基于可视化系统的直喷天然气发动机喷射及燃烧特性研究

天然气作为一种最有前途的代用燃料在汽车发动机上的应用日益广泛。为提高天然气发动机的燃烧效率,采用缸内直喷技术;并通过位于喷嘴附近的火花塞点燃分层混合气,使天然气发动机在中低负荷下实现稀薄燃烧。对于直喷天然气发动机,研究喷雾贯穿距、喷雾锥角、循环波动和燃烧速度等喷射及燃烧特性具有重要意义。首先设计开发了用于观察天然气喷射及燃烧的可视化系统,拍摄不同实验条件下天然气喷射及燃烧过程。利用实验数据,分析了直喷天然气发动机的喷射及燃烧特性。     

龙滨1型火箭研制过程中出现的低压不稳定燃烧现象和分析

一、前言“龙滨1型消雹降雨火箭”(以下简称“龙1火箭”)的小型固体火箭发动机,采用聚硫橡胶——过氯酸铵类型的复合火药做为推进剂。为了提高“龙1火箭”的性能,满足维护使用、生产工艺和材料选取等方面的要求,在发动机设计上,选取了较低的燃烧室压力。因而,在研制过程中,出现了“点火延迟时间长”、“继续燃烧”等低压下的不稳定燃烧现象。并且是以一定的规律多次地出现,成了发动机研制工作主要解决的问题之一。     

活塞航空重油发动机发展现状

 中国的活塞式航空发动机使用的是航空汽油,其活塞航空重油发动机研制目前尚属空白,而研制该类发动机对中国通用航空、军事领域的发展具有重大意义。介绍了国外活塞航空重油发动机的发展现状,列举、对比了4种成熟机型的相关性能参数,阐述了中国在活塞航空重油发动机方面的研究现状。通过借鉴国外的先进技术,分析了中国在研究过程中出现的燃烧效率、控制系统等问题,提出了中国研发活塞航空重油发动机的关键技术难题,为中国通用航空领域的发展提供参考。     

燃烧过程动态可视化装置的研制

研制了一种基于激光高速摄影技术分析发动机燃烧过程的动态可视化装置．它主要由光学发动机、光路系统、数据采集和信号同步控制系统及其它辅助系统组成．与同类装置相比，具有结构简单、成像清晰、分辨率高、操作方便的优点，实现了系统的同步启动与关闭，特别适于燃烧室形状和位置不同的发动机燃烧过程分析．试验结果表明，应用该装置可深入分析和研究发动机的喷雾、燃烧过程，这对寻求降低燃油消耗率、改善排放性能的新方法具有重要意义．     

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.     

我校研制出新型发动机分析仪

利用发动机分析仪以及计算机等高技术,可对发动机气缸内的燃烧过程进行深入详尽的研究,从而改进发动机燃烧室和进气系统等关键部位的设计,提高发动机燃烧效率,降低油耗。这类发动机分析仪我国过去主要依靠进口,国内只有少数大学、科研单位拥有。由国家机电部机械工业技术发展基金资助,华中理工大学研制成功的H G-1208发动机分析仪主要由高速数据采集装置与通用微计算机组合而成.它可通过检测柴油、汽油发动机工作状态下气缸内压力以及其他参数,直接由示功图显示发动机作功情况,并可计算出发动机每一瞬间缸内燃料消耗、放热规律以及燃气温度等重要参数曲线,是现代发动机研究、生产过程中必不可少的测试分析仪器。该仪器研制成后曾在第二汽车制造厂和有关大专院校、科研单仕多次试用,并     

光学法诊断发动机燃烧过程的实验研究

研制了一个用于发动机燃烧过程监测和分析的光电测量系统，包括一个以镀膜蓝宝石棒为传感头的光纤燃烧传感器，一套以光电倍增管ＰＭＴ为光探测器的检测电路和一套数据采集分析系统．应用这个系统在一台汽油机上进行了实际测量．实验表明，光学法可以准确地测出发动机燃烧过程的时间参数，从光强变化曲线可以得到混合气均匀性和燃烧循环波动之间的关系     

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．     

光学法诊断发动机燃烧过程的实验研究

研制了一个用于发动机燃烧过程监测和分析的光电测量系统，包括一个以镀膜蓝宝石棒为传感头的光纤燃烧传感器，一套以光电倍增管ＰＭＴ为光探测器的检测电路和一套数据采集分析系统。应用这个系统在一台汽油机上进行了实际测量。实验表明，光学法可以准确地测出发动机燃烧过程的时间参数，从光调度化曲线可以得到混合气均匀性和燃烧循环波动之间的关系。     

如何提高发动机充气效率

发动机的换气过程是指将燃烧产物排出气缸和把新鲜冲量充入气缸的过程,换气过程的好坏特直接影响发动机的动力性、经济性和排放特性[1].本文以SGMW发动机的技术改进为切入点,学习研究了提高发动机充气效率η V的措施.     

