柴油机燃用小桐子油喷油及性能分析

通过发动机台架试验,在一台ZH11l5直喷式柴油机上直接燃用小桐子油,进行了喷油、燃烧以及排放试验.主要测量在标定转速为2 200r·min-1和最大转矩转速为1 760 r·min-1下的不同负荷的缸内燃烧压力、油管泵端压力以及NOx排放和烟度排放,并与燃用柴油时进行了对比分析.结果表明:小桐子油与柴油相比,相同工况...     

大功率车用柴油机燃用航空煤油的燃烧仿真研究

建立了大功率车用柴油机燃用柴油和航空煤油的缸内燃烧模型。该模型利用喷雾试验结果对KH-RT破碎子模型进行了标定,同时耦合了燃油的化学反应动力学机理,具有较高的仿真精度。计算结果表明:相比柴油,柴油机燃用航空煤油喷雾破碎过程中雾化质量提高;燃烧过程中缸内滞燃期缩短,放热率峰值下降,缸内机械负荷及热负荷均得到缓解;柴油机燃用航空煤油在标定工况点相比燃用柴油功率下降5.8%,油耗率相当。     

含稀相粒子的纳米燃油喷雾特性模拟研究

为了探究稀相纳米异质粒子对燃油射流喷雾特性的影响,基于纳米燃油喷雾可视化试验结果,应用计算流体力学软件建立含稀相纳米粒子的燃油喷雾模型,依据试验结果验证模型的准确性,并通过该模型研究喷油压力、环境温度和粒子质量浓度对CeO_2纳米燃油的喷雾特性的影响。研究结果表明:在相同喷射压力下,不同喷雾发展时刻,纳米燃油的油束贯穿距和索特平均直径(Sauter mean diameter, SMD)比柴油的大,喷雾锥角比柴油的略小。随着喷射压力提高,纳米燃油与柴油在喷雾贯穿距、喷雾锥角和SMD上的差异增大,且差异与纳米粒子质量浓度呈正相关。当射流环境温度上升时,纳米燃油与柴油在喷雾贯穿距和SMD上的差异均有所增加,且在高温环境下,纳米燃油的贯穿距和SMD会逐渐比柴油的小,纳米粒子质量浓度越高,该现象越明显,而喷雾锥角的差距有所减小。     

柴油机燃用纳米CeO_2催化柴油的缸内碳烟分布

利用缸内燃烧可视化技术研究了催化柴油的碳烟生成过程和浓度分布规律,并分析了高压共轨柴油机燃用催化柴油的燃烧特性和烟度排放.结果表明:随着CeO_2质量浓度的增大缸内燃烧时碳烟火焰出现位置提前,消失的时刻更早;与燃用纯柴油相比,催化柴油的缸内碳烟生成区域减小,碳烟浓度降低,碳烟面积占有率比较小,而柴油机排气烟度有所降低,且随着负荷的增加改善效果更明显;纳米CeO_2颗粒会改善燃油燃烧过程并提高放热速率,柴油机燃用催化柴油后燃烧始点提前,缸内压力峰值、放热率峰值和压力升高率峰值均增大,且对应相位更加靠近上止点.     

燃油预热改善直喷柴油机性能与排放研究

为了在传统柴油机上实现同时降低NOx和碳烟排放的准均质预混合燃烧,采用在高压油泵后加热流经高压油管柴油的方法,在一台单缸柴油机上就高温柴油对发动机燃烧和排放的影响开展了台架试验研究．通过在进气中添加低比例的二氧化碳气体,对采用燃油加热实现柴油准均质混合气压燃燃烧过程进行了探索性研究;同时应用KIVA3V对高温燃油喷射对混合气形成的影响进行了模拟研究．结果表明：高温燃油能够促进喷雾雾化和预混合气的形成,且对应一个最佳的温度范围,通过适当增大供油提前角到上止点前32°,采用大流量的多孔喷嘴缩短喷射持续期,以及进气中添加少量二氧化碳等措施,可以实现直喷式柴油机准均质预混合燃烧,达到同时降低NOx和碳烟的目的．     

HCCI条件下柴油机缸外喷射及燃烧的数值模拟

设计了在进气道处增加Laval喷管来改变喷油参数,促进燃油与空气混合,以实现HCCI的燃烧条件.使用Star-CD软件对此设计过程的柴油机喷射及燃烧进行数值模拟试验.计算结果表明:利用Laval管实现进气道超音速气流方式喷射燃油(称为前者)其粒子直径的分布范围比缸内直喷方式(称为后者)要均匀的多,也小得多;后者燃油蒸发速度比前者要快;前者因缸内燃油浓度过分均匀而导致压燃时温度较低.分析认为,此方法可使燃油雾化效果明显增强,但并未引起燃烧温度的剧烈变化.     

