湍流射流点火预燃室射流孔对甲醇发动机性能及排放影响的研究

基于一台四冲程单缸发动机开展预燃室结构和射流孔直径对湍流射流点火(turbulentjetignition,TJI)甲醇发动机性能和燃烧特性的影响研究．试验采用直单孔和斜三孔两种类型预燃室射流孔，根据预燃室是否喷射甲醇，预燃室可分为主动式预燃室和被动式预燃室．结果表明，预燃室射流孔直径过大会使射流强度减弱，进而导致主燃烧室燃烧速率降低，不利于稀薄工况下的稳定燃烧；预燃室射流孔过小则会导致节流损失和淬息作用增强，造成稀薄工况缸内燃烧恶化，且污染物排放增加．稀燃工况下，对于直单孔预燃室，4 mm直单孔预燃室性能表现较好，可产生较强的射流，拓宽发动机稀燃极限、提升燃烧稳定性，同时降低指示油耗率，减少污染物排放．预燃室结构不同时，斜三孔预燃室可产生与活塞表面平行的射流火焰，TJI甲醇发动机获得更好的动力性与燃油经济性，且污染物生成较少；同时，斜三孔预燃室可在主燃烧室产生多股射流，提供分布更加广泛的点火源，促进缸内快速燃烧，有效提升稀燃工况下的燃烧稳定性．不同发动机负荷下，斜三孔预燃室的使用可使发动机获得更好的燃烧和排放性能；TJI甲醇发动机具有较好的经济性和燃烧稳定性，同时，缸内燃烧速率更高，...     

不同压缩比对湍流射流点火发动机性能和爆震影响的试验研究

本文基于一台四冲程单缸发动机开展了不同压缩比对湍流射流点火(TJI)汽油发动机性能和爆震特性的影响研究,试验所采用的压缩比为9、11、13和15,在每个压缩比工况下对不同过量空气系数λ进行研究．结果表明,高压缩比可以拓展湍流射流点火汽油发动机的稀燃极限,压缩比15工况下,可以实现λ=3稳定燃烧．增大压缩比并配合预燃室喷油可缩短发动机燃烧的滞燃期和燃烧持续期,进而提高射流点火发动机燃烧效率．1.4<λ<1.9时,随着过量空气系数增加,主燃烧室内混合气变稀,滞燃期和燃烧持续期在低压缩比工况(CR=9、11、13)呈上升趋势,此时主燃烧室混合气浓度对燃烧过程的影响占主导作用;但是随着压缩比逐渐升高至15,滞燃期和燃烧持续期的上升趋势不再明显;而当λ>1.9时,主燃烧室混合气过于稀薄,此时预燃室射流火焰对主燃室燃烧的影响增强．试验还发现,射流点火发动机和普通火花塞点火发动机在压力振荡方面存在较大差异,射流点火发动机的压力振荡从燃烧初期阶段开始一直持续到燃烧结束,这主要是由于高温射流对主燃室多点点火造成的压力振荡．在高压缩比和较浓混合气工况下,射流点火发动机可能还会发生早燃,因...     

基于MATLAB图像处理的大缸径定容弹中甲烷/空气射流火焰传播特性

在带有预燃室的大缸径定容燃烧系统中进行甲烷/空气射流引燃主燃室内预混气体的实验研究.基于MATLAB软件平台编写火焰图像批处理算法,并通过该算法进行图像预处理进而获取特征参数;通过分析瞬时压力曲线以及高速摄影仪拍摄的火焰传播图像,研究甲烷/空气预混射流火焰的传播特性以及初始压力和过量空气系数等初始条件对射流火焰发展过程及火焰传播速度的影响.研究结果表明:位于预燃室中的火花塞偏置会造成主燃室内的引燃射流火焰的不均衡发展,且这种不均衡性在过量空气系数越小时愈发严重;射流火焰传播速率随初始压力和过量空气系数的增大而减小,并且当过量空气系数较小(λ=0.8)时,射流火焰对背压的变化较为敏感.     

砂光粉喷燃火焰运动轨迹的初步研究

分析了锅炉或热油炉中，影响砂光粉喷燃火焰运动轨迹的主要因素；运用流体力学的温差射流理论，推导了无旋流片圆截面管喷燃火焰的运动轨迹方程。     

实际叶片前缘冲击冷却流动和换热的数值研究

应用数值方法研究了射流孔径对燃汽轮机透平叶片前缘内部冲击冷却流动和换热的影响,并采用商用计算流体力学软件CFX11.0求解稳态可压时均N-S方程,且SST κ-ω湍流模型的总体求解精度为二阶.以某典型燃汽轮机透平叶片前缘中截面拉伸的曲面为研究对象,同时考虑了相同射流量下的4种不同射流孔径的影响,经研究表明:在计算条件下...     

