生物柴油燃烧过程NO_x生成机理的分析

为了研究生物柴油燃烧过程NOx形成机理,进行了柴油机燃用生物柴油和石化柴油的对比试验,并基于实测的缸内压力示功图计算了燃烧放热规律.以实际的瞬时放热率并结合燃料燃烧的化学平衡分析,建立了基于Zeldovich机理的NO生成模型.从放热时刻、燃烧温度、含氧量等燃烧特征参数分析了对NO形成的影响,对柴油机燃用生物柴油产生较多NOx排放作出了解释.结果表明:尽管柴油机燃用生物柴油的缸内平均温度有所降低,但由于柴油机燃用生物柴油的着火时刻较早,较早地达到了NO生成的触发温度,此外生物柴油属于含氧燃料,燃烧区域的氧浓度高,这两者的贡献使得生物柴油发动机产生的NOx排放比柴油发动机多.     

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．     

EGR对柴油机燃烧影响模拟

 废气再循环（EGR）作为控制缸内NOx生成的一项技术已广泛应用在现代直喷柴油发动机上。但EGR对氮氧化合物（NOx）、碳烟（Soot）排放的影响原因尚未被完全理解。为了全面分析EGR的特性,建立了基于GT-POWER的柴油机仿真模型。根据柴油机的基本结构,该模型为带有EGR系统的增压直喷柴油机一维流体动力学循环仿真模型。在分别固定进气压力和空燃比两种情况下,对EGR影响柴油机燃烧的特性进行了研究。结果表明,在恒定进气压力和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力升高率减小,最高缸内爆发压力降低,燃烧放热始点推迟,燃烧峰值放热率升高。EGR导致Soot升高燃油经济性降低。在恒定进气空燃比和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力的升高使燃烧放热始点提前,废气的惰性气体特性延缓燃烧成为次要因素。EGR的加入使燃烧恶化放热率降低。缸内的燃烧温度降低,减少了NOx的生成。小EGR率可以改善Soot的排放情况。所以在不同的边界条件下引入EGR的作用不同,在EGR控制策略中,利用控制进气空燃比的EGR控制方法并没有完全利用EGR特性,应该形成分别控制空气质量流量和EGR率的气路控制策略。在恒定EGR率的情况下,EGR温度的升高缩短了燃烧滞燃期,燃烧始点提前放热率峰值降低。最终缸内气体温度升高,NOx排放升高,Soot有轻微的改善,表明为了更好控制EGR系统,应对EGR温度进行控制。     

不同燃料对压燃发动机燃烧及关键组分的影响

采用计算流体动力学(CFD)模拟技术研究了直喷式柴油机燃用不同燃料(柴油、甲苯、十二烷、十六烷、正庚烷及异庚烷)的燃烧特性以及燃烧过程中关键反应组分的变化历程,分析了不同燃料燃烧反应组分与放热率之间的关系.研究结果表明:缸内压力计算值与参考文献中实验值较吻合,验证了模型的正确性;燃用甲苯缸内压力、放热率以及累积放热量最大;燃用甲苯缸内燃烧反应产生的H,N,OH与O活性基量级最大.此外,燃用6种不同燃料,均是OH活性基生成较多.     

双燃料发动机燃烧放热模型的应用

提出了一个描述双燃料发动机燃烧特性的多区放热模型,模型将气体燃料的燃烧和引燃柴油的燃烧分别进行考虑,建立了由实测示功图求解双燃料发动机放热率的微分方程式,开发了计算双燃料发动机燃烧放热规律的软件,并在一台生物制气-柴油双燃料发动机上与传统柴油机放热率计算模型进行了试验验证和对比.研究和试验结果表明,用传统柴油机分析方法计算双燃料发动机的放热率峰值偏大,所计算的缸内工质平均温度偏高,新模型计算的结果与实际情况更为吻合.     

双燃料发动机燃烧放热模型的应用

提出了一个描述双燃料发动机燃烧特性的多区放热模型,模型将气体燃料的燃烧和引燃柴油的燃烧分别进行考虑,建立了由实测示功图求解双燃料发动机放热率的微分方程式,开发了计算双燃料发动机燃烧放热规律的软件,并在一台生物制气-柴油双燃料发动机上与传统柴油机放热率计算模型进行了试验验证和对比.研究和试验结果表明,用传统柴油机分析方法计算双燃料发动机的放热率峰值偏大,所计算的缸内工质平均温度偏高,新模型计算的结果与实际情况更为吻合.     

