气液双燃料燃气轮机燃烧室混合燃烧特性研究

为解决双燃料燃气轮机燃烧室中的混合燃烧问题，对某原型燃油燃烧室进行了双燃料混合燃烧的数值模拟。通过模拟实验可知，在2种燃料混合燃烧的过程中，不断降低的液体燃料流量以及雾化压力导致的液体燃料雾化特性恶化以及气体燃料不断升高的喷射速度在径向上压缩液体燃料雾化空间是影响燃烧室混合燃烧性能的主要原因。在本文计算的混合燃烧过程中，燃烧室性能变化存在临界点，随着气体燃料占比增加，燃烧室火焰先缩短后延长，燃烧室出口温度分布系数（OTDF）先降低后升高，两者均在气体占比40%时达到最佳，而燃烧室液体燃料雾化质量、出口平均温度、效率均逐渐下降，且在气体燃料占比为70%时下降幅度最大，但在气体燃料占比100%时上升。     

数值模拟喷射夹角对VIGA制粉雾化过程的影响

通过计算流体力学软件数值模拟和实验相结合的方法，以高温合金雾化过程中气、液、固三相的交互作用机制为研究对象，采用欧拉-拉格朗日法的VOF(volume of fluid)多相流模型和DPM(discrete phase model) 离散相方法，研究了喷射夹角对熔体主雾化和二次雾化过程TAB(Taylor analogy breakup)破碎过程和粒度分布的影响，并与同步实验结果进行了对比.研究结果表明，随着喷射夹角的增大，回流区面积逐渐减小.金属熔体的初次破碎形态呈“倒喷泉状→伞状”，初次液滴的尺寸为0.3~0.9mm.初次破碎液滴的气体韦伯数(We)为10~90，随喷射夹角的增大，粉末的平均粒径逐渐降低，喷射夹角为36°时，实验制备的粉末粒径与数值模拟得到的粉末粒径基本一致，表明了数值模拟合金雾化破碎过程的合理性.     

船用柴油机实现低NOx燃烧的数值模拟

为研究“浅坑型”燃烧室缸内高温燃油的雾化与燃烧过程,建立了L23/30H柴油机的CFD计算模型,应用台架试验验证了计算模型的有效性,在提高燃油喷射温度的条件下模拟了缸内平均压力和温度的变化,对比分析了排放物的生成情况.结果表明:燃油喷射温度对L23/30H柴油机的动力性能影响不大,对NOx生成有显著影响,燃油喷射温度上升至413 K时,NOx生成速率减小,NOx最终生成量有量级上的减小,能满足MARPOL公约73/78附则Ⅵ修正案的排放规定,燃油喷射温度继续升高,NOx生成量变化甚微;燃油喷射温度的升高使得扩散燃烧过程中Soot的再氧化效应减小,最终Soot生成量有所升高.     

大型炉膛燃烧过程的数值模拟

介绍了一个针对大型炉膛燃烧过程进行数值模拟的完整三维湍流、燃烧和热传递计算模型，该模型洋了气体流动、组分浓度和温度、颗粒轨迹及燃烧、壁面辐射热流。气相的动量、焓和组分的恒方程采用ｋ－ε模型来描述湍流粘性系数，用颗粒随机道法模拟煤粉的运动轨迹，并且考虑了挥发分的燃烧及热解、焦炭燃尽过程。对辐射热传递采用离散传递法。     

基于RANS和LES湍流模型的二甲醚超临界喷雾数值模拟

分别采用RANS和LES湍流模型耦合KH-RT破碎模型对二甲醚超临界非燃烧喷雾实验进行数值模拟,研究两种湍流模型的适用性,并对比分析二甲醚亚临界喷雾和异辛烷超临界喷雾的发展过程。同时,基于LES湍流模型探讨了环境温度和压力以及喷射温度和压力的变化对二甲醚超临界工况下喷雾贯穿距的影响。结果表明,RANS和LES湍流模型均能较好地模拟二甲醚超临界喷雾,LES湍流模型的模拟结果与喷雾实验观察结果更吻合;与二甲醚亚临界喷雾相比,其超临界喷雾的雾化效果更好;在相同初始条件下,二甲醚超临界喷雾的雾化效果要优于异辛烷超临界喷雾;二甲醚超临界喷雾贯穿距随环境温度、燃油喷射温度和喷射压力的升高而增大,随环境压力的升高而减小。     

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。     

大型炉膛燃烧过程的数值模拟

介绍了一个针对大型炉膛燃烧过程进行数值模拟的完整三维湍流、燃烧和热传递计算模型，该模型预示了气体流动、组分浓度和温度、颗粒轨迹及燃烧、壁面辐射热流。气相的动量、烛和组分的守恒方程采用ｋ－ε模型来描述湍流粘性系数，用颗粒随机轨道法模拟煤粉的运动轨迹，并且考虑了挥发分的燃烧及热解、焦炭燃尽过程。对辐射热传递采用离散传递法。     