伴燃等离子体射流的计算公式

从等离子体的基本方程出发，提出了煤粉锅炉点火与伴燃用等离子体射流的计算公式。本文的结果为进一步进行等离子体点火装置的优化设计及结构分析提供了新的手段。     

增压沸腾床用预燃室点火的试验研究

本文采用了试验的方法来研究增压沸腾床用预燃室点火的过程。我们在沸腾床上作了许多加热炉料和点燃煤的试验,而且还探讨了用预燃室点火的机理。根据试验资料,我们还讨论了在有横向射流条件下床内的沸腾特性。在常压下点火的试验结果表明用预燃室点燃沸腾床是一种经济有效的办法。它既可以用于增压沸腾床又可以推广到常压沸腾床,使沸腾炉更好地发挥其经济效益。     

夹心风Ⅱ型燃烧器的研究

本文系统地阐述了夹心风燃烧器的工作原理及其混合特性。为了充分发挥向火侧一次风射流的着火优势,提出了向火侧一次风喷口带单折过扩口的夹心风Ⅱ型燃烧器。模型试验及工业性试验表明:Ⅱ型燃烧器向火侧一次风射流明显迎向上游高温烟气流,外卷吸增强,射流混合边界层增厚,着火条件显著改善。根据冷态试验的结果,对热态原型进行推算,燃用江西劣质烟煤时,煤粉射流离喷口后的无因次距离l/B在1.2～1.8的范围内能实现稳定着火,炉内温度水平提高100℃以上,取得了满意的经济效果。     

数值模拟研究燃烧室冷态流场结构

运用超大涡模拟(VLES)方法对燃烧室冷态流场开展了数值模拟,研究流场中大尺度涡旋结构.选取圆管内有旋流动为基准算例开展数值模拟研究,与实验结果的比较验证了VLES方法的精度.计算结果表明,燃烧室内回流区形状合理.燃烧室中大孔射流与横向来流的相互作用形成了反向旋转涡对结构,Rothstein提出的射流迹线公式能够合理预测主燃孔的射流穿透.进动涡核(PVC)发源于燃烧室头部旋流器装置内部,基于功率谱密度预测了PVC引发流场振荡的特征频率.     

WR型煤粉燃烧器一次风湍流混合特性的研究

用热线风速仪测量了ＷＲ型燃烧器一次风射流的速度分布，Ｖ形稳燃体尾迹回流区的大小，以及边风与一次风组合射液的程度分布，用Ｋ－ε方法进行了数值计算，并将计算结果与实验结果进行了比较。     

超燃冲压发动机性能的准二维计算方法

为了能在双模态超燃冲压发动机流道方案初步论证中提供一种较快速的发动机性能计算方法,在二维N-S方程基础上,引入一维完全燃烧计算方法,提出了预估超燃冲压发动机性能的准二维计算方法。该方法能够计入激波、边界层分离等对发动机性能的影响,可在较短时间计算出整机推力、比冲性能和沿程热力学参数。通过对自由射流发动机计算,验证了此方法。并在此基础上,初步分析了燃料喷注位置和流道构型对发动机性能的影响。      

固体火箭冲压发动机一体化燃烧特性数值分析

为研究固体火箭冲压发动机性能,采用计算流体力学方法对包含进气道及补燃室的一体化燃烧流场进行数值分析,研究可燃燃气进口条件、飞行攻角以及进气道与补燃室过渡连接方案对补燃室掺混燃烧的影响。研究结果表明：燃气流量为0.08Kg/s时,燃气射流出现偏移,补燃室两侧壁面温度相差较大,燃气流量为0.3Kg/s时,燃气偏移现象基本消失;随着燃气流量增大,发动机推力增加;攻角增大使得进气道流量系数增大,强化空气与燃气混合燃烧效果,并最终提升发动机推力。进气道与补燃室的过渡连接方式影响进气角度,本课题通过改变过渡连接方式将进气角度从50°增加至90°后,燃气流量为0.3Kg/s时,发动机推力提高10%,但会导致补燃室总压损失增大,发动机比冲降低2%。     

直喷式柴油机二甲醚喷雾燃烧的多维模型研究

使用KIVA程序模拟了小型直喷式柴油机燃用二甲基醚(DME)的喷雾燃烧过程,其中的喷雾模型包括喷嘴空穴流动、射流雾化、液滴破碎和喷雾碰壁等子模型．对燃烧过程,采用了一个简化的化学反应机理和新型的湍流模型——部分搅拌反应器(PaSR)模型,考虑了湍流混合作用对燃烧速率的影响、由计算所得的缸内压力和放热率曲线与试验值符合较好,并分析了缸内瞬态温度场和喷雾粒子轨迹的变化历程．结果表明,柴油机燃用DME时,其燃烧系统需要进行必要的优化．     

