柴油机燃烧过程的数值模拟及燃烧室改进

为了改善柴油机燃烧室内混合气的形成状态和燃烧质量,对改装DLH1105型直喷柴油机缸内喷雾和燃烧过程进行了动态数值模拟,并在压缩比不变的情况下设计了3种不同结构的燃烧室,分别为敞口型、直口型和缩口型.通过STAR-CD软件对3种结构的燃烧室进行了三维数值模拟,获得了柴油机的缸内流场、燃油质量分数分布和温度场.结果表明:模拟出的缸内喷雾和燃烧过程与可视化试验的结果吻合,计算模拟的方法可靠;缩口型燃烧室有较强的挤流强度,较长的涡流持续期,使混合气质量和燃烧性能优于直口燃烧室和敞口燃烧室,缸内压力和平均温度最高,Soot生成量最少,同时NO的生成量最大.     

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.     

一种拓宽微型单管燃烧室流量范围的调节装置

为了能够拓宽微型单管燃烧室稳定燃烧的流量范围,设计了一种调节装置.利用CFD软件Fluent对微型单管燃烧室的内部冷态流场进行数值模拟,得到微型单管燃烧室主要结构参数对内部流场形态的影响规律并确定了其主要结构参数.通过冷态数值模拟,得到了调节装置对微型单管燃烧室内部流场的调节作用;通过试验研究,证明所设计的调节装置能够实现对单管燃烧室的稳定燃烧流量进行调节,从而扩大了该燃烧室的稳定燃烧流量范围.     

多气门汽油机气道与燃烧室自由曲面的重构修正

气道与燃烧室结构直接影响汽油机的各项主要性能,逆向工程的方法和途径被应用于多气门汽油机气道与燃烧室结构的三维复杂自由曲面的几何重构.在通过非接触式激光扫描采集得到大量而离散的样件表面原始数据的基础上,经过数据处理、曲面生成、曲面检查、曲面重构、光顺性评估等手段,实现了四气门双球形燃烧室汽油机的气道与燃烧室结构的反求,为通过对原型产品局部结构型式和尺寸的变异进行仿造创新提供了必要条件.     

超声速横侧射流混合特性的大涡模拟

采用大涡模拟方法研究了Gamba超声速燃烧室内的横侧射流流场中大尺度涡旋结构以及当地混合特性.超声速来流受到音速射流流体的阻碍,形成了复杂的激波和涡旋结构.由计算结果中的平均马赫数分布图可以清楚地看到激波结构,包括弧形激波、λ激波、桶状激波以及马赫盘;采用Q准则表征三维涡旋结构,可以看到稳态的反向旋转涡对(CVP)、尾迹反向旋转涡对(TCVP)、马蹄涡以及非稳态的射流剪切层涡等结构;此外,由平均流线图可以看到,TCVP结构与CVP结构的旋转方向相反,不对称的CVP结构导致燃料质量分数展向分布不均匀.引入概率密度函数方法分析当地混合特性,结果表明射流近场混合主要发生在射流出口上游回流区以及桶状激波下侧和射流剪切层下侧的射流尾迹区内;射流远场混合分数的概率密度分布从β分布逐渐过渡为高斯分布.研究射流浓度衰减特征,结果表明氢气质量分数沿射流浓度最大迹线呈指数-0.7衰减.     

旋转叶轮式内燃机内部流动初步分析

为对旋转叶轮式内燃机内部流动进行分析,在额定转速下,对旋转叶轮式内燃机的排气、进气以及压缩过程进行数值模拟,探究进气参数变化对燃烧室冷态流场的影响.对旋转叶轮式内燃机工作过程的分析发现:在进排气过程中,燃烧室内存在涡流,气体流动复杂,平均压强先减小后增大.在压缩过程中,燃烧室内平均压强逐渐升高,气体流动稳定.对于进气角度来说,进气角为0°时,利于进排气过程进行.进气温度和进气压力越大,燃烧室内气体运动越复杂.     

微TPV系统中多孔介质燃烧室的数值模拟

为优化燃烧室的设计,提高微热光电系统的整体效率和工作性能,建立了颗粒填充型多孔介质燃烧室.通过试验验证,应用Fluent软件对多孔介质结构的微燃烧室进行数值模拟,分析孔隙率、氢氧体积混合比和流量比等因素对燃烧室性能的影响.模拟结果表明,采用多孔介质结构可以改善燃烧室的燃烧性能,燃烧室在多孔介质孔隙率为0.52,氢氧体积混合比为2:1,入口流量为200 mL/min时燃烧效率较高,有利于微热光电系统稳定高效地工作.     

旋转电弧传感器的结构优化

针对现有的旋转电弧传感器质量重和结构欠紧凑的特点,对其结构进行了优化,选用微型电机作为驱动元件,通过一级齿轮传动,带动偏心安装的导电杆做圆锥摆动,电弧沿圆周扫描坡口,从而达到产生旋转电弧的目的.改进后的旋转电弧传感器构造简单、结构紧凑、体积减小和质量减轻,有利于在工业生产中的应用.     

单、双环腔燃烧室燃烧性能的对比

保持单环腔主燃烧室的扩压器,外机匣最大直径尺寸以及喷口不变的前提下,将其火焰筒结构重新设计为并联式双环腔结构,设计了6种不同旋流器组合的双环腔结构燃烧室.采用相同的物理模型(包括湍流模型、辐射模型、喷雾模型及污染排放模型等),对单、双环腔主燃烧室分别进行全流程的三维计算.给出了燃烧室的总压恢复系数、燃烧效率、燃烧室出口温度分布系数、污染排放指标等燃烧室性能参数.对比分析了单、双环腔燃烧室的计算结果.结果表明,双环腔燃烧室置换单环腔燃烧室是可行的,该研究可为大飞机低污染大法动机的设计提供技术支持.     

