氢能源的突破——第一台氢内燃机点火成功

近日,我国自主研制的第一台高效低排放氢内燃机在重庆长安汽车集团成功点火。高效低排放氢内燃机是国家"863"计划惟一立项的氢燃料重点项目,它的成功点火标志着我国氢内燃机研究技术获得了突破性的进展,为氢内燃机的产业化奠定了基础。     

氢能源的突破——第一台氯内燃机点火成功

近日，我国自主研制的第一台高效低排放氢内燃机在重庆长安汽车集团成功点火。高效低排放氢内燃机是国家“863”计划惟一立项的氢燃料重点项目，它的成功点火标志着我国氢内燃机研究技术获得了突破性的进展，为氢内燃机的产业化奠定了基础。[第一段]     

氢燃料内燃机NOx排放特性及机理

为深入研究氢燃料内燃机NO_x的生成机理,基于CONVERGE软件建立了三维网格耦合详细化学反应机理的氢燃料内燃机CFD仿真模型,进行了氢燃料内燃机在不同负荷下的燃烧及排放特性研究。模型的仿真结果和试验数据较为吻合。结果表明,氢气浓度增大有利于提高氢燃料内燃机的效率;NO的大量生成出现在不断升温的快速燃烧期,快速燃烧结束后NO总量不断减少,其缸内平均温度低于2 200K时NO总量趋于稳定;热NO,NNH和N_2O是NO生成最主要的路径,其中热NO路径产生的NO排放最多,其贡献率随着负荷增大而增大。NNH和N_2O路径在较低浓度时有接近25%的贡献率,而在燃空当量比为1.0时,这2种路径对NO生成的贡献率之和为负值。采用化学反应动力学方法得到了3种路径在不同负荷下对NO生成的贡献率,初步揭示了氢燃料内燃机NO_x生成的机理,为后续研究提供了理论参考。     

院校新闻

北理工成功开发出氢燃料内燃机样机日前,北京理工大学攻克了综合电子控制、运行安全技术、氮氧排放控制等难关,成功开发出了具有超低排放的氢燃料内燃机样机,为我国氢能应用技术开辟了一个新的领域。氢能源经济是解决能源危机和环境污染问题的重要途径之一,氢燃料内燃机是实现氢能源经济的有效措施之一。机械与车辆工程学院热能与动力工程系刘福水教授领导的项目组对样机的开发成功为我国氢能应用技术开辟了一个新的领域,也标志着北京理工大学在该领域的研究居于国内领先水平。上海理工研制出农药残留现场检测技术日前,上海理工大学成功研究…     

大功率氢内燃机增压匹配与参数优化

氢内燃机是氢能源利用的有效方式之一,自然吸气的进气道顺序喷射式氢内燃机的功率密度比传统内燃机低,增压中冷技术是提高氢内燃机动力性能的重要手段. 基于一款9.73 L增压CNG发动机,针对采用氢燃料后的增压匹配难点建立了增压氢内燃机仿真模型,在此基础上完成了氢内燃机增压匹配并对压缩比和进气门开启角度进行了优化. 最终的性能预测结果表明:氢内燃机最大扭矩890 N·m,比增压前提升了1倍,增压后有效热效率提升7%~15%,主要排放物NO_x比排放呈降低趋势;参数满足公交车辆对大功率氢内燃机的要求.      

柴油引燃直线氢内燃机稀薄燃烧特性研究

直线氢内燃机特殊的自由活塞运动导致了较低的燃烧反应速率和放热等容程度。为减少燃烧时间损失,提高能量利用效率,在一台直线氢内燃机中尝试应用了引燃稀薄燃烧技术。首先通过原理试验验证了引燃稀薄燃烧技术的可行性,然后采用一种耦合活塞运动的迭代计算方法对柴油引燃直线氢燃料内燃机燃烧性能和运行特点进行了模拟研究。结果表明:采用引燃燃烧技术,有助于提高直线氢内燃机的燃烧速度,减小放热时间损失,增加指示效率。相对于传统点燃燃烧,引燃技术能够提高直线氢内燃机活塞往复运动频率和压缩比,增加直线氢内燃机输出功率,但是引燃燃烧会轻微加重直线氢内燃机的NOx污染物排放。     

基于耦合动力学的直线氢内燃机工作特性研究

根据活塞动力学方程和热力学方程,建立了直线氢内燃机零维数值计算模型,获得了直线氢内燃机活塞运动学特点.通过耦合零维动力学模型和燃烧室动网格模型,建立了直线氢内燃机燃烧过程CFD模型,对比传统氢内燃机和直线汽油发动机,分析了直线氢内燃机工作过程性能状况.仿真计算结果表明:与传统氢内燃机相比,直线氢内燃机燃烧持续期较长,最高燃烧压力和平均温度均较小,这有利于控制NO排放,但燃烧等容放热量较少,后燃较严重,指示效率较低;相对于直线汽油机,直线氢内燃机燃烧过程火焰传播速度快,燃烧持续期较短,指示效率较高.     

