H2/RP-3航空煤油混合燃料着火特性研究

实现碳氢燃料的快速点火与稳定燃烧是超燃冲压发动机研制过程中必须解决的关键问题。在航空煤油中添加乙醇燃料,利用乙醇热分解得到氢气等可燃小分子气体来改善燃烧过程是达到促进航空煤油着火与燃烧稳定的有效手段。选取正癸烷、甲苯、丙基环己烷三组份混合燃料作为RP-3航空煤油的模拟替代燃料,构建了其燃烧反应机理;并对该机理进行了验证。为揭示氢气对RP-3航空煤油着火特性的影响,构建了RP-3航空煤油/氢气混合燃料的燃烧反应机理;并对该机理进行了验证。同时,采用该燃烧反应机理分析了多工况下掺氢比对RP-3航空煤油着火特性的影响。结果表明,采用正癸烷、甲苯、丙基环己烷三组份混合燃料的燃烧反应机理计算得到的着火延迟时间与相应工况下RP-3航空煤油着火延迟时间的试验数据吻合良好;多工况下氢气添加能够提升RP-3航空煤油/氢气混合气活性,缩短着火延迟时间,促进燃料着火;同时,随着混合气中掺氢比的升高,混合气的着火延迟时间逐渐缩短。     

汽油/加氢催化生物柴油混合燃油简化机理的构建及验证

针对汽油/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃油可改善汽油直喷压燃模式中低负荷着火困难和燃烧不稳定的现象,基于燃油分子结构和理化特性相似原则,提出了正十六烷作为加氢催化生物柴油的表征燃料.采用多种简化方法对正十六烷详细机理(POLIMI＿1 412)进行简化,并与汽油表征燃料骨架机理以及氮氧化物子机理进行耦合,获得了82个组分和370步基元反应的汽油/HCB混合燃油简化机理.采用反应路径分析和敏感性分析方法,对部分反应的反应速率常数进行优化.结果表明：对着火延迟期的敏感性分析发现,各反应的敏感性随温度和当量比变化显著;低温工况下,大多数低温反应对着火起控制作用,而对于层流火焰速度,主要是小分子反应起控制作用;通过对简化机理的着火延迟期、层流火焰速度和组分摩尔分数进行对比验证,以及对简化机理在压燃发动机仿真中的适用情况进行验证,发现简化后获得机理可以很好预测汽油/HCB混合燃油着火燃烧特性.     

四组分汽油替代燃料的化学动力学模型

该文通过反应路径分析和灵敏度分析,发展了甲苯氧化子机理,进而构建四组分(异辛烷、正庚烷、甲苯、乙醇)汽油替代燃料的化学动力学模型。该模型包含75个组分和305个基元反应。验证结果表明:该模型不仅能够准确计算单组分燃料的着火延迟时间、火焰传播速度和火焰结构,而且在一定的压强和温度范围内,能够较准确地计算多组分汽油替代燃料的着火延迟时间,反映不同辛烷值汽油的自燃特性。该文提出的四组分汽油替代燃料动力学模型包含较少的组分数与基元反应数,更有利于在汽油燃烧的多维计算流体动力学(CFD)模拟中得到应用。     

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.     

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．     

LPG浓度对DME/LPG混合燃料HCCI燃烧的影响

通过分析二甲醚（DME）与液化石油气（LPG）的化学反应机理,构建了反映DME／LPG混合燃料均质压燃（HCCI）燃烧的化学反应机理．采用该机理应用单区燃烧模型对DME／LPG混合燃料HCCI燃烧的化学反应动力学过程进行了数值计算,模拟研究了混合燃料中LPG浓度对HCCI燃烧的影响．计算结果与试验结果对比表明,所构建的DME／LPG混合燃料氧化的化学反应机理能够准确预测DME／LPG混合燃料的两阶段放热特性,对低温和高温着火始点的预测很好．模拟结果显示,改变DME／LPG混合燃料中LPG的浓度可以控制HCCI着火和燃烧;在DME中添加LPG可以拓宽发动机的负荷运行范围．     