航空发动机燃烧室两相湍流燃烧建模与仿真

航空发动机燃烧室具有内部结构复杂、燃烧组织多样、物理化学过程多变的特点。数值仿真技术的工程应用可有效缩短燃烧室的研制周期，减少试验数量和设计风险，备受研究人员重视。该文依据航空发动机燃烧室工程应用仿真需求，通过分析燃烧室典型仿真的特点和难点设计了一套数据结构合理、流程架构可拓展性高的软件框架，针对性开发集成了10类具备高精度优势的雾化、蒸发和湍流燃烧模型，研制出一套具有完全自主知识产权、可高效运行于现代主流高性能计算机之上的并行自适应非结构网格的燃烧室两相湍流燃烧数值仿真软件。典型工程全环主燃烧室和加力燃烧室上亿网格规模算例和工况的测试结果表明：燃烧数值仿真软件的两相湍流燃烧耦合仿真功能、精度和并行效率基本满足航空发动机燃烧室工程实用要求。     

超燃冲压发动机燃烧效率取样探针设计

分析了超燃冲压发动机燃烧效率取样探针设计的技术难点，设计了一个超燃冲压发动机燃烧效率取样耙子，对取样探针的流场特性、燃气化学反应在探针中的快速冻结等进行了分析，所设计的取样耙子由16个取样探针组成，与取气瓶、色谱仪等配套使用，可测量超燃冲压发动机的燃烧效率.     

LPG—柴油双燃料发动机燃烧性研究

提出了一种根据燃烧分析仪测录的示功图计算LPG－柴油双燃料发动机燃烧放热规律的新模型,简要介绍了该模型的计算原理和方法,利用该模型分别计算了LPG－柴油双燃料发动机的引燃柴油,LPG及叫的燃烧放热率,分析了其燃烧过程及燃烧特性,并与试验结果进行了分析比较,从而为研究分析双燃料发动机的燃烧特性提供了一种便捷有效的方法。     

LPG-柴油双燃料发动机燃烧特性研究

提出了一种根据燃烧分析仪测录的示功图计算 LPG-柴油双燃料发动机燃烧放热规律的新模型 .简要介绍了该模型的计算原理和方法 .利用该模型分别计算了 LPG-柴油双燃料发动机的引燃柴油、LPG及总的燃烧放热率 ,分析了其燃烧过程及燃烧特性 ,并与试验结果进行了分析比较 ,从而为研究分析双燃料发动机的燃烧特性提供了一种便捷有效的方法     

基于电磁驱动的自由活塞发动机燃烧室结构优化设计

为改善自由活塞发动机的燃烧质量,依据建立的电磁驱动自由活塞发动机仿真模型,采用数值模拟与试验相结合的方法对自由活塞发动机燃烧过程进行了仿真分析,并对活塞顶部形状进行了优化设计.结果表明,通过对电磁驱动的自由活塞发动机燃烧室的优化设计,提高了换气效率,增大了压缩比,缸内峰值压力随之增大.该研究为组织好电磁驱动自由活塞发动机缸内气体流动提供依据,为电动汽车和混合动力汽车的发展提供发动机基础.     

合成燃料优化及提升发动机效率的实验与仿真研究

减少二氧化碳排放,放特别是减少汽油发动机的二氧化碳排放是目前正在急剧上升的一项要求。从能源的生命周期考虑,能源载体即化石燃料是产生二氧化碳排放问题的根本原因。采用从可再生能源中提炼出的合成燃料（eFuel）,可使汽油发动机接近或达到二氧化碳排放的碳中和要求,因此配置eFuel的成分和性质至关重要,因为它将影响汽油发动机的工作过程和效率。eFuel的成分变化会显著影响汽油发动机的喷射、混合气形成、燃烧,以及后氧化和排气后处理等过程,因此,Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG和FKFS合作开展了一系列相关研究,将不同的eFuel在单缸发动机试验台和喷雾试验台上进行了测试,并将其结果用于标定三维流体的仿真模型。同时,对eFuel的组成、混合气形成及燃烧特性进行深入分析,旨在提高汽油发动机效率,同时改善碳排放效果。除了进行单缸发动机测试外,还对汽油发动机配置进行虚拟优化,即通过替代燃料与发动机优化的相结合来提升汽油发动机的效率。     

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.     

发动机缸内燃烧过程瞬态温度场分布测量系统研究

发动机缸内燃烧过程瞬态温度场分布测量系统研究常建新孙雨南王琦秦秉坤（北京理工大学光电工程系１０００８１）发动机提高效率、降低排放技术研究的关键在于燃烧过程。发动机缸内瞬态温度场的测量对于发动机燃烧过程的研究具有极为重要的作用。发动机燃烧过程是在密封容...     

氢气超声速燃烧过程的多步简化反应机理数值模拟

为了减少燃烧试验次数和改进超燃冲压发动机结构设计,采用大型模拟软件Fluent,对氢气和空气在超燃冲压发动机内的超声速流动与燃烧过程进行数值模拟。首先对空气和燃料在发动机中的冷混流动进行模拟,然后分别采用一步总包或多步简化化学反应机理,模拟超声速燃烧过程。结果显示,采用一步总包反应机理时,燃料点火容易,得到的燃烧效率也比较高,但是得到的温度偏高;采用多步简化反应机理,不容易点火,模拟过程中火焰易灭,模拟所需要的时间也比较长,但得到的流场与实验过程更接近。     

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.