定容燃烧弹中预混流燃烧的数值模拟

发展了一种新型预混湍流燃烧的数值模型。该模型基于准维模型的基本思想,摒弃了湍流燃烧速度模型,以数值生成的湍流场对火焰前锋面的客观影响推动燃烧计算过程,消除了人为经验作用。利用模拟得到的湍流速度场,实现了对火焰几何形状的二维模拟,利用该模型,计算和讨论了当量燃空比分别为０．９和０．７时,定容燃烧弹中预混湍流燃烧的特点,以及湍流强度和湍流标尺对燃烧的影响。     

耦合详细化学动力学的HCCI发动机工作过程三维数值模拟

将详细化学动力学的HCCI单区模型嵌入三维流体力学程序中，取代传统内燃机三维数值模拟中简化燃烧模型，利用详细化学反应动力学计算三维燃烧过程，建立三维CFD耦合详细化学反应动力学模型.生成了带复杂进气道的实际燃烧系统的贴体计算网格，建立了缸内直喷HCCI燃烧系统进气-喷雾-混合气形成-压缩-燃烧工作过程的模型.为满足模拟整个HCCI发动机物理化学过程（包括进气，压缩，喷雾，燃烧和排放）执行时间的要求，提出了一套能使计算工作量大为减少的详细化学反应动力学与三维CFD耦合的模拟策略，利用试验方法确定计算边界条件，预测了进气-喷雾-燃烧-排放的HCCI发动机工作过程，通过发动机台架试验对比验证了模型的准确性.     

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.     

液体工质电热化学发射过程燃烧特性分析

该文提出描述液体工质电热化学发射装置中燃烧过程的理论模型。模型可以预测发射过程中药室内压力、弹丸运动及工质的分解速率的瞬时变化。结果表明,液体工质电热化学发射过程中燃烧压力存在双峰现象,第１个峰值出现在弹丸几乎尚未运动的时刻,与初始Ｔａｙｌｏｒ空腔体积以及初始等离子体射流速度有关;第２个峰值是等离子体和工质分解的共同结果。对影响燃烧过程的一些特性参数,如初始Ｔａｙｌｏｒ空腔体积、电能输入特性、工质燃烧速率系数、弹丸质量作了分析     

利用模式识别技术提高燃烧激励响应信号信噪比

针对实测缸盖表面振动信号中的耦合低频干扰信号,提出了在内燃机曲轴转角域建立往复惯性力激励响应信号模型的方法,利用模式识别技术辨识模型参数,剔除往复惯性力激励的影响,以提高燃烧激励响应信号的信噪比,并利用195型单缸柴油机的测试结果对所提出的方法进行验证.结果表明:选用压缩过程初期的数据进行模型参数辨识、采用4阶模型描述往复惯性力激励响应信号可以获得较为理想的效果;而瞬时转速波动对模型参数辨识的影响不显著;采用模式识别技术剔除往复惯性力激励响应信号后,实测的振动速度信号与压力升高率信号在峰值压力前后角度域内的相关性明显提高,从而验证了所提出方法的有效性.     

直线发动机起动及怠速燃烧特性仿真与优化

通过建立GT-Power发动机仿真模型研究直线发动机的起动及怠速过程的燃烧特性,利用发动机台架实验获取的缸压数据和GT-Power仿真结果的对比,验证了仿真模型的准确性,分析不同点火时刻及过量空气系数对直线发动机起动定转速下燃烧特性的影响,并对怠速控制参数进行寻优研究.结果表明:在相同过量空气系数下,推迟点火时刻从-50°(上止点之前,下同)到20°,直线发动机后燃现象逐渐增多,并在点火时刻为-40°时,缸压峰值、瞬时放热率峰值最大以及累积放热总量均达到最大值;在相同的点火时刻下,减小过量空气系数从1.62到0.62,直线发动机缸内压力峰值先增后减,在过量空气系数为0.83时,直线发动机缸压峰值、瞬时放热率峰值最大,累积放热总量较多.     

