二甲醚/甲醇混合燃料HCCI燃烧特性数值模拟

为了研究混合气浓度及燃料掺混对二甲醚/甲醇混合燃料HCCI（homogeneous charge compression ignition）燃烧特性的影响,对不同过量空气系数和二甲醚掺混比下的醇醚混合燃料HCCI燃烧过程进行了模拟计算,分析了缸内温度、压力、压力升高率、放热率和燃料消耗路径随过量空气系数和二甲醚掺混比的变化关系。结果表明,随过量空气系数增大,缸内压力、温度、放热率和压力升高率峰值减小,相位推迟,过量空气系数太大时,CO的进一步氧化反应会受到阻碍,使缸内产生大量的CO残留;随二甲醚掺混比的增大,缸内压力、温度峰值增大,相位提前,压力升高率和放热率峰值减小;二甲醚HCCI燃烧放热率曲线存在3个峰值,第1个峰值出现上止点前曲轴转角30°,为二甲醚低温氧化放热,对应缸内温度为804 K,第2个峰值出现在上止点前曲轴转角15°,对应缸内温度为1 193 K,为甲醛等中间产物氧化生成CO时放热,第3个峰值为CO氧化,生成CO₂时放热,第2和第3个放热率峰值为二甲醚的高温氧化放热阶段,与甲醇掺混燃烧时,二甲醚的低温氧化反应对混合气的燃烧起到了促进作用。     

掺混PODE对增压中冷柴油机燃烧和排放性能的影响

在一台电控共轨增压中冷柴油发动机台架上,燃用纯柴油以及柴油中分别掺混10%、20%、30%(体积比)聚甲氧基二甲醚(PODE)的混合燃料,研究了PODE对柴油发动机燃烧排放特性以及燃油经济性的影响.结果表明PODE的掺混显著影响发动机的燃烧特性:除低速大负荷工况外,PODE的掺入明显降低了预喷放热率,改善了主喷燃料的雾化性能,加大了主喷前缸内的活化成分比例,提升了主喷期间压力升高率和燃烧放热率,提高了缸内燃烧温度,缩短了燃烧持续期.在研究范围内,PODE掺混比越大,缸内燃烧最高温度越高,主喷燃料燃烧速度越快,燃烧持续期越短.排放研究结果表明,随着PODE的掺入,发动机的NO_x排放明显上升,HC排放略有下降,CO排放变化不大.PODE的掺入能明显改善发动机的燃油经济性.     

喷射时刻和掺氢比对直喷发动机燃烧特性的影响

在缸内直喷火花点火发动机上对天然气掺混氢气的体积分数为0％～18％的混合燃料不同喷射时刻下发动机的燃烧和排放特性进行了试验研究．研究结果表明：对于给定的喷射持续期和点火时刻，喷射时刻对发动机性能、燃烧和排放有较大影响，喷射太迟燃烧持续期长，放热速率慢，喷射过早会导致充量系数下降；对于给定转速，发动机存在一个最佳的喷射时刻，此时缸内最高压力升高率和最高燃气平均温度高，燃烧持续期短，燃烧过程定容度高，发动机热效率高，HC排放低；在同一喷射时刻下，当氢气的体积分数小于10％时，HC排放略有上升，当氢气的体积分数达到18％时，发动机HC排放与纯天然气排放水平相当；掺氢对NOx、CO和CO2排放影响不大．     

喷气策略对多点喷射天然气发动机燃烧及排放的影响

为了提高大缸径船用多点喷射稀薄燃烧天然气发动机在中低负荷下的缸内火焰传播速度及燃烧效率,进而优化发动机燃烧和排放,以喷气策略为切入点,采用台架试验与仿真两种方法,分别研究喷气方向与位置、喷气压力以及喷气时刻对发动机燃烧及排放的影响。结果表明：喷气方向与进气气流垂直可以增强扰动作用,喷气位置距气门远可以增加燃气射流在进气道中行进的距离,进而增加进气混合的均匀性,使浓混合气分布靠近火花塞,燃烧及排放明显改善;喷气压力采用较高的736.63 kPa时可以增加喷射动能,提高缸内湍流强度、进气混合均匀性同时适应缸内大尺度掺混,使燃烧和排放更优;随着喷气时刻的推迟,在点火时,缸内混合气形成明显的分层现象,混合气浓度自上而下逐渐降低,火花塞附近浓混合气利于火核发展,火焰传播速度加快,燃气燃烧效率提高。该文结果为实现大缸径船用天然气发动机高效清洁燃烧提供了理论依据。     

氩氧氛围下天然气缸内燃烧的离子电流特性

在一台改装的直列双缸火花点火发动机上,将进气由空气改为具有更高比热比的氩气和氧气的混合气,进气道喷射天然气,研究了氩-氧氛围下天然气缸内燃烧的离子电流特性.结果表明,相比于空气氛围,氩-氧氛围下缸内离子电流信号强度显著增强;在氩气体积分数为79%及以下时,离子电流信号特征值与基于缸压计算的燃烧特征值具有很强的一致性;离子电流信号能够检测缸内的爆震燃烧,具有很好的可靠性,但对爆震强度的敏感程度较弱.     

