某有阀式脉动喷气发动机的实验研究与数值仿真

为了研究某亥姆霍兹型有阀式脉动喷气发动机的工作特性在已有实验台基础上完善了实验台和测试系統。在发动机自吸油的情况下,对动机进行了多次的点火启动实验,测量了有关发动机的壁温、燃气压力以及其他相关特性参数。而后研究了在改变油箱高度从而间接改变发动机自吸油流量的情况下,供油流量大小对发动机燃气压力以及其他参数的影响。实验结果表明随着燃油流量的增加发动机的燃气压力随之升高,壁温和其他参数的值也相应的发生了变化。此外,建立了发动机的三维模型別用CFX软件对发动机的燃烧过程进行了仿真计算。仿真计算得到的结果与实验的结果较为吻合,从而也验证了计算模型的正确性。     

SACI燃烧过程韦伯参数的计算方法

采用韦伯方程对火花塞辅助压缩点燃(SACI)燃烧过程试验数据进行分析,根据形状系数(m)及其相关度(Rm)在燃烧过程中的变化趋势确定了各工况的燃烧模式个数,并分别建立单、双和多韦伯方程进行计算.采用加权拟合法计算形状系数避免了燃烧末期由于燃烧模式改变对计算精度的影响,确定了双、多模式燃烧过程中燃烧模式分割点和燃烧持续期的计算方法.对比三种韦伯方程的计算结果可知:采用双韦伯方程即可保证各工况较高的计算精度,计算结果的相关系数平方(R2)0.95;根据单、双韦伯方程计算精度间的差异,提出了基于试验数据的燃烧模式确定方法,并验证了其准确性.     

试油测试作业中天然气放喷管线求产极限探讨

目前试油测试作业过程中,天然气放喷测试管线的尺寸没有统一的标准,不同尺寸和长度天然气放喷管线的求产极限不明确。为确定天然气放喷管线的合理求产极限,在考虑天然气放喷出口呈现的不同流动状态基础上,建立更为合理的天然气放喷管线水力计算方程,求取不同流量大小天然气在不同尺寸和长度放喷管线流动过程中的沿程压力损耗值和局部压力损耗值等参数,进而得到放喷管线起点压力;并与测试分离器最高许可工作压力进行比较,从而确定出不同长度和尺寸天然气放喷管线条件下分离器的最大可测试产量。在此基础上对放喷管线的强度进行校核计算,判断放喷管线的安全状态。现场应用表明,采用推荐方法计算放喷管线起点压力和现场作业实际结果非常稳合,最大误差小于5%,说明在考虑放喷出口流动状态下的放喷管线起点压力计算方法较可靠,可为现场放喷测试管线尺寸选择和最大求产极限提供具体的指导标准。     

双喷管火箭发动机燃气流场的三维数值计算与试验

研究双喷管火箭发动机燃气流对直升机的影响,对燃气流场中的压力、温度和速度分布等进行理论计算和试验测量.研究采用数值计算和试验测量相结合的方法,控制方程为三维、雷诺平均Navier-Stokes方程及k-ε二方程的紊流模型,并且对该发动机进行了燃气流场的测试,对流场中的总压强进行了直接测量,进行了两次试验;在两次测点位置,试验结果与数值计算值相差分别为3%和7%;证明了对双喷管火箭燃气射流流场的数值计算具有了较好的精度,计算模拟结果可以用于工程设计中.     

微型燃气涡轮发动机喷嘴雾化性能研究

针对微型燃气涡轮发动机喷嘴的雾化对燃烧室火焰稳定性、温度分布和燃烧效率的影响.对某微型燃气涡轮发动机喷嘴的雾化情况进行了数值模拟,并利用平面粒子图像测速仪(PIV)对雾化流场进行了测试,并与数值模拟结果进行相互验证.结果表明,实验结果与数值模拟结果符合较好.该研究为微型燃气涡轮发动机的喷嘴、燃烧室设计及燃烧数值计算提供理论及试验基础.     

基于耦合动力学的直线氢内燃机工作特性研究

根据活塞动力学方程和热力学方程,建立了直线氢内燃机零维数值计算模型,获得了直线氢内燃机活塞运动学特点.通过耦合零维动力学模型和燃烧室动网格模型,建立了直线氢内燃机燃烧过程CFD模型,对比传统氢内燃机和直线汽油发动机,分析了直线氢内燃机工作过程性能状况.仿真计算结果表明:与传统氢内燃机相比,直线氢内燃机燃烧持续期较长,最高燃烧压力和平均温度均较小,这有利于控制NO排放,但燃烧等容放热量较少,后燃较严重,指示效率较低;相对于直线汽油机,直线氢内燃机燃烧过程火焰传播速度快,燃烧持续期较短,指示效率较高.     