燃气涡轮增压系统燃烧室设计

根据燃气涡轮增压系统结构要求,提出了一种新型滚流回流燃烧室结构,通过CFD数值模拟,研究其内部温度场和出口温度分布情况,确定了燃烧室的主要结构参数.采用粒子图像测速仪（PIV）测量燃烧室内筒头部的冷态流场,证明燃烧室头部存在滚流回流区,能够形成稳定的火焰区.在燃烧试验中,进行了贫油点火和贫油熄火试验研究.结果表明在一定流量范围内,文中燃烧室贫油点火及贫油熄火油气比均随进口马赫数的增大而增大;将文中燃烧室与外形尺寸相近的旋流进气燃烧室的总压恢复系数对比,结果表明相同的流量下文中燃烧室的总压恢复系数平均提高约2%.      

TDI造气工段燃烧室设计

燃烧室是造气工段的一台间断式热交换器。分析了燃烧室的工艺流程和工作特点,从满足使用要求出发,对燃烧室的选材、结构方面提出了具体设计方案。     

声学和加热条件对脉动发动机工作频率的影响

对Helmholtz型脉动发动机的主体结构燃烧室-喷管进行了研究,分析了5 种燃烧室柱部直径的发动机所构成的声学条件,以及3种油门开度所构成的加热条件对发动机工作频率的影响。结果表明,在燃烧室柱部直径变化范围内,声学条件对发动机工作频率的影响不大,加热条件则显著改变发动机的工作频率。     

再生式液体发射药火炮燃烧室压力高频振荡研究

利用小波分析技术提取燃烧室压力高频成分，较精确确定压力高频振荡出现的时域范围，从而确定了振荡流共振振型对应的燃烧室形状。推导了燃气振荡流方程，计算了对应不同燃烧室形状下燃气振荡流的共振频率。对提取的燃烧室压力高频成分相对集中部分进行了频谱分析。研究结果表明：活塞的运动对共振频率影响较小，振荡流多阶共振频率受到激励是燃烧室产生压力高频振荡的一个重要原因。     

液体炮中喷射结构对燃烧稳定性的影响

燃烧稳定性控制技术是再生式液体发射药火炮(RLPG)的关键技术之一。报道在23mm RLPG试验装置上，研究了外环喷射结构和内环喷射结构对燃烧稳定性的影响，分析了外环喷射结构对RLPG点火燃烧不一致的原因。提出在23mm RLPG装置中，通过采用液体阻尼控制内环式喷射活塞的运动，可有效抑制燃烧室和贮液室压力振荡的幅度，提高RLPG燃烧稳定性。     

燃烧室与喷油器对直喷式柴油机性能的影响

本文论述了小型高速柴油机燃烧过程的合理组织有较大的难度;介绍了喷油器和燃烧室结构参数对直喷式柴油机性能影响的试验和计算的结果,着重分析了喷孔、喷油器惯量及燃烧室d_k/D,运转工况与柴油机性能之间的关系。     

汽车加热器内燃烧的数值模拟

利用AVL公司开发的FIRE软件,对一典型结构蒸发混合式汽车加热器燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟.其中,蒸发和燃烧分别采用Wall Film模型、Coherent Flame模型,氮氧化物(NOx)采用Zeldovich不平衡原理建模,碳烟(Soot)模型为FIRE模型.计算结果及分析表明,一层进气孔布置对燃油蒸汽浓度分布影响很大.加大进气孔直径使进气中心涡流增强,燃油在一级燃烧室中蒸发量增加.主要燃烧发生在二级燃烧室.进气孔切向进气能形成较强的中心涡流,使燃烧高温区主要集中在二级燃烧室的纵向轴心附近.一级燃烧室的周向涡区和二级燃烧室上半部的高温区是Soot生成速率最大的部位;最高燃烧温度未达NOx的生成温度条件,其生成量极少.     

用二色法研究涡流室燃烧过程

利用二色测温法原理，研制了一套测量涡流室火焰二维温度场和碳粒浓度场的系统。通过实验证实涡流燃烧室的火焰结构有很大的空间不均匀性—预混合燃烧和扩散燃烧发生的时间、强度、持续时间以及二者的比例在各点是不同的。     

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.     

双卷流燃烧系统的双燃料发动机燃烧排放特性

为解决因生物柴油粘度过大,以及低温燃烧导致的燃油雾化、燃烧性能和排放恶化等问题,利用AMESim软件和AVL_FIRE软件对发动机燃烧室进行双卷流（DS）改造,对喷油提前角、喷孔直径进行优化匹配。结果表明:双卷流（DS）燃烧室燃油分布更加均匀,在运行范围内燃烧速率和功率比浅盆型燃烧室具有更大的优势;同时在加快燃油扩散速率和提高空气利用率方面具有显著的作用;在提高发动机动力性和经济性方面具有明显的优势。采用DS燃烧室、喷油提前角20.6°、喷孔直径0.28 mm组合结构形式的柴油机,其NO排放比原机降低81.83%,指示功率比原机降低7.73%。研究结果可为船用柴油机双燃料低温燃烧性能优化提供一定的指导依据。     

点燃式发动机碗形燃烧室的试验研究

在同１台单缸汽油机试验台上分别采用浴盆形和压缩比不同的碗形燃烧室进行了动力性能、经济性能、排放指标和燃烧过程分析的对比试验研究．结果表明，采用碗形燃烧室后，发动机的总燃烧期缩短，循环变动率下降，适合采用较高的压缩比，在排放指标大致相当的条件下动力性能改善，具有节油１０％以上的效果，有着良好的实际应用价值．