柴油机喷雾燃烧过程的动态可视化试验

基于柴油机喷雾燃烧可视化方法,在DLH1105型产品发动机的基础上进行了发动机的改装、光路系统的开发和数据采集及控制系统的开发,研制出喷雾燃烧多功能动态可视化试验装置．同时总结出试验装置建立过程中应该注意的一些关键问题．在该试验装置上,分别对25MPa和18MPa的喷油压力下以及Ф62mm圆柱形、Ф5mm圆柱形、Ф5mm圆柱左偏斜形、Ф55mm圆柱右偏斜形4种燃烧室形状下的喷雾燃烧过程进行了喷雾燃烧可视化试验,获得了喷雾燃烧照片,通过对比分析得出高喷油压力及偏斜形状燃烧室具有更优的喷雾燃烧特性．     

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.     

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.     

高海拔区域不同燃烧室在不同喷油正时下的性能

为了在燃烧室层面对某高原船用柴油机进行“油-气-室”匹配优化,实现性能恢复,通过仿真计算与实验验证的方法对四种不同形状的燃烧室进行喷油正时提前。海拔4550米条件下的计算结果表明：在喷油提前角为12°BTDC(Before Top Dead Center上止点前)时,双层分流式燃烧室能够有效利用余隙容积空间的空气,表现出了最高的缸内燃烧压力与较低的NOx生成量;高低型双涡流室双缩口燃烧室拥有最低的NOx排放量,但SOOT排放量较高;原型ω燃烧室的SOOT排放量较低,但NOx排放量最高;底部大涡流燃烧室的高原性能表现欠佳。随着喷油正时的提前,双层分流式燃烧室始终保持着最高的缸内平均压力;高低型双涡流室双缩口燃烧室的动力性与SOOT排放量均明显得到改善;底部大涡流燃烧室的性能恢复不及其余燃烧室。在青海省对使用ω燃烧室的原型机进行喷油正时为12°BTDC与18°BTDC的实验测试,结论证明喷油正时提前的计算结果准确可靠。此研究能够为高原柴油机的燃烧室选型以及喷油正时优化提供依据。     

柴油机燃烧过程的数值模拟及燃烧室改进

为了改善柴油机燃烧室内混合气的形成状态和燃烧质量,对改装DLH1105型直喷柴油机缸内喷雾和燃烧过程进行了动态数值模拟,并在压缩比不变的情况下设计了3种不同结构的燃烧室,分别为敞口型、直口型和缩口型.通过STAR-CD软件对3种结构的燃烧室进行了三维数值模拟,获得了柴油机的缸内流场、燃油质量分数分布和温度场.结果表明:模拟出的缸内喷雾和燃烧过程与可视化试验的结果吻合,计算模拟的方法可靠;缩口型燃烧室有较强的挤流强度,较长的涡流持续期,使混合气质量和燃烧性能优于直口燃烧室和敞口燃烧室,缸内压力和平均温度最高,Soot生成量最少,同时NO的生成量最大.     

直喷式柴油机燃烧过程的CFD研究

本文应用三维CFD仿真软件AVL FIRE对CY4102直喷式柴油机的燃烧过程进行了数值模拟计算,再现了缸内流体的运动过程、湍流参数的变化、燃油粒子的空间分布、燃烧过程的进展状况、传热过程以及缸内温度场的分布等,结果表明:随着喷油提前角的增大,滞燃期变长,最高平均温度、压力和放热率峰值均增大,且其对应的曲轴转角均有前移趋势,同时氮氧化合物(NOX)的排放增加,碳烟(Soot)的排放减低;燃烧室速度场和柴油浓度场随曲轴转角的变化不明显。     

柴油机燃烧放热率的V2G数学模型

关于柴油机燃烧放热率的数学模型,国内外都做过不少研究,本文是在研究这些成果的基础上,经过探系提出了如下的数学模型。它由一个韦别函数和两个高斯函数构成,即式中 X—某一瞬间之前已经烧掉的燃料量(以所占每缸每循环总燃料耗量的百分 数计) 为某一瞬时的曲轴转角(°CA),1及2分别为燃烧始点与终点的曲轴转角。 (1)式右端的第一项(即韦别函数对曲轴转角的一阶导数)用来描写放热率图形的主体部分。第二项,即第一个高斯函数用来描写急燃期所形成的放热率图形的第一个凸峰,即表达燃烧过程的粗爆程度。第二项,即第二个高斯函数用来描写图形的…     