小型农用柴油机甲醇/生物柴油燃烧与排放模拟

针对甲醇/生物柴油在小型农用柴油机上的应用,采用3维CFD软件建立了186FA柴油机的缸内燃烧、排放仿真模型,通过对比排放污染物的试验值和计算值,验证了模型的正确性.对3 000 r·min-1,5.7 k W时,柴油机直接燃用生物柴油和生物柴油掺混15%甲醇形成的混合燃料的缸内燃烧和排放污染物进行了数值模拟.结果表明:与生物柴油相比,生物柴油掺混15%的甲醇,柴油机的滞燃期延长,放热始点对应的相位后移,缸内最大爆发压力降低不多,最大压力升高率和最大放热率略有升高;最高燃烧温度基本不变,温度场内的高温区域有所缩小;曲轴转角为370.0°~400.0°时,O2低浓度区域比燃用生物柴油时有所扩大,NOx和soot的平均体积分数同时降低.     

柴油机燃用纳米CeO_2催化柴油的缸内碳烟分布

利用缸内燃烧可视化技术研究了催化柴油的碳烟生成过程和浓度分布规律,并分析了高压共轨柴油机燃用催化柴油的燃烧特性和烟度排放.结果表明:随着CeO_2质量浓度的增大缸内燃烧时碳烟火焰出现位置提前,消失的时刻更早;与燃用纯柴油相比,催化柴油的缸内碳烟生成区域减小,碳烟浓度降低,碳烟面积占有率比较小,而柴油机排气烟度有所降低,且随着负荷的增加改善效果更明显;纳米CeO_2颗粒会改善燃油燃烧过程并提高放热速率,柴油机燃用催化柴油后燃烧始点提前,缸内压力峰值、放热率峰值和压力升高率峰值均增大,且对应相位更加靠近上止点.     

涡流室式柴油机工作过程计算中若干问题的研究

建立涡流室式柴油机放热规律的热力学计算模型和缸内工作过程的零维模型 在缸内工作过程计算中 ,采用了双韦伯函数作为计算模型 探讨了两个至关重要的参数———流量系数和传热系数的影响及它们的确立 针对S1 95型柴油机的不同工况进行了放热分析和循环模拟 ,并对计算结果进行了对比分析和探讨     

生物制气-柴油发动机放热规律的影响因素

采用气化炉热解气化各种农林废弃的生物质,产生可燃生物制气,作为以柴油引燃的双燃料发动机的主要燃料．双燃料发动机由一单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机改装而成,生物制气通过发动机进气管,在进气过程中被吸入气缸．实测生物制气-柴油双燃料发动机气缸压力,根据气缸压力计算放热规律并分析转速、负荷及供油提前角对它的影响．负荷增大时,双燃料发动机燃烧始点提前,最大燃烧放热率增高,最高燃烧温度升高,后燃加重;转速增大时,燃烧推迟;供油提前角增大时,最大放热率降低,对应相位提前,后燃减少．     

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．     

掺混PODE对增压中冷柴油机燃烧和排放性能的影响

在一台电控共轨增压中冷柴油发动机台架上,燃用纯柴油以及柴油中分别掺混10%、20%、30%(体积比)聚甲氧基二甲醚(PODE)的混合燃料,研究了PODE对柴油发动机燃烧排放特性以及燃油经济性的影响.结果表明PODE的掺混显著影响发动机的燃烧特性:除低速大负荷工况外,PODE的掺入明显降低了预喷放热率,改善了主喷燃料的雾化性能,加大了主喷前缸内的活化成分比例,提升了主喷期间压力升高率和燃烧放热率,提高了缸内燃烧温度,缩短了燃烧持续期.在研究范围内,PODE掺混比越大,缸内燃烧最高温度越高,主喷燃料燃烧速度越快,燃烧持续期越短.排放研究结果表明,随着PODE的掺入,发动机的NO_x排放明显上升,HC排放略有下降,CO排放变化不大.PODE的掺入能明显改善发动机的燃油经济性.     