氢内燃机及整车性能试验研究

为探索氢燃料应用于内燃机及车辆的各项性能,在一款2.0 L汽油机的基础上,重新设计发动机各系统及部件,研制出氢内燃机和样车,并进行了台架和整车试验.试验结果显示:氢内燃机功率和扭矩比同排量汽油机均下降40%左右,但最高指示热效率和有效热效率分别可达到40.4%和35.0%,NOx排放主要受混合气当量燃空比的影响.氢内燃机及整车各系统工作正常,动力性能也满足开发要求.氢内燃机汽车CO和HC排放显著降低,NOx排放仅为0.057 g/km,比国Ⅳ标准低了28.75%,具有良好的排放性能.     

传统缸内壁面传热模型在氢内燃机中的适用性

针对传统内燃机缸内传热模型在氢内燃机传热预测计算中的适用性问题,研究了LaunderSpalding模型、Huh模型、Poinsot模型、Han-Reitz模型和Rakopoulos模型在氢内燃机的压缩和膨胀冲程中的应用,为此编制程序将上述模型嵌入到开源计算流体动力学(CFD)工具包OpenFOAM的求解器中,并对一个氢内燃机缸内反应流动的算例进行了传热的预测计算和实验验证。研究表明:相对其他模型,Rakopoulos模型对氢内燃机传热热流的预测最为准确,优于AVL-Fire软件中推荐的Han-Reitz模型,可作为AVL-Fire软件二次开发进行氢内燃机的相关模拟计算;除Rakopoulos模型之外的模型适用性较差的原因是,不能准确描述氢内燃机缸内边界层中的工质物性及湍流黏性的分布规律,通过改进氢内燃机缸内边界层中的密度、黏度、湍流普朗特数分布有望提高氢内燃机传热模型的适用性;准确预测壁面热流峰值时刻需要对燃烧模型的火焰传播过程计算进行详细校核。     

氨燃烧特性及稳燃技术研究进展

针对当前氨燃烧存在着火困难、燃烧稳定性差及NO_x排放高等问题,从氨的基础燃烧特性出发,总结了现有的稳燃技术,包括氨、氢、甲烷混合燃烧,高压富氧等手段强化热质传递,以等离子为代表的外部辅助技术等．探讨了氨在不同动力设备如内燃机、燃气轮机及锅炉中的燃烧稳定性问题．未来氨燃料研究的重点应集中在稳燃技术发展、氨/氢混燃、氨/固体燃料混烧等方面：结合不同应用场景,采用不同稳燃技术,优化氨燃烧过程;氨/氢燃料掺混燃烧系统发展前景巨大,亟待研究开发;氨/固体燃料混烧试验数据较少,可开发领域众多;开发新兴辅助燃烧技术,为氨燃料应用服务．     

车用生物燃料应用性能仿真研究进展

车用生物燃料是可再生替代能源之一,仿真研究是车用生物燃料应用研究的主要方法,燃烧放热规律及内燃机条件下的燃烧排放生成过程是车用生物燃料应用仿真研究的重要内容,研究成果对生物燃料的提质改性及推广具有重要意义。基于当前车用生物燃料应用仿真研究成果,阐述了燃烧化学反应机理以及内燃机燃烧条件下计算流体动力学仿真研究的发展,分析了生物燃料燃烧机理构建与简化的技术思路以及机理简化成果,梳理了耦合化学反机理的CFD仿真模型在生物燃料的应用进展;进一步指出基于生物燃料多组分特征的燃烧化学反应机理的构建及机理简化是应用仿真研究的重要基础,内燃机工作条件下燃料多组分特征对燃烧和排放性能的影响是深入开展仿真研究的重要方向。     

氢能及其近期应用前景

着重从能源短缺与能源安全、环境保护、经济可持续发展和国际趋势阐明氢能的重要性，指出在研究氢能远期使用的燃料电池的同时，要重视氢作为氨内燃机的燃料是近期氢能应用的实际途径，特别是其中的氢气-天然气混合燃料已经可以南业化，建议我国示范、推广。     