海上油田伴生气回收利用实践——燃气冷却器撬装制冷机组的应用

根据某海上平台工程应用实例,介绍了燃气冷却器撬装制冷机组的选型设计过程,工作原理、系统特点,以及成撬设计需要注意的问题,并对燃气冷却器撬装制冷机组经济价值进行分析。燃气冷却器撬装制冷机组的应用,保证了燃气发电机组安全、连续、稳定运行,较好地解决了海上油田的伴生气回收利用问题。     

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     

天然气发动机燃烧和排放数值模拟与试验研究

针对一台燃用天然气的自然吸气汽油发动机,应用CFD三维计算软件CONVERGE建立了燃烧过程和氮氧化物生成的仿真计算模型,模拟了天然气发动机的燃烧和NOx排放物的形成,并对计算结果进行了试验对比和验证.研究结果表明,CONVERGE软件建立的模型能够对燃烧过程和氮氧化物排放量进行较为准确的计算,缸内压力曲线与NOx排放量与试验结果吻合较好.     

N2O4参数变化对液体火箭发动机工作性能的影响研究

利用液体火箭发动机稳态工作模型分析了长期贮存条件下四氧化二氮（N2O4）推进剂参数变化对发动机工作性能的影响。建立了发动机燃烧室和燃气发生器燃烧热力计算模型以及其它组件的工作模型,结合最小二乘优化与迭代计算的方法,实现了对采用参数变化的N2O4推进剂的发动机全系统稳态工作过程进行数值仿真。结果表明,N2O4中硝酸含量的增加以及流阻系数的增加都会使发动机整体性能降低;发动机参数变化基本与氧化剂化学组分变化量呈线性关系,硝酸含量每增加1%,比冲和推力分别减少0.036%和0.054%;流阻系数增加时系统会通过调节燃气发生器混合比使发动机推力、比冲等整体参数的变化幅度小于各组件性能参数的变化幅度。这为更加合理制定推进剂技术规格提供了依据。     

内燃机的活塞设计

介绍了内燃机活塞设计的方法和原则。通过对温度场计算和温度应力、机械应力的计算以及二者叠加的综合应力的分析,解释了活塞设计中的关键问题,为内燃机的活塞设计提供了一种实用的设计方法。     

活塞环径向压力分布测量方法分析

分析了内燃机中关键零件活塞环的重要参数径向压力分布的几种测量方法．着重介绍了活塞环径向压力测量的一种新方法——局部薄壁测量法，并从理论上对这种测定方法进行了分析．     

页岩气井环空带压安全风险定量评价方法研究

针对页岩气开发过程中井筒完整性失效引发的环空带压问题,开展了页岩气井井筒环空带压安全风险定量评估研究。基于模糊综合评判理论,充分考虑页岩气井的井筒实体屏障、流体屏障、运行管理等实际情况,建立了以环空压力、固井质量和地层完整性3个关键风险指标为依据的页岩气环空带压井安全风险评估方法,在某页岩气田进行了应用,对19口环空带压井的风险值和风险度进行了定量评估,并根据风险评价结果,从环空最大许可带压值确定、环空带压诊断、环空带压监测管理等方面给出了一套页岩气井环空带压安全管控推荐作法,研究成果为页岩气井的安全生产提供了重要的技术指导。     

基于可变压缩比技术大功率低热值气体燃料发动机性能优化

为充分利用低热值气体燃料以缓解能源危机带来的压力,改善大功率低热值气体燃料发动机的燃烧过程和热效率,建立了大功率低热值气体燃料发动机的热力学循环仿真模型。研究了可变压缩比对发动机各负荷下性能和燃烧过程的影响规律,并对各工况下的压缩比进行数值优化。结果表明:大功率低热值气体燃料发动机应用可变压缩比技术,可以使发动机适应不同成分和理化性质的低热值燃料。部分负荷工况下,可以使发动机压缩比大幅提高,提高部分负荷下混合气压缩效果,改善了发动机的燃烧过程。应用可变压缩比技术,在中等负荷工况下热效率改善效果在4%~8%左右,小负荷较高转速下,热效率改善效果接近10%。可变压缩比改善了大功率低热值气体燃料发动机的热效率,为充分利用低热值气体燃料奠定了理论基础。     

