燃烧室形状对直喷柴油机燃烧性能影响的三维数值模拟

为研究燃烧室形状对直喷柴油机燃烧性能的影响,应用发动机燃烧过程多维模拟软件FIRE对4类燃烧室柴油机燃烧过程进行了三维数值模拟.探讨了燃烧室几何形状影响燃烧性能的作用机理.结果显示,燃烧室几何结构对缸内的流场、喷雾以及燃烧特性都有较大影响.缩口燃烧室的缸内流场强度要强于直口燃烧室,进而导致缩口燃烧室的油气混合和燃烧性能要优于直口燃烧室.     

燃烧室型线对缸内燃烧和辐射传热影响的计算分析

应用CFD数值软件Fluent对135直喷式非增压柴油机缸内燃烧过程和辐射传热进行数值模拟.模拟分析了缩口、直口、扩口三种燃烧室线型对于压力场、速度场、温度场和辐射换热的影响.最后对计算结果进行了深入地分析,总结了柴油机燃烧室型线对燃烧过程和辐射换热影响的规律.     

柴油机的性能改进及缸内工作过程的三维数值模拟

论述了1105柴油机的改进原理,对改进前的花瓣型燃烧室和改进后的盆形燃烧室建立了几何模型并划分动态网格.利用仿真软件STAR-CD对改进前后的1105柴油机的燃烧过程进行三维数值模拟,计算了两种不同燃烧室的缸内气相流场及其燃烧的温度场和压力场,并进行了对比分析.试验结果表明,模拟计算值与实测值基本吻合,改进后的盆形燃烧室的1105柴油机有更好的动力性和燃油经济性.表明在模拟精度达到一定水平时,发动机缸内燃烧过程的三维仿真计算可用来降低产品的研制周期和费用,是一种有效的研究和设计手段.     

用特征时间燃烧模型模拟直喷式柴油机的燃烧

为了更好地模拟直喷式柴油机的喷雾及燃烧过程，对Kiva-3程序的喷雾和燃烧模型进行了改进，引入Kelvin-Helmholtz和Rayleigh-Taylor模型来模拟油滴破碎过程，采用改进的SheU自燃模型来模拟着火过程，为了综合考虑化学动力学和湍流对燃烧的影响，采用层流和湍流多重特征时间尺度燃烧模型来模拟燃烧过程．计算结果表明：在不同工况下计算所得的缸内压力、滞燃期和燃烧放热速率与实验结果吻合良好，着火点位于油束下游当量比略小于1的稀混合气区域；用改进的Kiva-3程序可以较好地研究直喷式柴油机的喷雾和燃烧过程，为进一步利用三维数值模拟计算来指导直喷式柴油机的参数优化奠定了基础。     

改变燃烧室形状对135系列柴油机燃烧效果影响的数值模拟

使用通用的计算流动软件Star-CD,对具有螺旋进气道的135系列柴油机采用四种不同燃烧室时的进气和燃烧过程进行数值模拟,并对结果进行对比研究.柴油机燃烧室包括偏心ω燃烧室、长脖ω燃烧室、双ω燃烧室,及作为标定用的平顶燃烧室.计算结果表明:采用偏心ω燃烧室时具有相对最高的缸内平均温度、缸内压力和燃油蒸发率.分析结果认为,135系列柴油机采用偏心ω燃烧室时具有相对好的燃烧效果和工作性能.     

初始条件及喷雾对柴油机缸内流动影响研究

将柴油机缸内气体与整个燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件.利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析不同初始条件及燃油喷射对缸内流动的影响.研究结果表明初始条件在柴油机进气过程缸内流场多维计算中主要影响流场的流动状态,特别是涡团形状和中心位置;喷雾过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内的流场分布.     

