用多区模型预测直喷式柴油机燃烧过程和排放

以直喷式柴油机喷油燃烧过程现象学描述的基础，建立了柴油机准维多区燃烧模型，用以预测直喷式柴油机燃烧过程和有害物排放量，该模型将燃烧室划分成许多个燃烧小区，每一个燃烧小区包含了燃油破碎，液滴蒸发吸热，空气卷入，混合气燃烧等过程，该模型的预测能力和精度得到了实验验证。     

直喷式柴油机NOx排放特性的模拟计算研究

在油滴蒸发准维燃烧模型的基础上，考虑燃油喷雾、蒸发、空气卷吸及传热的影响，结合生成NOx的化学动力学机理，建立直喷式柴油机的燃烧及NOx计算模型。实测直喷式柴油机多种转速负荷特性的NOx排放，得出柴油机运行范围内的NOx排放特性，并与模拟计算结果进行对比分析，两者变化较吻合。柴油机在低速大负荷时由于最高燃烧压力较大，温度较高，燃气在高温下停留时间较长，NOx排放浓度较大。供油提前角增加时，着火始点提前，最高燃烧压力及温度增加，NOx排放浓度也增加。     

油膜厚度测量技术的研究——油膜雾化燃烧机理研究之一

本文研究了柴油讥燃烧状态下燃烧室壁面上油膜厚度的测量，解决了传感器制 做、测量信号引出、测量燃油制备、定标装置制做、测量电路设计等一系列技术问 题，成功地测量出了柴油机燃烧状态下燃烧室壁面上的油膜厚度。这对于了解油膜在 燃烧室壁面上的形成。分布及蒸发规律，以便更好地组织油膜雾化燃烧具有很大的实 用价值．     

涡流对船用柴油机喷雾燃烧及排放影响的数值研究

涡流对船用柴油机的喷雾燃烧及排放过程起着至关重要的作用.基于雷诺平均模拟方法(RANS)结合KHRT液滴破碎模型和CTC/Shell燃烧模型研究了涡流对船用柴油机喷雾燃烧及排放的影响.首先对重油喷雾进行标定,标定后模拟贯穿距与实验数据吻合较好;然后基于验证的喷雾模型,通过对比环境涡流下不同喷射角的喷雾形态、贯穿距、燃油蒸发质量和液滴平均粒径(SMD),研究了涡流对重油喷雾的影响.结果表明,涡流方向与喷雾方向相反或垂直时,涡流作用力可抑制喷雾轴向贯穿距的发展,增加了液滴与环境气体的相互作用进而促进喷雾雾化和蒸发;涡流与喷雾相切时,涡流可以促进喷雾轴向贯穿,但喷雾蒸发较差.进一步对CTC/Shell燃烧模型进行标定,标定后模拟放热率与实验数据吻合良好.最后基于验证的喷雾燃烧模型,研究了涡流比对船用柴油机喷雾燃烧和排放的影响.结果表明:一定范围内随着涡流比增大,喷雾液滴更加分散,喷雾气相蒸发加强,导致缸内燃烧更加剧烈,缸内最高爆发压力和最高温度升高,氮氧化物(NO_x)排放增多.     

车用直喷式柴油机燃烧压力振荡控制的研究

针对柴油机缸内燃烧压力振荡对发动机工作过程产生的重要影响，试验研究和理论分析转速、负荷、喷油提前角等对直喷式柴油机燃烧压力振荡的影响．研究结果表明：随着运行参数的变化，柴油机的滞燃期发生了变化，从而影响了滞燃期内喷入气缸的燃油量，严格控制滞燃期可以有效地降低燃烧压力振荡强度．缸内燃烧压力振荡的研究，为改善柴油机的缸内燃烧过程及其工作过程的可靠性提供了依据．     

柴油机性能与排放预测的准维混合模型

对增压直喷柴油机的缸内空气卷吸、瞬态燃油液滴蒸发、燃烧过程的分段特征、化学反应平衡的最小自由能机理,实际气体性质修正、燃烧排放物生成等进行了分析,结合缸外的喷油过程仿真及进拓气过程的容积法,建立了一个综合的研究性能及排放的准维多区模型,并进行了两个机型多个工况的实机试验比较,结果表明该模型的变工况适应性较好,两个机型下计算与实测基本吻合,该模型的建立,有助于深入了解柴油机的结构与运行参数的影响,实     

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.     

改变燃烧室形状对135系列柴油机燃烧效果影响的数值模拟

使用通用的计算流动软件Star-CD,对具有螺旋进气道的135系列柴油机采用四种不同燃烧室时的进气和燃烧过程进行数值模拟,并对结果进行对比研究.柴油机燃烧室包括偏心ω燃烧室、长脖ω燃烧室、双ω燃烧室,及作为标定用的平顶燃烧室.计算结果表明:采用偏心ω燃烧室时具有相对最高的缸内平均温度、缸内压力和燃油蒸发率.分析结果认为,135系列柴油机采用偏心ω燃烧室时具有相对好的燃烧效果和工作性能.     