正庚烷均质压燃燃烧特性和排放特性的实验研究

为进一步了解高十六烷值燃料均质压燃的燃烧特性和排放特性，以正庚烷（n-heptane）为燃料，在一台改装的单缸直喷柴油机上进行正庚烷均质压燃台架实验．结果表明，正庚烷在均质压燃模式下表现出明显的双阶段着火特性；随着混合气浓度增大，缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值升高；随着发动机转速升高，燃烧放热率峰值先降低后升高，高转速的缸内最大爆发压力降低；当废气再循环率增大，缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值均降低，废气再循环使正庚烷均质压燃的运转工况范围向大负荷工况扩展，废气再循环率为75％正庚烷均质压燃运转的最高平均指示压力为0．41MPa．排放测试表明，正庚烷在均质压燃模式下的氮氧化物排放接近零，且可以实现无碳烟排放，但碳氢化合物和一氧化碳排放较高．     

气缸压力监测下车用多缸发动机燃烧状况分析系统

为了提高车用多缸发动机的运行效率，在气缸压力监测条件下，采用Visual Basic 6．0软件研究开发了多缸车用发动机燃烧状况分析系统。通过对气缸压力监测信号的去噪声处理，该系统能实现气缸压力数据、上止点信号、曲轴转角信号的实时采集以及燃烧状况的分析与数据处理。结果表明，随着过量空气系数n的增加，四缸发动机火花塞附近混合气浓度最高，混合气浓度随离火花塞的距离的增大而降低，导致燃烧时间加长；当过量空气系数n增至1.386时，起燃时间提前，起燃后快速燃烧，但燃烧结束的时间延长。根据燃烧状况分析结果，对多缸车用发动机的气缸压力与排气温度进行调节，使车用发动机的输出功率得到明显提高。     

LNG发动机低速工况下瞬态燃烧过程试验研究

对一台增压、液化天然气(LNG)发动机低速工况下的瞬态过程进行连续检测,将实测的瞬态缸压曲线进行二次处理,得出表征缸内燃烧过程的特征参数,在此基础上剖析了诸多瞬态燃烧特征参数的内在联系以及对LNG发动机性能的影响.结果表明,50%燃烧点位置随循环数变动范围约为5 oCA,其波动主要是由燃烧始点的变化引起的,50%燃烧点和燃烧始点的峰值(或谷值)相互对应;50%燃烧点的峰值对应着最高压力升高率和最高爆发压力的谷值,反之则相反.10%~90%燃烧持续期的变化范围为30~45 oCA,它随循环数上升是导致LNG发动机IMEP和NMEP下降的主要原因之一.燃烧特征参数的波动,主要归咎于燃烧始点的不稳定.实现对燃烧始点的精准控制,是保证LNG发动机在低速高增压瞬态过程具有较好工作稳定性的前提.     

Novel Micro Free-Piston Swing Engine and Its Feasibility Validation

To develop high energy-density micro power generation systems, a novel two-stroke cycle micro free-piston swing engine (MFPSE), inspired by the concept of the micro internal combustion swing engine, is proposed to supply mechanical power for a micro power generation system. The working principle, gas exchange and ignition timing control cycles, and structure and operation advantages of the MFPSE are discussed in detail. A prototype where the timing control and geometric parameters are designed with reference to a traditional two-stroke cycle internal combustion engine is fabricated. The successful ignition experiment shows that this new concept engine is feasible and is worthy of further study.     

二甲基醚发动机工作过程的数值模拟研究

以二甲基醚着火反应机理和热力学燃烧模型为基础,建立了二甲基醚着火数据库及发动机工作过程的数学模型,藉此进行了发动机的循环模拟计算．计算结果与验证实验结果对比表明,Wiebe模型、Watson模型和Whitehouse-Way模型均可应用于二甲基醚发动机工作过程的模拟计算．应用化学反应动力学模型对DME发动机着火过程模拟计算结果所建立的着火数据库表明,滞燃期是缸内温度、压力和燃空当量比的函数,在一定的燃空当量比范围内,着火滞燃期随燃空当量比增大而变小．而采取将着火数据库与Watson燃烧子模型相耦合的模拟计算能够与实验结果相吻合。     

一种计算涡流室式柴油机工作过程的数学模型

本文提出了一种预测涡流室式柴油机工作过程和整机性能的数学模型,计算结果与实测值的比较说明,它可以反映喷油过程及发动机结构参数、运转参数对涡流室式柴油机工作过程和性能的影响,计算简单,便于推广.