二甲醚-空气-N2/CO2混合气层流燃烧特性研究

利用容弹球形火焰法测量了常温、常压下不同稀释系数、不同当量比时二甲醚-空气-N2/CO2混合气的层流燃烧特性.研究结果表明:拉伸火焰传播速度、无拉伸火焰传播速度、无拉伸层流燃烧速率均随稀释系数的增大而减小.Markstein长度值随稀释系数的增大而增大,二甲醚-空气混合气中加入稀释气后提高了火焰前锋面的稳定性.二甲醚-空气混合气进行少量稀释后即可提高火焰的稳定性,继续增大稀释系数对提高火焰稳定性的作用不明显.无拉伸层流燃烧速率最大值随着稀释系数的增加向浓混合气方向偏移.随着稀释系数的增大,二甲醚-空气-稀释气混合气的稀燃极限向浓混合气一侧移动,浓燃极限向稀混合气一侧移动,可燃范围变窄.CO2作为稀释气对火焰传播速率和可燃区域的影响大于N2作为稀释气对火焰传播速度和可燃区域的影响.     

采用机器学习的二甲醚层流燃烧速度预测研究

为了明确二甲醚层流燃烧速度与混合气初始条件(温度、压力、当量比)之间的关系,基于大量的实验及数值模拟数据,利用机器学习多变量回归算法,建立了二甲醚/空气预混层流燃烧速度随初始条件的拟合关系式。通过与文献及数值模拟结果的对比,发现所建立的函数关系式能够在0.8～1.4当量比、298～373K初始温度和0.1～1.0MPa初始压力范围内得到准确的二甲醚层流燃烧速度预测结果。二甲醚层流燃烧速度随初始压力呈负指数关系,随初始温度呈正指数关系,化学当量比时,压力和温度指数的绝对值较小,混合气较浓或较稀时,压力和温度指数的绝对值增大,表明二甲醚层流燃烧速度随初始压力的增大而减小,随初始温度的升高而增大,且在较浓或者较稀的混合气条件下,层流燃烧速度随初始压力和温度的变化更为敏感。研究结果可以为二甲醚发动机数值模拟提供简单准确的层流燃烧速度输入数据,从而节约研究成本和计算时间。     

小型农用柴油机甲醇/生物柴油燃烧与排放模拟

针对甲醇/生物柴油在小型农用柴油机上的应用,采用3维CFD软件建立了186FA柴油机的缸内燃烧、排放仿真模型,通过对比排放污染物的试验值和计算值,验证了模型的正确性.对3 000 r·min-1,5.7 k W时,柴油机直接燃用生物柴油和生物柴油掺混15%甲醇形成的混合燃料的缸内燃烧和排放污染物进行了数值模拟.结果表明:与生物柴油相比,生物柴油掺混15%的甲醇,柴油机的滞燃期延长,放热始点对应的相位后移,缸内最大爆发压力降低不多,最大压力升高率和最大放热率略有升高;最高燃烧温度基本不变,温度场内的高温区域有所缩小;曲轴转角为370.0°~400.0°时,O2低浓度区域比燃用生物柴油时有所扩大,NOx和soot的平均体积分数同时降低.     

含醇汽油的燃烧与排放特性对比试验研究

为研究汽油分别掺混甲醇、乙醇、正丁醇和异丙醇-正丁醇-乙醇(IBE)的燃烧与排放特性,在1台进气道喷射型点燃式发动机内分别将不同醇体积分数和不同工况下的含醇汽油进行对比试验研究。研究结果表明:含醇汽油的燃烧相位比纯汽油的燃烧相位提前且随醇体积分数增大更提前,故应推迟点火;含醇汽油的有效热效率除IBE(异丙醇-正丁醇-乙醇)外均下降,而有效燃油消耗率均升高,IBE-汽油的有效燃油消耗率最低;含醇汽油的CO排放在稀燃时随当量比增大而升高,与纯汽油相比,甲醇-汽油的UHC排放升高,而乙醇-汽油、正丁醇-汽油的UTC排放量降低,IBE-汽油的UTC排放量最低;含醇汽油的NOx排放量均比纯汽油的NOx排放量低,甲醇-汽油的排放量最低;相比纯汽油,IBE30的燃烧相位有较大提前,且IBE30与纯汽油的燃烧相位的差距随当量比(即可燃混合气中理论上可完全燃烧的实际含有的燃料质量与空气质量之比)和平均有效压力的增大而减小,有效热效率略高,CO,UHC和NOx排放量均较低;IBE有望成为良好的汽油代用燃料。     