不同海拔条件下柴油燃烧火焰温度和碳烟特性研究

为了研究海拔条件对柴油机冷起动阶段柴油燃烧过程的影响,在定容燃烧弹台架上模拟了平原和海拔2000 m工况下柴油机缸内的热力学状态,利用双色法获取了不同工况下柴油火焰温度和表征碳烟浓度的KL因子分布. 结果表明,随着海拔由0 m增加至2000 m,环境温度、压力同时降低产生了耦合作用,导致柴油滞燃期由2.0 ms增大至3.13 ms.海拔升高后,柴油燃烧过程中平均火焰温度降低,局部高温区域消失,KL因子总量减少. 海拔条件变化影响了碳烟特性和火焰温度的关系. 随着海拔升高,火焰温度降低,导致碳烟氧化主导阶段碳烟氧化速率降低,局部火焰温度对局部碳烟浓度的影响减小.      

单区放热率计算中考虑传热影响的比热比自适应估计方法

单区放热率算法广泛应用于汽油机燃烧放热诊断,但比热比和传热难以被合理估计,影响了分析结果的可靠性.在单区放热率模型的基础上研究了一种考虑传热影响的比热比估计方法:计算压缩和膨胀期间的多变指数,在燃烧区间内基于工质温度对其插值以获取变化的比热比,用于总放热率的计算.从循环释放能量和燃烧控制参数的角度出发,使用汽油机试验数据将其与现存方法进行了对比验证.结果表明此方法计算的循环累计放热总量更加精准,燃烧终点提前,且燃烧控制参数间的相关性得到明显改善.此算法能更加准确地描述缸内燃烧历程.     

直喷式柴油机缸内气体辐射传热的研究

在一台直喷式柴油机上实测了气缸内辐射和火焰辐射热流量，在此基础上，研究了气缸内气体辐射传热及其随负荷和转速变化的规律，分析了气体辐射热流量占气缸内辐射热流量和总热流量的比例随负荷和转速变化的规律．研究表明：气体辐射热流量随负荷的增加而增大，随转速的升高而减小；气体辐射热流量约占辐射热流量的15％～30％左右，此比例随负荷的减小、转速的升高而增大；气体辐射热流量约占气缸内总热流量的3%～5％左右，此比例随着负荷及转速的增加而减小．     

4190型船用中速柴油机配气相位优化仿真

以4190型船用中速柴油机为研究对象,利用MATLAB/Simulink软件建立柴油机工作过程仿真模型,通过仿真结果与实验数据的对比,验证模型的正确性。将该模型的配气相位偏移量进行由负到正的变化,得出其对柴油机功率、扭矩、燃油消耗率、缸内最高温度、最高爆发压力、NOx排放、排气温度、充气效率的影响规律。仿真结果确定了4190型柴油机最佳配气相位值:进气提前角66℃A;进气滞后角54℃A;排气提前角58℃A;排气滞后角56℃A。为4190型柴油机的性能优化改造提供了理论依据。     

引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性的影响

在一台TY1100单缸柴油机的进气管上安装了一套电控甲醇喷射装置，采用柴油引燃甲醇方式，开展了引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性影响的研究．结果表明：在相同的平均有效压力和转速下，随着引燃油量的减少，双燃料燃烧的滞燃期延长，主燃期缩短，缸内气体最高爆发压力和最大压力升高率在高负荷时增加，放热率曲线第1峰值增大，第2峰值减小，表明预混燃烧量增加而扩散燃烧量减少；高负荷时放热率曲线型心向上止点靠近，燃烧等容度提高，燃油经济性改善；提高转速和增大供油提前角，最大放热率和最大压力均增加．     

二甲醚发动机燃烧过程的数值模拟

通过建立二甲醚发动机燃烧模型并耦合入KIVA程序中,使其具有二甲醚发动机燃烧过程的数值模拟能力.用数值模拟仿真计算二甲醚发动机燃烧过程,得到缸内炭烟生成量、NOx排放量、不同燃料防热率等实时数据信息.研究结果表明,仿真结果与试验结果相同,基本反映二甲醚发动机燃烧过程的主要规律.经过与原柴油机工作情况的对比分析,表明二甲醚发动机排放性能较好.