分段喷射对柴油机噪声与排放影响的试验和模拟分析

研究了重型柴油机上有无预喷射、不同预喷油量和预喷间隔对燃烧噪声与污染物NOx和颗粒PM排放的影响,以及不同后喷油量和后喷间隔对NOx和颗粒PM排放的影响情况;利用CFD三维数值模拟分析了各参数的影响原因.结果表明：预喷射的引入,改善了燃烧噪声和燃烧过程的剧烈程度,并存在1.0 mg油量与/或45°CA间隔的预喷射方案而降低NOx生成且不增加颗粒PM的排放;后喷射的引入,降低了颗粒PM排放而对NOx生成影响很小.数值模拟结果揭示了后喷射引起的湍流运动是促进碳烟氧化的一个主要因素.     

基于极限工况的压气机气动噪声排放特性与机理研究

发动机配备涡轮增压器是缓解能源短缺和减少气体排放的有效途径,但其压气机气动噪声排放成为了亟需解决的重要问题。在柴油机涡轮增压器研究中,压气机极限工况下（近喘振和堵塞工况）的气动噪声排放规律及其与内部流动特征之间的关系仍不清晰。为研究压气机在极限工况下的气动噪声排放特性与机理,本文采用试验和数值模拟方法对某涡轮增压器压气机的气动噪声开展分析。试验结果表明：在近喘振和堵塞工况下,压气机气动噪声总声压级随着转速的升高而增大,在低转速下,气动噪声总声压级受压气机工作流量影响较明显;在压气机气动噪声中,叶片通过频率（BPF）噪声占据主导地位,随着转速升高,叶片通过频率噪声对气动噪声总声压级贡献度增大,其占比最高达75.35%。模拟结果表明：在近喘振和堵塞工况下,压气机内部流动存在明显失速现象,其中在近堵塞工况下,压气机旋转域和扩压器域以多重单音噪声为主,叶轮与扩压器间的动静干涉对轴频及其谐频噪声均有较高贡献度;在近喘振工况下,压气机进口和出口以低频噪声为主,叶轮叶片与进气来流存在的干涉作用对诱导产生的低频噪声影响较为明显。     

含水乙醇多孔直喷喷油器喷雾特性试验研究

含水乙醇在具有现有燃料乙醇优点的同时,还可以降低生产过程中的能源消耗和排放。应用高速摄像机和定容弹系统,在五孔直喷汽油喷油器上研究体积分数95%的含水乙醇在不同燃油温度和喷射背压下的喷雾特性,分析其喷雾形态、贯穿距、喷雾锥角、喷雾宽度、喷雾投影面积及闪沸现象,并与纯汽油的喷雾特性进行对比。研究结果表明：含水乙醇喷雾处于冷态射流状态时,贯穿距大于汽油并随背压升高而降低、油温升高而升高;喷雾锥角小于汽油,并随着背压升高而减小;在完全闪沸状态下,喷雾坍塌成单束油束,喷雾贯穿距明显增长,喷雾锥角明显减小,在靠近喷孔区域喷雾宽度增加,远离喷孔区域喷雾宽度减小,此时喷雾投影面积主要受喷射背压影响。     

基于联合运行规律的增压器压气机非定常流动模拟

为了提高压气机在非定常流动状态下与增压器的匹配精度,基于增压器运行工况提出了内部联合运行规律,并开展不同结构压气机的非定常流动特性和性能修正研究。结果表明,在3种结构压气机中,除了高速大流量联合工况外,采用进口直径减小1 mm的等长叶片压气机的非定常流动性能有明显优势,且喘振性能更好。基于非定常系数对压气机性能修正后,压气机性能更接近实际工作状态。     

甲醇微小尺度燃烧反应动力学模型的简化和优化

采用基于误差传播的直接关系图法（directed relation graph with error propagation,DRGEP）、全物种敏感性分析法（full species sensitivity analysis,FSSA）和基于反应路径法的直接关系图法（directed relation graph with path flux analysis,DRGPFA）对甲醇燃烧详细机理进行了简化,利用敏感性分析法筛选出关键基元反应,通过指前因子扰动法进行粗扰动和细扰动分析,并对甲醇简化机理进行了优化和验证。结果表明,FSSA简化机理含有16种组分、65个基元反应,能较准确的预测点火延迟时间和层流火焰速度;V6–3–4优化机理的预测精度较详细机理更接近试验值。     