正庚烷-甲烷二元燃料着火特性的模拟研究

针对试验中发现的柴油引燃天然气会推迟着火的现象,采用零维模型定量分析了由于加入甲烷所引起的混合气氧分压、定容热容以及化学动力学反应的变化对正庚烷着火的推迟作用,表明了动力学反应的变化对着火推迟有着重要的影响.其次,通过对二元燃料详细机理的耦合分析,对二元燃料动力学反应在着火推迟中的作用机理做出了解释.发现在低温氧化过程中,由于甲烷将活跃的OH转化为稳定的H2O2,同时甲烷不具备与正庚烷类似的低温链分支反应,故降低了系统的反应活性.随着初始温度增加至超过1,000,K,H2O2开始迅速分解,控制着火的重要反应也随之由正庚烷二次加氧后的链分支反应,逐渐向着反应H2O2=OH+OH、CH3+HO2=CH3O+OH、H+O2=OH+O转变,动力学反应对正庚烷着火的影响也由抑制转变为促进.最后,创建了一个包含53步反应、36种组分的简化机理.计算结果表明,该机理在不同初始温度、初始压力、当量比的情况下,可以对二元燃料着火时刻有较好的预测.     

基础燃料均质压燃燃烧特性的数值计算

结合详细化学反应动力学机理,利用CHEMKIN软件计算了基础燃料均质压燃燃烧(HCCI)的过程,并与单缸HCCI燃烧试验作出对比。研究了燃料成分、压缩比、燃空当量比、初始温度、初始压力对HCCI发动机燃烧的影响。计算结果表明:随着燃料辛烷值的增加,着火延迟期增加;压缩比、当量比、初始温度、初始压力的变化对燃烧着火时刻有显著影响,同时不难看出,基础燃料HCCI燃烧运行工况范围是有限制的。     

柴油机燃烧过程中多环芳香烃的生成机理

以正庚烷和甲苯作为柴油燃料替代混合物,构建了1个包含多环芳香烃（PAHs）的柴油燃料替代混合物燃烧化学动力学机理,PAHs的生成考虑到5个苯环。该机理包括153种组分,697个基元反应。在激波管、正庚烷预混火焰和均质充量压燃着火发动机条件下对该机理进行了验证,结果表明构建的机理在HCCI燃烧方面的预测性能是可靠的,可以进一步简化,进而为CFD多维模型与化学反应动力学模型相耦合计算燃烧和排放提供了可行的途径。     

短链醇酯与柴油混合燃料燃烧过程分析

为了解短链醇酯混合燃料的燃烧特性,在柴油机上燃用不同比例乙醇-碳酸二甲酯(DMC)-柴油多元混合含氧燃料,并运用Chemkin软件模拟缸内燃烧氧化动力学性质,探究含氧官能团对燃烧过程影响的机理.结果表明:由于短链醇酯燃料具有较高的汽化焓及较低的十六烷值,延缓了混合燃料的着火过程,故随混合燃料中乙醇和DMC掺混比例的增加,缸压曲线不断后移,压力峰值逐步降低;但由于着火延迟期内形成的可燃混合气量增多,使放热率峰值逐步上升.反应动力学结果显示:低温区活性自由基·OH主要由正庚烷(柴油替代物)脱氢生成,乙醇和DMC的加入能争夺低温反应区内的·OH,使反应活性较强的·OH转化为活泼性稍差的H_2O_2,抑制了整个燃烧过程,使着火延迟期变长;在高温阶段,乙醇分子中C—C和C—O键的断裂优于C—H和O—H键,而DMC主要发生C—O的裂解,C=O键因键能更高未断裂.     

柱塞偶件磨损对喷油泵供油特性的影响

通过实验得出了柱塞偶件磨损对喷油泵供油特性的影响规律。柱塞磨损使循环供油量减少，并且由于柱塞头部的节流作用，随着转速的降低，柱塞磨损的影响愈严重。     

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．     

燃油温度对化油器燃油流量系数的影响

现代小型无人机一次飞行过程中大气温度变化量可以达到80℃左右.为追求发动机合理的空燃比和飞行效费比,测量了燃油粘度-温度特性,并利用计算及试验法,研究了小型无人机发动机使用纯汽油或混合油温度在-40℃～+40℃条件下,其粘度-温度特性对化油器各量孔燃油流量系数的干扰力度.研究结果表明,当燃油温度变化量在80℃范围内时,...     