小型农用柴油机甲醇/生物柴油燃烧与排放模拟

针对甲醇/生物柴油在小型农用柴油机上的应用,采用3维CFD软件建立了186FA柴油机的缸内燃烧、排放仿真模型,通过对比排放污染物的试验值和计算值,验证了模型的正确性.对3 000 r·min-1,5.7 k W时,柴油机直接燃用生物柴油和生物柴油掺混15%甲醇形成的混合燃料的缸内燃烧和排放污染物进行了数值模拟.结果表明:与生物柴油相比,生物柴油掺混15%的甲醇,柴油机的滞燃期延长,放热始点对应的相位后移,缸内最大爆发压力降低不多,最大压力升高率和最大放热率略有升高;最高燃烧温度基本不变,温度场内的高温区域有所缩小;曲轴转角为370.0°~400.0°时,O2低浓度区域比燃用生物柴油时有所扩大,NOx和soot的平均体积分数同时降低.     

双层交错布置多孔喷嘴设计与仿真研究

针对高喷射压力下传统喷油嘴喷雾的碰壁比较严重以及传统多孔喷嘴喷雾之间易相互干扰等问题,设计了一种具有上下2层交错布置的多孔喷油嘴,阐明了双层交错布置多孔喷嘴的结构和理论依据,建立了喷雾及燃烧排放模型,研究了双层交错布置多孔喷嘴的喷雾特性及其结构参数对共轨柴油机燃烧与排放性能的影响.喷雾特性仿真表明,与传统喷油器相比,双层交错布置喷油嘴具有较短的喷雾贯穿距和更好的燃油空间分布特性.双层交错布置喷嘴的结构参数对高压共轨柴油机的燃烧过程和排放性能的影响研究表明,上层喷孔的喷射夹角采用大喷射夹角或下层喷孔采用小孔径,都可以使柴油机的燃烧及排放性能得到进一步改善.     

特种车辆煤油代用燃料喷雾与燃烧特性研究

利用定容喷雾弹和单缸机柴油机对煤油燃料的喷雾特性和燃烧特性开展对比试验研究,分析燃用煤油燃料对发动机动力性及经济性的影响.结果表明:与柴油相比,煤油燃料喷雾锥角增大、贯穿距减小.在标定不变的前提下,柴油机燃用航空煤油缸内放热率曲线与燃用柴油相比变化不大,最大压升率及排温略有降低.燃用灯用煤油相比柴油放热始点推迟,在标定工况预混合放热缓慢,在最大扭矩工况下预混合放热剧烈,最大压升率相比燃用柴油增加0.04 MPa·℃A-1,发动机排温降低.柴油机燃用煤油燃料的功率降幅在6.7%以内,油耗率有所降低.     

Fe-FBC燃油对柴油机醛类和颗粒物排放的影响

为了控制柴油机颗粒物排放,将燃油添加剂(FBC)按Fe元素质量分数分别为200、400、600 mg·kg-1掺混于柴油中制备出Fe-FBC燃油,分别标记为Fe200、Fe400和Fe600.采用傅里叶红外分析仪(FTIR)、发动机粒径谱仪(EEPS)和气相色谱质谱联用仪(GC-MS),研究了Fe-FBC燃油对共轨柴油机醛类排放、颗粒的粒径分布以及可溶性有机物组分(SOF)的影响.结果表明:Fe-FBC的加入促进了柴油的燃烧,燃用Fe-FBC燃油时的甲醛和乙醛排放均较纯柴油低;颗粒数量浓度和质量浓度分布逐渐向小粒径方向偏移;随着Fe-FBC中Fe元素质量分数的升高,峰值数量浓度逐渐增加,峰值质量浓度则逐渐降低;柴油中添加Fe-FBC后,颗粒SOF中烯烃、酸类、多环芳香烃类(PAHs)质量分数下降,PAHs由高环数向低环数转换,而脂类质量分数却上升;同时,SOF组分的碳原子数分布整体由高碳原子向低碳原子迁移,SOF组分中高碳原子数目降低,低碳原子数目升高.     

高温冷却柴油机的燃油喷射特性和喷雾特性

目前,为了进一步提高车用涡轮增压柴油机的功率,而又不至于增大其散热器的尺寸,有利于车辆动力舱的布置,趋向于采用高温冷却发动机的气缸和燃烧室组件的技术。在高温冷却下,发动机的冷却水温度从80～90℃提高到120℃。这样可以减少冷却水所传走的热量,达到适当控制其冷却水散热器的尺寸的目的。 本文主要研究高温冷却柴油机在整机温度和环境温度提高之后,柴油机燃料密度和可压缩性的变化对燃油喷射和雾化特性的影响。     