基于准维多区模型的DME发动机燃烧数值模拟

提出了一种基于准维多区模型的直喷式二甲醚发动机燃烧过程的数值模拟方法,其中喷雾模拟考虑了燃油分布、液滴蒸发和空气卷吸对喷雾混合的影响。自燃着火过程的模拟以二甲醚着火反应机理为基础,建立了计及温度、压力和燃空当量比因索的着火滞燃期数据库,通过将该数据库与准维多区喷雾混合模型相耦合,对二甲醚发动机的性能和一氧化氮排放进行了预测分析．实验结果表明,模拟计算结果与实测数据符合较好．     

RLPG再生喷射燃烧过程的全模拟

利用建立的再生式液体药火炮（ＲＬＰＧ）中再生喷射燃烧过程的多维多相流数学模型，以３７ｍｍＲＬＰＧ为对象，对其再生喷射燃烧过程进行了全模拟，揭示了过程中各物理量的时空分布特征。结果表明：（１）整个液体喷射过程期间，燃烧人存在连续的液注形态。液体药的燃烧主要发生在燃烧室和身管入口区区域。（２）身管入口节流对燃气流速加压力的时空分布产生重要影响。身管中段的燃气流速和压力沿轴向成线性分布。（３）燃烧室和身     

一种紊流油膜雾化燃烧系统的试验研究

利用螺旋进气道和非圆形燃烧室相配合，形成进气涡流，挤流，紊流及微波流等多种流动状态，实现以空间雾化为主，油膜蒸发燃烧为辅的燃烧过程，取得了提高功率，降低燃油消耗率，减小最高燃烧压力和压升率及改善ＮＯｘ排放的效果。     

底排装置低频振荡燃烧和永久熄灭

为了研究高速降压对底排装置工作稳定性的影响,采用模拟实验装置和高速录像系统,对复合底排药剂(AP/HTPB)瞬态降压下的燃烧行为进行了系统研究.实验表明:复合底排药剂在瞬态扰动下的燃烧行为分为:二次点火复燃、振荡燃烧和永久熄灭3种情况.决定这些行为特性的核心因素是降压前的初始压力和降压速率.应用非稳态燃烧理论,推导了底排瞬变燃烧条件下燃气流动特征时间计算公式.     

燃烧室热边界对微型发动机瞬态燃烧特性影响数值分析

为了研究燃烧室热边界对微型内燃机微燃烧特性的影响,以指导燃烧室设计,采用层流有限速率模型对微燃烧过程进行了仿真。首先对仿真结果开展了有效性分析,探讨了网格尺寸、时间步长、步长内最大计算步数3个建模因素对仿真结果的影响,结果表明仿真与实验比较吻合。在此基础上探索了散热系数、壁面厚度和材料3个参数对燃烧特性的影响。结果表明,散热系数对燃烧特性有较明显的影响,散热系数从0增加到55 W／（m2·K ）时,压力升高率减小,着火点延后,最高压力值下降了2个大气压。壁面厚度和材料对燃烧特性影响不大,分析表明这是由于在热量从缸内传到外界环境的热流路径中主要传热热阻是外壁面与环境之间的对流换热热阻所致。     

弹丸发射内弹道方程嵌入LS-DYNA数值模拟研究

为更好地分析弹丸发射内弹道过程,通过对LS-DYNA进行二次开发,将弹丸发射经典内弹道模型及火药气体状态方程引入有限元计算,并采用Lagrange方法对某弹丸发射内弹道全过程进行了数值仿真,成功模拟了火炮发射时火药燃烧推进弹丸运动的力学过程. 仿真结果表明：数值模拟获得的弹丸速度、弹后气体压力、弹丸过载曲线与经典内弹道计算结果一致性很好,同时数值模拟解决了经典内弹道无法获得弹丸具体受力情况和动态下的强度等问题.     

柴油机燃烧模式切换过程燃烧特性变化试验

为研究柴油机在传统燃烧与低温燃烧的燃烧模式切换过程中,如何识别缸内当前所处的燃烧模式,以及不同喷油参数在不同的燃烧模式对燃烧特性参数的影响,在一台高压共轨柴油机1 500 r·min-1、30%负荷下采用燃油单次喷射、调节EGR率方式实现燃烧模式切换并进行了试验研究.结果表明,EGR率从0增加到55%,缸内燃烧起点位置稍有后移,但变化不大,当EGR率超过45%后,缸内开始进入低温燃烧模式,瞬时放热率曲线初始上升过程,由于冷焰反应持续期增加导致出现的二阶段滞燃,可以作为识别当前的燃烧模式的特征,控制缸内燃烧模式;喷油相位从-14°CA ATDC推迟到-7°CA ATDC,对传统燃烧模式滞燃期和燃烧持续期的影响较小,但对低温燃烧的燃烧持续期影响较大,同时,当喷油相位推迟到-7°CA ATDC时,缸内接近失火;喷油压力从75 MPa提高到140 MPa,在传统和低温燃烧模式均可以改善发动机的油气混合程度,缸内最大爆发压力及瞬时放热率峰值增加,指示热效率有所增加,但幅度变化不大.