燃烧室几何形状和位置对燃烧过程的影响

采用自制的喷雾燃烧多功能动态可视化试验装置,对柴油机燃烧室几何形状和位置对燃烧过程的影响进行光学法研究,获得口径为62 mm圆柱形、55 mm缩口形、55 mm缩口偏置凹坑形3种不同形状燃烧室的喷雾燃烧过程照片。研究结果表明:与圆柱形燃烧室相比,缩口形燃烧室和缩口偏置形燃烧室的燃油蒸发速度及混合速度增加,始燃点(曲轴转角)提前3°~5°,后期扩散燃烧速度加快,整个燃烧持续期(曲轴转角)缩短7°~9°。     

柴油机缸内气体流动过程的数值计算

在柴油机纯压缩工况下,用KIVA－Ⅱ程序对不同几何形状燃烧室气流的运动进行数值计算。计算结果表明,燃烧室形状对缸内气体的运动有重要影响。中央突起缩口燃烧室和缩口ω燃烧室具有较高的涡流和挤流强度,并有较长的高涡流持续期。这两种燃烧室形状对加速柴油机的扩散燃烧具有重要意义。     

燃烧室形状对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

在105单缸柴油机上，针对燃烧室形状对柴油机燃烧及排放特性的影响进行了试验研究，试验结果表明，中央突起缩口燃烧室具有较高的涡流和挤流强度并有较长的高涡流持续期，可加快缸内混合气的形成和燃烧速度，通过延迟喷油定时，减少了预混合燃烧量，在柴油机油耗率基本不变的前提下，降低了烟度和NOx的排放量。     

凸台撞壁对分区燃烧系统性能影响的仿真

为了更好地利用油束喷射动能,改善柴油机喷雾的空间分布,提出了一种基于凸台撞壁引导下的分区燃烧系统.运用CFD软件FIRE对该燃烧系统的喷雾与燃烧过程进行了3维仿真研究,从不同角度分析了凸台撞壁对分区燃烧系统的燃烧与排放特性的影响.结果表明:分区结构提高了缸内平均湍动能,增加了压缩过程中流入燃烧室内的气流量,促进了油气的快速混合与燃烧;在凸台面上不发生油束堆积的各撞壁方案中,凸台锥角越大,缸内平均湍动能峰值就越小,同时膨胀过程中气体流出燃烧室的速度也越低,从而扩散燃烧现象就越明显,soot排放值也越低.     

旋流煤粉燃烧第四类稳燃技术

将国内外旋流燃烧器现有的稳燃措施根据其稳燃原理分为3类.分类分析现有稳燃措施不能适应低挥发分煤稳燃的原因和存在的问题,分析得出:扩口、扩流锥、浓淡燃烧、齿环稳燃器等稳燃措施都没有考虑煤粉气流进入炉膛后与高温烟气迅速混合问题.在这些稳燃措施的流场中,煤粉气流进入炉膛,除脉动外,首先沿回流区外缘流动,向外扩张,与二次风混合过早,而并不迅速与热烟气混合;煤粉气流与高温烟气的混合动力为二者之间的横向湍流脉动,混合强度弱.因此,对于低挥发分煤不能起到良好的稳燃作用.提出了第4类稳燃技术花瓣稳燃器,该技术充分考虑了煤粉气流与高温烟气间的掺混速度和前期掺混强度.花瓣稳燃器能够在其背流面形成轴向和径向多种回流区,使得煤粉颗粒与高温烟气间的混合动力除横向湍流脉动外还有宏观对流混合,加大了二者之间的热质交换强度.     

火驱燃烧状态判定试验

在火烧油层的燃烧过程中需要监测油、气、水的变化。为了充分利用监测数据,在室内燃烧管试验的基础上,监测产出气体随时间的变化,引入氧气含量导数和气体指数(产出废气实际值与理论值之比)的概念,利用产出气体组合曲线结合火烧油层机制对火烧油层过程进行阶段划分,考查各阶段的特征。结果表明:火烧油层过程可划分为通风、点火、稳定、衰减、熄灭5个阶段;产出气体组合曲线可以作为判断火烧油层燃烧阶段和燃烧状态的依据;在火烧油层稳定燃烧阶段,产出端气体指数一般为0.66～1,低于0.66则燃烧状况不好,甚至灭火;该分析方法简单可行,所得结果与现场资料吻合良好。     

混烧锅炉富氧燃烧的数值模拟

富氧燃烧会对煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧特性产生重要影响.以130 t/h煤粉和高炉煤气混烧锅炉为研究对象,采用Fluent流体力学软件,对助燃气体(O2/N2)在3种不同氧气体积百分数(21％,23％,27％)工况下煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧过程进行数值模拟.模拟得到3种工况下:炉内的温度场分布,烟气流场特性,火焰长度.模拟结果表明:随着氧气浓度的增加,燃料着火速度更快,燃烧更稳定,出口烟温逐渐降低,炉内烟气流速逐渐减少,强化了炉内传热效果,提高了锅炉热效率.     