用特征时间燃烧模型模拟直喷式柴油机的燃烧

为了更好地模拟直喷式柴油机的喷雾及燃烧过程，对Kiva-3程序的喷雾和燃烧模型进行了改进，引入Kelvin-Helmholtz和Rayleigh-Taylor模型来模拟油滴破碎过程，采用改进的SheU自燃模型来模拟着火过程，为了综合考虑化学动力学和湍流对燃烧的影响，采用层流和湍流多重特征时间尺度燃烧模型来模拟燃烧过程．计算结果表明：在不同工况下计算所得的缸内压力、滞燃期和燃烧放热速率与实验结果吻合良好，着火点位于油束下游当量比略小于1的稀混合气区域；用改进的Kiva-3程序可以较好地研究直喷式柴油机的喷雾和燃烧过程，为进一步利用三维数值模拟计算来指导直喷式柴油机的参数优化奠定了基础。     

初始条件及喷雾对柴油机缸内流动影响研究

将柴油机缸内气体与整个燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件.利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析不同初始条件及燃油喷射对缸内流动的影响.研究结果表明初始条件在柴油机进气过程缸内流场多维计算中主要影响流场的流动状态,特别是涡团形状和中心位置;喷雾过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内的流场分布.     

柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的性能与排放研究

为了给柴油／乙醇混合燃料的应用提供试验和理论依据，进行了柴油机燃用柴油／乙醇混合燃料的性能与排放研究，研究结果表明：随着燃料中乙醇掺混比例的增加，有效燃油消耗率有所增加，但当量柴油有效燃油消耗率降低，有效热效率增加；在掺混比例较高时，需要添加十六烷值改进剂提高混合燃料的十六烷值；在同一工况下，发动机排气烟度随乙醇的加入而减少，NOx排放则无明显的增加；排气烟度的下降率随含氧量的增加而增大，未添加十六烷值改进剂时升高的幅度小于添加十六烷值改进剂后．减小供油提前角，NOx排放下降，排气烟度增加。     

基于Converge的柴油机起动过程喷雾撞壁仿真分析

柴油机起动过程中,转速、缸内背景压力及温度偏低会导致喷雾撞壁,影响燃油雾化效果。利用三维计算软件Converge,采用组合喷雾模型及B-G撞壁模型建立了燃油喷雾撞壁模型,并利用可视化定容弹喷雾撞壁试验系统验证了模型的准确性。基于建立的喷雾撞壁模型,研究分析了缸内背景压力、壁面干湿状况及壁面粗糙度对某型柴油机喷雾撞壁的影响规律,仿真结果表明：随着缸内背景压力下降,撞壁时刻提前,扩散距离增大,油膜产生时刻提前,油膜厚度增大;活塞顶壁面粗糙度增加,喷雾油束撞壁后扩散距离减小,附壁油膜厚度增大;当活塞顶壁面为湿壁时,喷雾油束撞壁后扩散距离增大,附壁油膜厚度下降。研究为燃烧室、喷油系统等优化设计提供了参考。     

喷射策略对某重型柴油机高原燃烧特性的影响

为研究高原条件下不同喷射策略对某重型柴油机燃烧特性的影响。建立基于ECFM-3Z燃烧模型的某增压柴油机燃烧室三维模型并将其与平原台架试验结果进行对比验证,分析在海拔4 550 m条件下不同喷射策略对柴油机缸内燃烧过程的影响。结果表明,随着喷油提前角增大,单次喷射时缸内高温区域缩小,温度分布变得均匀,缸内预混合燃烧增强。和平原条件下的结果相比,喷油提前角的增大可以减少碳烟的排放但是增加了NO_x的排放。采用多次喷射策略时,预喷的提前可以使燃油与空气混合更充分,从而有助于主喷燃油更好地燃烧,功率能够得到进一步提升,较单次喷射NO_x排放增加,碳烟排放减少。根据模拟结果最终选择预喷提前角为22°CA BTDC和主喷提前角为2°CA BTDC的喷射策略,示功图面积较单次喷射相比有所提高,可恢复至平原的85.6%。     

地面燃机燃用不同燃料的燃烧室性能分析

从发动机燃烧性能的角度出发,研究了航空发动机改地面燃机后燃用其他燃料对燃烧室性能的影响.利用流体计算软件Fluent,针对地面燃机燃烧室燃用航空煤油、轻柴油、工业酒精、天然气4种不同燃料,进行模拟计算,给出燃用不同燃料时的燃烧性能.结果表明,从燃烧的角度来看,轻柴油的燃烧性能与航空煤油差别不大,可直接替代航空煤油或与航空煤油混合使用,燃用天然气的NOx排放及CO排放都很低,天然气是一种理想的低污染燃料.工业酒精由于物性及热值与航空煤油差距很大,地面燃机改烧工业酒精还需作相当深入的研究.该研究对发展下一代航空替代燃料有一定的参考价值.