研发的单缸试验机上,开展了煤油航空直喷发动机冷机起动燃烧特性以及相关影响因素的冷机起动敏感度分析研究.结果表明:喷射截止时刻为60°,CABTDC、点火提前角为27°,CA～30°,CABTDC时,发动机容易顺利起动;过量空气系数为0.65～0.70时,最大爆发压力循环变动率最低,失火现象消失,煤油航空直喷发动机平稳顺利起动.冷起动敏感度分析表明:敏感性强弱顺序依次是进气行程中的喷射截止时刻、过量空气系数、压缩行程中的喷射截止时刻、点火提前角.     

新型功率分流混合动力系统能量管理预测优化

针对新型双模功率分流混合动力系统,为改善拟搭载样车的能量经济性,开发了基于模型预测控制的实时优化能量管理策略并进行了仿真验证。通过分析各动力源在不同工作模式下的转速转矩关系,建立了功率分流系统模型。通过分析该构型方案在不同功率分流模式下的机械点,得到系统效率随传动比的变化关系,并基于发动机稳态燃油消耗特性曲线建立了其数学模型,基于安时积分法建立了动力电池一阶等效模型。根据已有的发动机模型及动力电池模型,建立了功率分流混合动力系统短时域预测模型,预测了有限时域内电池荷电状态及发动机燃油消耗率的变化。最后,基于预测时域内等效燃油消耗最小提出系统在混合动力模式下发动机工作点的最优决策律,并基于该最优决策律开发功率分流混合动力系统模型预测能量管理策略,实现了各动力源转矩的实时最优分配。设置预测时域和控制时域均为3s,新欧洲行驶工况仿真结果表明,该控制策略可实现能量管理的实时滚动优化,其百公里油耗为4.95L,相比于基于规则能量管理策略下的百公里油耗5.364L,可提升整车大约7.7%的燃油经济性。     

新型功率分流混合动力系统能量管理预测优化

针对新型双模功率分流混合动力系统,为改善拟搭载样车的能量经济性,开发了基于模型预测控制的实时优化能量管理策略并进行了仿真验证。通过分析各动力源在不同工作模式下的转速转矩关系,建立了功率分流系统模型,通过分析该构型方案在不同功率分流模式下的机械点,得到系统效率随传动比的变化关系,并基于发动机稳态燃油消耗特性曲线建立了其数学模型,基于安时积分法建立了动力电池一阶等效模型。根据已有的发动机模型及动力电池模型,建立了功率分流混合动力系统短时域预测模型,预测了有限时域内电池荷电状态及发动机燃油消耗率的变化。最后,基于预测时域内等效燃油消耗最小提出系统在混合动力模式下发动机工作点的最优决策律,并基于该最优决策律开发功率分流混合动力系统模型预测能量管理策略,实现了各动力源转矩的实时最优分配。设置预测时域和控制时域均为3s,新欧洲行驶工况仿真结果表明,该控制策略可实现能量管理的实时滚动优化,其百公里油耗为4.95L,相比于基于规则能量管理策略下的百公里油耗5.364L,可提升整车大约7.7%的燃油经济性。