柴油机缸内流场的三维瞬态数值模拟

利用AVL Fire软件对3105柴油机的进气、压缩过程进行了三维瞬态数值模拟,得到了两种形状燃烧室详细的流场结构。在进气冲程和压缩冲程初期,燃烧室对缸内气流运动影响不大。在压缩上止点附近,燃烧室形状对缸内气流运动有重要影响：A型燃烧室（直口‘1）形）内挤流速度明显低于B型燃烧室（带有凸台的微缩口形）,说明减小燃烧室开口直径能有效的增强挤流;A型燃烧室在压缩终了形成了两对不对称的挤流涡团,B型燃烧室形成了几乎对称的两对挤流涡团,可见中间凸台对气流有良好的导向作用。     

柴油机伞帘喷雾燃烧系统空气运动的数值模拟

用数值分析方法研究柴油机伞帘喷雾燃烧系统中的空气运动规律,探讨了缸内流场的演变过程、涡流与挤流的相互作用和燃烧室结构的影响,并比较了该燃烧系统与原机燃烧系统中的流场．计算基于任意拉格朗日—欧拉法,采用κ-ε湍流模型,计算结果表明,在上止点前较大的曲轴转角范围内,纵剖面流场结构相似,无涡流时接近上止点的缸内纵剖面流场受挤流控制．挤流促进燃烧室中心线附近的空气运动;逆挤流主要发生在燃烧室边缘;涡流使流场复杂化,随着涡流强弱不同,缸内形成不同的流动图案;折转壁面间的过渡情况影响气流贴合壁面情况;伞帘喷雾燃烧系统的挤气面积远大于原机,因此前者的空气运动明显强于后者,较强逆挤流维持的时间长于后者。     

“高低型双涡流室双缩口燃烧室”柴油机的高原排放特性

为了研究"高低型双涡流室双缩口燃烧室"柴油机的高原排放特性,运用AVL Fire对某高原柴油机改用"高低型双涡流室双缩口燃烧室",并进行在海拔4500 m的模拟燃烧.结果表明:相对于原型ω燃烧室,"高低型双涡流室双缩口燃烧室"能够同时降低NOx与碳烟(SOOT)排放量.为了进一步优化"高低型双涡流室双缩口燃烧室"的高原排放性能,设置了不同的径深比、高低涡流室半径比与不同的喷油夹角,进行计算.结果表明:在计算范围内,随着该型燃烧室的最大径深比的增大,NOx排放量先下降后上升,SOOT排放量先上升后下降;随着高低涡流室半径比的增大,柴油机的NOx排放量先降低后增大,而SOOT排放量一直下降;随着喷油夹角的升高,该燃烧室的NOx排放量先下降后上升再下降,最后再升高,呈W形趋势,而SOOT排放量则先升高,后降低.研究结果为用于高海拔地区的"高低型双涡流室双缩口燃烧室"提供了设计参考.     

混烧锅炉富氧燃烧的数值模拟

富氧燃烧会对煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧特性产生重要影响.以130 t/h煤粉和高炉煤气混烧锅炉为研究对象,采用Fluent流体力学软件,对助燃气体(O2/N2)在3种不同氧气体积百分数(21％,23％,27％)工况下煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧过程进行数值模拟.模拟得到3种工况下:炉内的温度场分布,烟气流场特性,火焰长度.模拟结果表明:随着氧气浓度的增加,燃料着火速度更快,燃烧更稳定,出口烟温逐渐降低,炉内烟气流速逐渐减少,强化了炉内传热效果,提高了锅炉热效率.     

旋流煤粉燃烧第四类稳燃技术

将国内外旋流燃烧器现有的稳燃措施根据其稳燃原理分为3类.分类分析现有稳燃措施不能适应低挥发分煤稳燃的原因和存在的问题,分析得出:扩口、扩流锥、浓淡燃烧、齿环稳燃器等稳燃措施都没有考虑煤粉气流进入炉膛后与高温烟气迅速混合问题.在这些稳燃措施的流场中,煤粉气流进入炉膛,除脉动外,首先沿回流区外缘流动,向外扩张,与二次风混合过早,而并不迅速与热烟气混合;煤粉气流与高温烟气的混合动力为二者之间的横向湍流脉动,混合强度弱.因此,对于低挥发分煤不能起到良好的稳燃作用.提出了第4类稳燃技术花瓣稳燃器,该技术充分考虑了煤粉气流与高温烟气间的掺混速度和前期掺混强度.花瓣稳燃器能够在其背流面形成轴向和径向多种回流区,使得煤粉颗粒与高温烟气间的混合动力除横向湍流脉动外还有宏观对流混合,加大了二者之间的热质交换强度.     