基于混合搜寻法的车用涡轮增压器多目标优化

选取压气机等熵效率、叶轮最大应力和最大形变为优化目标,基于ANSYS Workbench建立了涡轮增压器压气机流-热-固多物理场耦合仿真模型,利用试验设计方法中的正交矩阵法和2k(k表示试验有k个因子)法混合搜寻出压气机关键设计参数,运用径向基函数及非支配排序遗传算法解决全局寻优问题,最终获取叶轮结构设计最优方案.计算结果表明:叶轮最大形变优化效果最显著,降低28.09%,最大应力减小16.34%,压气机等熵效率提高2.83%.     

计入浮环传热的增压器浮环轴承润滑分析

以增压器浮环轴承为研究对象,基于浮环平衡模型、流体润滑模型和热量分配模型,计算不同工况下内层油膜与外层油膜之间传递的热量,并以此作为润滑分析的条件之一,提出了没有热量传递时外膜偏心率的识别方法,并对浮环轴承润滑性能进行研究,主要分析讨论浮环传热在不同外膜偏心率和不同转速下对浮环轴承润滑性能的影响.结果表明,不同外膜偏心率下,浮环传热的情况有较大差异;存在某一外膜偏心率,内膜-浮环-外膜间没有热量传递;转速越高,浮环传热量越多;浮环传热对环速比的影响较大;计入浮环传热后,浮环轴承内外膜温升、内外膜摩擦功耗、外膜端泄流量有较明显变化.     

含水乙醇汽油简化化学反应动力学模型

引入\"半解耦\"方法,以H2/CO/C1小分子机理为\"内核\",耦合乙醇氧化骨架机理和汽油表征燃料的甲苯参比燃料(TRF)机理,构建乙醇汽油混合燃料的简化化学反应动力学模型.利用CHEMKIN软件进行数值模拟,通过相关实验对该模型进行验证.进一步分析水的影响,构建了含水乙醇汽油简化化学反应动力学模型.与乙醇汽油着火特性实验数据进行对比,验证了该简化机理的合理性.     

基于发动机匹配的涡轮增压器压气机优化设计

为了优化一款3L增压中冷柴油机压气机的性能,应用CFturbo软件对压气机进行初始结构设计,通过计算流体力学软件ANSYS CFX计算初始设计压气机性能,并结合AVL BOOST软件完成初始设计压气机与柴油机的性能匹配研究,根据性能匹配结果对压气机结构进行优化设计。研究结果表明：初始设计压气机基本满足性能匹配要求,与原柴油机相比,在整个转速范围内动力性无明显变化,低转速时有效燃油消耗率下降;优化设计压气机与初始设计压气机相比,发动机扭矩增加了约2.8%,有效燃油消耗率在整个转速范围内下降,低转速时下降了约2.5%;优化设计压气机喘振裕度为40%左右,且联合运行曲线高效率范围扩大。优化设计的涡轮增压器压气机提升了柴油机的整机性能。     

基于多孔介质燃烧的发动机理论热力循环分析

针对多孔介质发动机,建立了热力学理论模型,引入等温膨胀比,对经典的闭式和开式多孔介质发动机的热力循环过程进行分析,推导出多孔介质发动机热效率、循环功的计算公式,并采用压缩比系数建立了闭式和开式多孔介质发动机热力循环的关系.通过模拟计算,研究了传统发动机和闭式多孔介质发动机两种类型6种循环的理论热力过程,探讨其热效率、循环功随不同参数的变化及其与各参数之间的关系.分析发现,在理论热力循环中,闭式多孔介质发动机比传统发动机在循环功上有着较大优势,认为高速柴油机循环更适合采用多孔介质技术实现高效燃烧和超低排放.