内燃机机械噪声和燃烧噪声的识别分离

针对内燃机噪声识别问题,建立了数学模型并编制了相应的程序,在程序中加入作用全局阈值的小波变换降噪程序,保证程序的抗干扰性后,实现了燃烧噪声和机械噪声的频谱分离和A计权声功率级计算。以某CG125型摩托车发动机为例,通过构造包含不同干扰噪声的理论算例仿真识别,验证了程序的准确性和实用性。识别结果表明:分离前后的燃烧噪声和机械噪声的频谱吻合良好,A计权声功率级误差均小于0.6dB。     

预混合燃烧方式的混合气形成与燃烧的研究

通过高速纹影摄影及激光多普勒测速技术对伞喷油嘴的喷雾特性进行了研究，并获得了与多孔喷油嘴喷束不同的规律，通过在Ｅ１５０型和１３５型试验机上的伞喷燃烧试验取的示功图及性能参数表明具有预混合燃烧的特点，改善了经济性和排放指标。     

二甲醚甲醇复合燃烧的燃烧特性研究

在进气道喷入二甲醚(DME),利用DME较易压燃的特点,引燃往缸内直喷的甲醇,本试验研究了甲醇的喷油时刻对燃烧特性的影响.结果表明:在小的喷油提前角下,燃烧过程由DME的低温燃烧、高温燃烧和甲醇的扩散燃烧组成;在中间喷油提前角较小负荷下,燃烧模式以甲醇的预混燃烧为主;在较大负荷下,燃烧模式以甲醇的扩散燃烧为主;在较大喷油提前角下,甲醇以预混燃烧模式为主.在大喷油提前角下,放热率具有DME/甲醇双燃料HCCI燃烧的特性.     

直喷柴油机双壁面射流燃烧系统燃烧特性研究

控制直喷式柴油机高速工况的放热率,能保证柴油机最佳的排放性能和经济性能.通过降低柴油机几何压缩比,推迟着火始点,可降低柴油机的燃烧最高温度和NOx排放;通过采用双壁面射流技术,能实现快速燃烧,不至于使油耗率和烟度恶化.基于上述思想,在柴油机3 000r.min-1转速下进行了试验研究.结果表明:双壁面射流燃烧系统与原机油耗率相差不大,NOx排放得到了大大的降低,但双壁面射流燃烧系统的烟度在大负荷下有所增加.双壁面射流燃烧系统的缸压峰值与原机相比,有大幅度的降低,着火后的压力升高比也低于原机.双壁面射流燃烧系统的着火始点与原机相比,滞后2～3℃A.3 000r.min-1各负荷下,在累计放热率5%～50%阶段,双壁面射流燃烧系统几乎与原机有相同的燃烧速率,都属于快速燃烧;在累计放热率50%～90%阶段,双壁面射流燃烧系统的燃烧速率变慢.     

粉煤燃烧过程中锅炉碳化硅质卫燃带结渣特性

采用光学显微镜和X射线衍射等方法对煤粉气流燃烧过程在碳化硅质卫燃带上的渣样进行测试,并对渣样的形貌及结晶特性、渣样成分与碳化硅之间的高温烧结特性进行分析.研究结果表明:煤粉气流焦炭颗粒着火燃烧时释放出的CO使碳化硅质卫燃带表面凝聚的SiO2增加,增强了熔融煤灰与卫燃带之间的粘结作用;碳化硅质卫燃带中的Cr2O3和煤灰中的Fe2O3,CaO和TiO2等晶核剂在煤粉燃烧过程中对碳化硅质卫燃带上的灰渣结晶程度的影响不明显,A12O3对碳化硅质卫燃带上熔融煤灰冷却过程的成核结晶起显著作用;灰渣的结晶度较好地反映了灰渣与碳化硅质卫燃带粘结作用,在燃烧最旺盛的区域,煤样I灰渣的结晶度达到最小,约为23%,煤样II灰渣的结晶度则达到最大,约为58%.