柴油发动机尾气纳米颗粒演变的TEMOM-LES模型

 中国雾霾主要成因是包括柴油发动机在内的污染源排放导致的二次颗粒物, 本文针对柴油发动机尾气排放的颗粒物进行研究, 主要关注极大数目微纳米颗粒的综合效应导致的颗粒参数的变化, 次了解根据不同柴油含硫标准下产生的颗粒物的分布情况。通过把针对尺度谱演变问题的泰勒展开矩方法(TEMOM)和大涡模拟方法(LES)技术进行结合, 研究了排气管附近柴油二次颗粒物的演变过程, 并在相同流动工况条件下, 对加拿大、新加坡、欧盟、美国、俄罗斯、中国和日本不同国家和地区不同柴油含硫标准所导致的二次颗粒物的总颗粒数浓度、总体积浓度和颗粒大小进行了对比研究。结果显示, 颗粒物在近排气管处主要分布在射流剪切层, 颗粒数浓度和颗粒物直径的最大值在距离喷嘴0.6 m 附近产生, 在射流下游, 射流与下游空气混合稀释效应明显, 颗粒数浓度和颗粒直径趋于一稳定值。通过研究时间平均颗粒场的分布发现, 低燃硫量柴油尾气产生的颗粒数浓度比高燃硫量产生的颗粒数浓度低4 个数量级, 产生的颗粒体积浓度最大相差6 个数量级。     

压入式受限贴附射流流场特征及参数计算

掘进工作面压入式通风实际上是有限空间受限贴附射流通风。风流从圆形风筒射入掘进工作面空间形成射流区和回流区。根据流体射流理论,分析了压入式受限贴附射流通风射流产生过程及射流通风风流结构特征．由于受到巷道有限空间的限制,射流流场不能像自由贴附射流那样发展,形成了圆形贴附射流自由段、有限扩张段和收缩段。射流各段的长度与射流受限程度成反比。文中给出了射流各段长度及射流区和回流区断面平均流速和流量的计算模型。     

压入式受限贴附射流场特征及参数计算

掘进工作面压入式通风实际上是有限空间受限贴附射流通风。风流从圆形风筒射入掘进工作面空间形成射流区和回流区,根据流体射流理论,分析了压入式受限贴附射流通风射流产生过程及射流通风风流结构特征。由于受到巷道有限空间的限制,射流流场不能像自由贴附射流那样发展,形成了圆形贴附射流自由段,有限扩张段和收缩段。射流各段的长度与射流受限程度成反比。文中给出了射流各段及射流区和回流区断面平均流速和流量的计算模型。     

脉冲水气射流的实验研究

提出了一种可以产生振荡脉冲水气射流的新型脉冲射流装置,并用它对抗压强度为30MPa的白砂砖进行了冲蚀试验。为了便于比较,绘制了脉冲水气射流、振荡脉冲射流和常规射流的冲蚀效应随靶距变化的曲线,同时分析了脉冲水气射流冲蚀效应优于其他两种射流的原因。     

独头巷道受限贴附射流流场特征模拟实验研究

独头巷道压入式通风是有限空间的受限贴附射流。基于流体动力学和射流理论，建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风的紊流k-ε数学模型，分析了计算边界条件，并应用PHOENICS34计算流体动力学(CFD)软件模拟了独头巷道射流通风三维流场，得出了独头巷道有限空间受限贴附射流通风流场分区、射流起始段、射流贴附过程及射流流速变化规律等流场特征。模拟计算结果表明，独头巷道压入式通风流场可分为贴附射流区、冲击射流贴附区、回流区和涡流区，受限贴附射流起始段小于贴附自由射流起始段。射流完全贴附后，射流壁面轴心速度大于出风口轴心速度。数值模拟与实验结果相符，为研究独头巷道风流传质过程、瓦斯运移规律及通风排污效率等提供了理论基础。     

新型直旋混合射流破岩特性及机理分析

为了揭示直旋混合射流的破岩机理,开展了直射流、旋转射流与直旋混合射流的冲蚀实验,并利用3DPIV测试系统获得了3种射流的速度场,通过对比分析相同靶距下冲孔深度及射流速度沿径向的分布规律,揭示了直旋混合射流的损伤破岩特性。结果表明,直旋混合射流可消除旋转射流的中心低速区和冲孔的中心凸台,该射流沿径向的分布宽度和破岩直径大于直射流,射流结构可分为直射流区、强旋射流区、弱旋射流区和外围射流区。直射流区的冲击破岩能力主要取决于射流能量;强旋射流区具有较大的径向和切向速度,当对岩石施加径向张力和周向剪力且在其合速度小于直射流的情况下,该区破岩深度仍可达到直射流区破岩深度;在弱旋射流区,受直射流和强旋射流的共同作用,岩石强度降低,但当三向速度均较小时亦能有效破岩;外围射流区主要是通过返回流携带岩屑对孔壁起磨削作用。     

旋转射流降尘的实验研究

介绍了矿用防尘射流主要参数的最佳值并在不同压力下对旋转射流，脉冲射流及普通射流的降尘参数进行了实验分析。