预混合燃烧方式的混合气形成与燃烧的研究

通过高速纹影摄影及激光多普勒测速技术对伞喷油嘴的喷雾特性进行了研究，并获得了与多孔喷油嘴喷束不同的规律，通过在Ｅ１５０型和１３５型试验机上的伞喷燃烧试验取的示功图及性能参数表明具有预混合燃烧的特点，改善了经济性和排放指标。     

蓄热式空间燃烧烤包器

在分析蓄热燃烧方法和现有蓄热式烤包器的基础上，结合莱钢炼钢厂钢包烘烤现状，研制开发了新的蓄热式空间燃烧烤包器。现场使用证明该烤包器具有节能、加热均匀和低污染排放等显著优点，具有广阔的应用前景。     

能量载体与理想的燃烧组织方式

分析了燃烧现象中能量载体的构成，提出了反应能量载体和附加能量载 体的概念，研究了反应能量载体和附加能量载体对燃烧现象的影响。综合考虑燃料与助燃剂、能量传递和燃烧产物排放过程，提出了理想的燃烧组织方式。     

多孔介质内预混合超绝热燃烧的排放特性

通过实验探讨了多孔介质内燃气和空气预混合超绝热燃烧降低NO、CO排放的机理.对多孔介质内预混合气体单向流动和往复流动两种情况下燃烧排放的NO、CO体积分数进行了测试,并系统地研究了预混合气体的当量比、流速、往复半周期对往复流动燃烧(RSCP)排放特性的影响.结果表明,相对于单向流动,往复流动有更好的燃烧排放效果.往复流动燃烧半周期内CO排放量体积分数明显受当量比、流速、往复半周期的影响;而平均NO排放体积分数可达很低水平,通常保持在10×10-6以下.     

燃气炉低温催化燃烧研究

对燃气炉的低温催化燃烧进行了研究。研究表明，在自制的多孔陶瓷盘上的负载催化剂，可实现天然气的低温催化燃烧，降低了因高温直接燃烧引起的环境污染，同时使燃气炉的热效率提高约10％，可有效节约能源。     

燃烧室热边界对微型发动机瞬态燃烧特性影响数值分析

为了研究燃烧室热边界对微型内燃机微燃烧特性的影响,以指导燃烧室设计,采用层流有限速率模型对微燃烧过程进行了仿真。首先对仿真结果开展了有效性分析,探讨了网格尺寸、时间步长、步长内最大计算步数3个建模因素对仿真结果的影响,结果表明仿真与实验比较吻合。在此基础上探索了散热系数、壁面厚度和材料3个参数对燃烧特性的影响。结果表明,散热系数对燃烧特性有较明显的影响,散热系数从0增加到55 W／（m2·K ）时,压力升高率减小,着火点延后,最高压力值下降了2个大气压。壁面厚度和材料对燃烧特性影响不大,分析表明这是由于在热量从缸内传到外界环境的热流路径中主要传热热阻是外壁面与环境之间的对流换热热阻所致。     

一氧化碳在循环流化床燃烧室中的燃烧模型

为了研究一氧化碳在循环流化床燃烧室（CFBC）中的燃烧,通过对纯气相反应中一氧化碳燃烧速率的若干常用公式的比较识别,根据CFBC内的气固结构特点,分析了一氧化碳在循环流化床燃烧室中的燃烧机理,提出了一氧化碳有效反应空间的概念,从而建立了一种适合于循环流化床燃烧室条件的一氧化碳燃烧计算模型。模型计算结果与报道的实验结果吻合很好。     

煤炭自燃模拟实验装置设计与研制

设计与研制煤炭自燃模拟装置,该装置能够模拟和研究煤炭在常温条件下自燃的发生和发展过程、发生条件及其影响因素、自燃过程煤炭微观和宏观参数变化,研究自燃火源形成及其分布规律。