乙醇和二甲醚预混火焰燃烧过程的计算与分析

运用CHEMKIN中的低压预混火焰模型,针对相同组分、不同官能团的乙醇和二甲醚,在摩尔质量相同时模拟了燃烧化学变化过程,比较了两者中间产物及OH,H,O自由基的差异;利用生成速率和敏感性分析方法,探讨了乙醇和二甲醚消耗反应的化学变化过程,并对燃烧产物乙烯和甲醛进行了敏感性分析.结果表明:不同官能团对燃料的燃烧及污染物形成有较大的影响;以氮气为载体,相同火焰高度下,二甲醚的反应速率大于乙醇的反应速率,二甲醚燃烧产生的OH,H,O自由基摩尔分数均大于乙醇;二甲醚燃烧生成的乙烯少于乙醇,甲醛多于乙醇,C—C键的断裂与重组是造成两者污染物差异的主要原因.     

模拟发动机工况下二甲醚喷雾燃烧实验及仿真研究

在定容弹内模拟发动机实机工况的高温、高压环境(920K,6.0 MPa),借助专用共轨系统产生100 MPa压力进行二甲醚喷射实验,通过定容弹内混合气体中的氧气浓度来控制二甲醚的燃烧,使用高速摄像机观察并记录二甲醚在超临界和亚临界条件下的喷雾及燃烧形态。基于实验结果,采用FORTE软件开发二甲醚喷雾燃烧仿真模型,其中耦合了二甲醚氧化还原反应动力学模型。实验和仿真结果表明,二甲醚在两种喷射条件下的喷雾贯穿距离无明显差异,而超临界条件下的液相贯穿距离较短;与亚临界条件相比,超临界条件下二甲醚喷雾着火时刻略早,火焰举升距较小,并且燃烧时释放出了更多的热量;仿真模型较好地拟合了二甲醚喷雾燃烧实验结果。     

泡沫陶瓷材料及其微观结构参数对多孔介质燃烧特性的影响

基于Kelvin模型,建立了泡沫陶瓷多孔介质的微观结构参数(孔筋长度、孔筋半径、微立方体节点边长)与其孔隙率、导热系数等宏观特性参数的关系式;利用FLUENT软件,就材质种类及其微观结构参数对双层多孔介质燃烧器内甲烷/空气预混燃烧性能的影响进行了数值模拟。结果表明,在入口速度为60cm/s、当量比为0.6的条件下,燃烧区材质为SiC时,气、固相温度最高,稳定操作范围以SiC、ZrO2、Al2O3的顺序依次降低;无量纲参数d(微立方体节点边长与孔筋长度之比)的增加会降低气、固相温度且会改变火焰面驻定的位置,而e(孔筋半径与孔筋长度之比)的改变对气、固相温度分布影响不大。因此,在实际燃烧器多孔材料选型中,应优先考虑微观结构中微立方体节点边长和孔筋长度的合理选择。     

浅谈山西省燃气系统的改造

分析了主要以焦炉煤气为主的原有城市燃气与天然气在诸多性质上的区别,根据燃气系统改造的原则,提出了燃气系统的置换方式及输配系统、调压设施、燃气用具等的改造方法。     

天然气掺氢火花点火发动机性能与排放研究

在一台燃用CNG／H2混合燃料的火花点火发动机上，开发了一个电子控制单元（ECU）来控制发动机点火提前角和混合气浓度，并研究了不同掺氢比（氢气的体积分数分别为0%、10％、20％和26％）对发动机性能和排放的影响．研究结果表明：天然气掺氢后发动机功率和有效热效率有所降低；在相同过量空气系数下，随着掺氢比的增加，发动机的最佳点火提前角推迟，HC、CO2排放得到降低，NOx排放有所增加．掺氢后可以提高发动机的稀燃极限，在稀燃下可以得到较低的HC、CO、CO2和NOx排放。     