基于差分进化算法的辅助燃油系统燃油转输参数优化

为了选取和优化辅助燃油系统燃油转输参数,通过对差分进化算法进行改进,发展了辅助燃油系统燃油转输参数优化计算方法,对燃油转输参数方案进行了优化计算分析。结果表明:发展的改进差分进化算法对燃油转输参数方案的优化问题求解有效;与给定的燃油转输策略的计算结果相比,燃油转输参数优化方案可以保证双发运行情况下和单发运行情况下的性能最优。     

天然气合成油燃料喷射特性

在油泵试验台上,测试了多个工况下天然气合成油(GTL)燃料的喷油速率和油管压力,计算了音速,并与柴油进行了对比,对GTL的喷射过程进行了试验研究.结果表明,当转速不变,随负荷增大,喷油速率、泵端和嘴端压力都逐渐增大,峰值出现的相位后移;循环喷油量明显增加,喷油持续期延长;当负荷不变,随转速升高,喷油速率逐渐增大,最大喷油速率出现的相位滞后,循环喷油量增大,喷油持续期延长;泵端和嘴端压力上升起点位置前移,压力峰值逐渐增大.GTL与柴油对比研究发现,GTL的喷油速率、泵端和嘴端压力峰值以及音速均较小,循环喷油量较少,喷油始点略有延迟,喷油持续期较短.     

燃油品质特性对车辆排放性能的影响

针对日益严格的排放法规,汽油品质特性不仅要满足发动机高性能的需要,还应达到车辆排污控制的要求.作者通过对全国加油站进行采样,调查了车用燃油的品质特性,并分析了燃油在不同区域的分布状况.同时比较了国内燃油品质与国外燃油品质上的差异,通过建立发动机的排放模型,给出了不同地区车辆排放的参考值.最后提出了提高汽油的品质特性,并根据燃油品质分布对发动机相关参数进行调整控制的改进措施.     

喷油提前角对双燃料柴油机燃烧和排放的影响

为研究喷油提前角对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,以4190ZLC-2型船用中速柴油机为研究对象,运用AVL_FIRE软件构建柴油-甲醇双燃料燃烧室模型。通过仿真实验的方法,研究当甲醇掺混比为20%,喷油提前角分别为 16.6°、18.6°、20.6°、22.6°时,对柴油机燃烧、排放、动力特性的影响。研究结果表明:随着喷油提前角的逐渐增大,缸内混合气质量得到改善,从而优化混合燃料在缸内燃烧的质量,同时还可观察到放热率曲线逐渐前移且峰值增加。分析数据可知,在甲醇掺混比为20%,喷油提前角20.6°时,NO排放较原机排放增加29.83%,Soot排放量降低30.5%,CO排放量降低5.6%,指示功率增为58.75 kW。     

发动机燃油经济的灵敏度分析

利用GT-POWER软件,建立发动机工作过程模型,对点火提前角、进气门迟闭角及空燃比耦合作用下发动机的工作过程进行优化计算,得出三个参数耦合作用下的的最低油耗率。对各参数进行灵敏度分析,得出三个参数中空燃比对油耗率的影响最大。     

一种基于可变等效因子的燃料电池汽车等效燃料消耗最小策略

为了改进燃料电池汽车的燃料经济性与环境适应性，基于等效燃料消耗最小策略，开展了燃料电池汽车能量管理与优化算法的研究。首先，基于车辆动力学模型求解得出的输出功率或制动回收功率，计算系统的等效燃料消耗，并将其作为优化目标，以期实现经济性最优的功率分配；其次，为了适应不同的环境工况，基于等效因子的实际物理意义，提出了随蓄电池荷电状态变化的可变等效因子，使燃料电池汽车能在更好地维持荷电状态的同时，可更充分地利用蓄电池空余能量。WLTC（worldwide harmonized light vehicles test cycle）和CATC（China automobile test cycle）等标准行驶工况下的仿真结果表明，所提出的基于可变等效因子的等效燃料消耗最小策略，可以满足燃料电池汽车降低氢耗、保持蓄电池荷电状态的功能，实现了能量管理与优化，具有较好的工况适应能力。     

LPG汽车燃料装灌供应系统浅析

因气体燃料是一种洁净燃料,ＬＰＧ（液化石油气）汽车作为城市公交及出租车将得到迅速发展．在简述建立车用ＬＰＧ灌装供气系统必要性的基础上,分析了国内外ＬＰＧ储灌设备的发展情况,并对我国ＬＰＧ储灌设备的设计、施工、安装、使用及维护等作了探讨．