脉冲激光全息技术探测柴油机喷雾方法的研究

在柴油机喷雾全息观测系统上,研究了脉冲激光全息技术探测柴油机喷雾的方法,并着重探讨了同轴全息微粒场密度极限、大密度微粒场全息测量、雾场燃油浓度分析及雾场二维和三维显示等测试问题。文中成功地测量了柴油机喷雾油滴尺寸、频数分布和燃油浓度,实现了喷雾内部构造的可视化,发现和认识了一些新的雾化现象,为柴油机喷雾模型构筑和燃烧过程的研究提供了重要依据。     

燃烧室几何形状和位置对燃烧过程的影响

采用自制的喷雾燃烧多功能动态可视化试验装置,对柴油机燃烧室几何形状和位置对燃烧过程的影响进行光学法研究,获得口径为62 mm圆柱形、55 mm缩口形、55 mm缩口偏置凹坑形3种不同形状燃烧室的喷雾燃烧过程照片。研究结果表明:与圆柱形燃烧室相比,缩口形燃烧室和缩口偏置形燃烧室的燃油蒸发速度及混合速度增加,始燃点(曲轴转角)提前3°~5°,后期扩散燃烧速度加快,整个燃烧持续期(曲轴转角)缩短7°~9°。     

用改进的多区模型计算柴油机中的燃烧和排放

在广安博之直喷式柴油机多区燃烧模型的基础上,改进了燃油雾滴的运动和蒸发模型,以及碳烟的生成与氧化模型,增加了缸内挤流和涡流模型、油滴碰壁和反弹模型,计算结果表明,改进后的油束运动模型比原模型更加合理,较好地解决了空气卷吸问题,在不同转速和负菏工况下均能获得令人满意的精度,能够反映缸内与各区内的燃烧与排放物生成情况,用改进的多区模型可以较好地研究直喷式柴油机的工作过程及其排放。     

柴油机燃用小桐子油的喷油及燃烧过程模拟

运用三维CFD软件,建立柴油机分别燃用纯柴油和小桐子油的计算模型.分析了柴油机燃用2种燃油的燃烧过程,模拟了喷雾的发展历程,通过在一台单缸直喷式柴油机上燃用柴油、小桐子油的试验来验证模型,模拟所得结果与试验结果较为吻合.通过对2种燃料的油滴颗粒发展和缸内燃油质量分数分布进行比较,对喷雾特性差异的成因进行了探讨.结果表明:不同燃油的质量分数分布变化的趋势大体相同,与柴油相比,小桐子油在喷射的初始阶段的喷射速度较柴油的略大,但主喷射期的喷射速度较低,油束的贯穿距离较小,小桐子油的喷射时间较早,在开始喷射后,小桐子油的质量分数分布变化速度明显小于柴油,到了燃烧后期,其燃油质量分数较高的区域较大.     

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．     

Computational and experimental study on TR combustion system of diesel

一种应用在135柴油机上的新型燃烧系统TR(Three-Rapidity),是由收口深坑ω形燃烧室改进而成,在壁面设置导向圆弧,并与带中孔的多孔喷嘴相匹配.应用STAR-CD软件对TR燃烧系统在50%负荷下的工作过程进行三维数值模拟,并与原机燃烧系统相比较.结果表明,TR燃烧系统的着火点控制在上止点附近,增加了预混合燃烧的比重.采用导向圆弧、缩口燃烧室和中孔喷射,气流运动更加剧烈,燃油空间分布合理,空气利用充分,减少壁面散热损失,并具有良好的冷启动性能.在135单缸柴油机上进行试验研究,和原机相比TR燃烧系统具有良好的烟度排放特性,NOx排放在中小负荷低于原机排放,在高负荷则有所增加,可通过推迟喷油来解决.TR燃烧系统在降低柴油机排放方面具有较大的潜力,对原机结构改动较少,具有广阔的应用前景.     

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。     

直喷式柴油机伞形喷射混合气形成与燃烧过程研究

在一台中速直喷式柴油机上，通过高速纹影照相技术直接观察了三种典型伞喷油嘴的喷雾发展及混合气形成过程，分析了不同孔径和不同喷射锥角对油束特性，油束着壁，混合气形成和发展过程的影响，在实机运转条件下，采用ＡＶＬ６５７燃烧分析仪测取了示功图，并给出了放热率曲线和燃烧性能参数，对这三种典型伞喷油嘴的燃烧放热特点进行了较深入的分析。     

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.     

基于一种新型喷油系统的船用柴油机NO x 排放试验研究

为了探索采用改进的机械式喷油系统以较低的成本使大功率船用柴油机的NOx排放满足IMO TierⅡ法规的可能性,在一台6PC2-6/2L型柴油机上开展台架试验,验证了自行研发的新型喷油系统,即交叉喷孔油嘴和调压孔式喷油泵,对于降低船用柴油机NOx排放的效果.试验结果表明：交叉喷孔油嘴所产生的扇形喷雾在柴油机气缸的空间分布范围广,混合气更为稀薄,有利于抑制燃烧温度,从而降低NOx排放;将新型喷油系统应用于该柴油机使NOx排放率降低14.3%,同时制动油耗率降低1.5%.新型供油系统进一步优化有望使该柴油机的NOx排放满足IMO TierⅡ排放法规.     

伞喷燃烧系统在车用柴油机上的应用研究

本文提出了一种新的直喷式柴油机燃烧系统──伞喷燃烧系统。该系统应用大喷 雾顶角的轴针式喷油器，它主要依靠燃油喷雾轮廓与燃烧室形状的良好配合，并组织 较强的挤流达到改善混合气分布的不均匀性和提高燃油空气混合速度的目的。在一台 单缸机上的试验结果表明：这种系统在小缸径、高速机上的应用是有效的，并在燃油 消耗及冷烟排放等方面都有明显的改善。     

柴油机喷雾两相流蒸发混合的数学模型研究

提出了预测直喷式柴油机燃油喷雾蒸发和混合过程的数学模型.基于紊流射流的积分方法,在计及喷雾平均油滴直径和油滴分布指数随蒸发过程而变化的情况下,通过气相射流子模型和油滴蒸发子模型的有机结合,使柴油机喷雾两相流的计算大为简化.与复杂的密集喷雾模型相比,本模型的计算工作量很小,而两者的计算结果却符合较好.