二甲基醚喷雾混合过程的计算研究

采用气相射流模型对二甲基醚的喷雾特性进行了模拟计算,并将其与柴油喷雾的模拟计算值进行了对比．结果表明,在喷孔直径、环境密度等参数相同的条件下,二甲基醚喷雾的轴心速度和浓度的衰减速率均大于柴油喷雾的,而二甲基醚喷雾的贯穿距离与锥角则分别小于和大于柴油喷雾的．当环境密度和喷孔直径改变时,DME喷雾的轴心速度、贯穿距离和喷雾锥角均会随之变化．模拟计算结果与实验观测结果基本相符。     

合成革干法生产线天然气供热系统的分析

合成革是人们日常生活不可或缺的一种重要材料,但传统的基于燃煤导热油为热源的合成革生产过程是一个高耗能、重污染过程,对合成革生产线供热系统的“煤改气”是合成革行业实现低碳环保的重要环节。为使合成革生产线“煤改气”达到既环保又经济可行的目的,需要进行合成革生产线供热系统的传热传质及耗能分析。为此,本文基于热力学第一、第二定律,建立了适用于天然气末端供热系统的火用损分析理论模型,进行了合成革生产线天然气供热系统热力参数的实测工作,利用所建理论模型分析计算了实际干法生产线供热系统的火用损率。结果表明供热系统的火用损主要集中于天然气燃烧、烟气混合传热、过流通道的沿程阻力和尾气排放四个方面。通过改进燃烧器结构、改善换热方式、优化风道风排结构以及利用尾气预热燃烧器助燃空气等措施,可有效降低供热系统的火用损,提高能源的利用效率。     

东濮凹陷天然气分布成因及富集因素

东濮凹陷天然气资源非常丰富,纵向上主要集中在盐下沙三~4、沙四及盐间沙二下、沙三~1、沙三~3段;平面上则主要分布在凹陷北部中央隆起带上。现已探明的天然气,从化学组成上看有干气、湿气、凝折气;从成因上分析有油型气、煤系气及两者相互掺合的混合气。下第三系和石炭二迭系是两套主要生气源岩。由于早第三纪凹陷快速沉降,使下伏石炭二迭纪煤系进入二次生气期,同时使下第三系生油气岩系相当一部分进入高成熟生气阶段,形成丰富的气源。其上又有分布广、厚度大的膏盐作为良好的盖层,天然气不易散失,故导致凹陷中天然气的富集。     

以二甲醚重整气为还原剂的NO_x储存还原性能

利用二甲醚(DME)水蒸气重整制氢(SR)为氮氧化物存储还原(NSR)技术提供还原剂,以去除DME发动机中NOx排放时,须考虑二甲醚水蒸气重整(DME-SR)对NOx转化率的影响.以Pt/Co-BaO/Al2O3为NSR催化剂,以CNZ-1/HZSM-5/Ga2O3为DME-SR的催化剂,试验研究了以DME重整气为还原剂的NOx存储还原性能,及水蒸气对NSR性能的影响.结果表明,将SR与NSR联用,可明显提高NOx转化率,在250℃时转化率可提高11%;尽管水蒸气对NOx的吸附有一定的抑制作用,但水蒸气参与DME重整,对NOx的转化率具有明显的促进作用.     

管壳型固定床二甲醚合成反应器的数学模拟

对管壳型固定床二甲醚合成反应器进行了数学模拟。选取CO、CO2加氢合成甲醇、甲醇脱水生成二甲醚反应为独立反应,CO、CO2和二甲醚为关键组分,建立了管壳型固定床二甲醚合成反应器的一维拟均相数学模型,得到了管内各组分气体浓度和温度分布;讨论了不同操作条件对二甲醚合成的影响。     

直喷发动机燃用天然气掺氢混合燃料的性能与排放

对缸内直喷火花点火发动机燃用天然气氢气混合燃料时的性能与排放进行了试验研究．研究结果表明：在喷射脉宽一定的条件下，当天然气掺氢比例小时，平均有效压力和热效率有所下降，当掺氢比例达到一定值（即氢的体积分数为5％～10％）后，平均有效压力和热效率增加，此现象在稀混合气条件下更加明显，表明天然气掺氢对稀混合气燃烧过程的改善有显著作用；发动机HC和CO2的排放浓度随天然气中掺氢比例的增加而下降，原因是掺氢增加了混合燃料中氢碳的量的比值和混合气过量空气系数；在稀混合气条件下，发动机的NQ的排放浓度随掺氢比的增加而有所降低，CO的排放浓度基本上不随掺氢量的改变而改变。