灵活燃料汽车应用进展报告

灵活燃料汽车概念 灵活燃料汽车（FFV）是一种＂替代燃料汽车＂,其内燃机能够使用一种以上燃料运行。通常是汽油与乙醇混合的燃料,两种燃料被储存在同一箱体中。现代灵活燃料汽车能够根据其燃料成分传感器探测到的实际混配比例来自动调整燃料喷射和火花定时器,所以其燃烧室可以燃烧任何比例的混合燃料。灵活燃料汽车是区别于双燃料汽车的,双燃料汽车的两种燃料被储存在不同的箱体中,而且在同一时间点引擎只使用一种燃料,例如：CNG,LPG,或氢。     

燃料乙醇的发展状况

燃料乙醇,是指以一定比例的无水酒精与汽油混合作为内燃机的燃料,可以缓解石油危机．减少环境的污染,本文介绍了燃料乙醇的发展历程以及使用过程中的优缺点,并对燃料乙醇的发展方向提出了建议。     

简讯

日本三重大学竹田策三教授应邀来我院讲学应我院邀请,日本三重大学竹田策三教授于84年5月3日至5月17日在我院进行为期两周的讲学活动。竹田教授是从事代用能源研究的,主要研究桉油、桔油等代用燃料在内燃机中的应用。这次讲学的主要内容是介绍他在这方面的研究成果,较系统地提供了试验过程及详细的试验资料。此外还介绍了其他日本学者对菜籽油、酒精等代用燃料在内燃机中的应用情况;世界各国利用农业废弃物气化后用作内燃机燃料的研究动向;以及农用内燃机今后的发展趋势。最后还简单介绍了用沥清改良沙土地的问题。     

浅析适合我国国情的汽车燃料及内燃机发展战略

针对石油产品作为传统动力燃料面监缺乏的现实，以内燃机环保节能，燃料多元化为突破口，经过分析论证，确立适合我国国情的汽车燃料及内燃机五项发展战略。     

气氛及添加剂对燃料热氧化作用的影响

采用碘量比色法跟踪测定了燃料a和b分别在饱和溶解氧和隔绝氧加热条件下氢过氧化物浓度随时间的变化,研究气氛环境对燃料热氧化过程中生成氢过氧化物的量的影响,结果表明,在不同温度下,溶解氧的量对燃料自氧化反应影响很大,饱和溶解氧时,燃料中氢过氧化物可以累积的量远远大于限氧条件下的。评价了主抗氧剂BHT与辅抗氧剂168（亚磷酸酯类）在燃料a中复配后的抗氧能力。     

车用发动机燃用天然气与氢燃料的对比研究

日益严重的环境问题与能源危机促使人们不断加大对车用发动机替代燃料的研究力度,天然气与氢就是其中最受关注的两种替代燃料.本文对天然气与氢的基本燃烧特性分别进行了探讨,并着重分析比较了天然气与氢在车用发动机中的燃烧过程与排放特性,并对这两种替代燃料在车用发动机领域的应用前景进行了阐述.     

燃料电池的新进展

 早在1839年, 英国人W·Grove就提出了氢和氧反应可以发电的原理, 这就是最早的氢 氧燃料电池(FC).但直到20世纪60年代初, 由于航天和军事的需要, 才开发了液氢和液氧的小型燃料电池, 应用于空间飞行和潜水艇。近二三十年来, 由于一次能源的匮乏和环境保护的突出, 开始转向开发利用新的清洁再生能源。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点而受到世界各国的普遍重视。美国矿物能源部长助理克·西格尔说: ”燃料电池技术在21世纪上半叶在技术上的冲击影响, 会类似于20世纪上半叶内燃机所起的作用。     

柴油-生物柴油混合燃烧对碳烟排放的影响

应用零维单区模型对柴油-生物柴油混合燃料在内燃机中的燃烧进行了数值模拟计算,从化学动力学角度,通过分析混合燃料在内燃机均质压燃边界条件下燃烧的关键中间产物和最终生成物的摩尔分数变化以及关键基元反应,总结出了生物柴油掺入柴油后燃烧对碳烟排放的影响.结果表明:生物柴油甲基酯团中的氧原子在燃烧反应过程中始终与燃料中的一个C原子相连,因此使可能生成(soot)的C原子减少,从而降低了混合燃料soot的排放.但生物柴油与其他有氧燃料相比,如乙醇,掺入柴油燃烧降低soot排放的效果要差,有氧燃料中含氧部分的化学结构的差异会对降低soot的排放产生不同效果的影响.