基于可视化系统的直喷天然气发动机喷射及燃烧特性研究

天然气作为一种最有前途的代用燃料在汽车发动机上的应用日益广泛。为提高天然气发动机的燃烧效率,采用缸内直喷技术;并通过位于喷嘴附近的火花塞点燃分层混合气,使天然气发动机在中低负荷下实现稀薄燃烧。对于直喷天然气发动机,研究喷雾贯穿距、喷雾锥角、循环波动和燃烧速度等喷射及燃烧特性具有重要意义。首先设计开发了用于观察天然气喷射及燃烧的可视化系统,拍摄不同实验条件下天然气喷射及燃烧过程。利用实验数据,分析了直喷天然气发动机的喷射及燃烧特性。     

柴油机喷雾燃烧过程的动态可视化试验

基于柴油机喷雾燃烧可视化方法,在DLH1105型产品发动机的基础上进行了发动机的改装、光路系统的开发和数据采集及控制系统的开发,研制出喷雾燃烧多功能动态可视化试验装置．同时总结出试验装置建立过程中应该注意的一些关键问题．在该试验装置上,分别对25MPa和18MPa的喷油压力下以及Ф62mm圆柱形、Ф5mm圆柱形、Ф5mm圆柱左偏斜形、Ф55mm圆柱右偏斜形4种燃烧室形状下的喷雾燃烧过程进行了喷雾燃烧可视化试验,获得了喷雾燃烧照片,通过对比分析得出高喷油压力及偏斜形状燃烧室具有更优的喷雾燃烧特性．     

耦合动力学的微型发动机燃烧特性

为了获得微型均质充量压燃(HCCI)自由活塞发动机着火燃烧特性参数,根据自由活塞发动机的动力学特点,建立了理想状态下的数学模型,提出了单次冲击微型HCCI自由活塞发动机工作过程的模拟方法.在单次活塞冲击情况下,耦合丙烷详细化学动力学反应机理,对微型HCCI自由活塞发动机着火燃烧过程进行了变参数研究,获得了不同混合气初始条件下着火时刻变化特性以及燃烧特性变化规律.计算结果表明:初始温度、初始压力以及燃料当量比对微型HCCI自由活塞发动机着火燃烧过程有重要的影响.     

自由活塞初速度对微发动机燃烧特性的影响

根据自由活塞发动机的动力学特点,提出单次冲击微型均质充量压燃（HCCI）自由活塞发动机工作过程的模拟方法,并对目前定容燃烧模型进行一定的修正．考虑自由活塞的动能变化对燃烧参数的影响,提出自由活塞截断速度的概念,比较改进后的燃烧模型与目前的定容燃烧模型的计算结果,显示出改进模型的合理性．同时运用改进模型对HCCI自由活塞发动机不同初始速度下的燃烧特性进行模拟,得到了工作压力、温度、着火时刻的变化规律,以及自由活塞运动特性,为该微动力装置的设计提供了理论依据．     

双层交错布置多孔喷嘴设计与仿真研究

针对高喷射压力下传统喷油嘴喷雾的碰壁比较严重以及传统多孔喷嘴喷雾之间易相互干扰等问题,设计了一种具有上下2层交错布置的多孔喷油嘴,阐明了双层交错布置多孔喷嘴的结构和理论依据,建立了喷雾及燃烧排放模型,研究了双层交错布置多孔喷嘴的喷雾特性及其结构参数对共轨柴油机燃烧与排放性能的影响.喷雾特性仿真表明,与传统喷油器相比,双层交错布置喷油嘴具有较短的喷雾贯穿距和更好的燃油空间分布特性.双层交错布置喷嘴的结构参数对高压共轨柴油机的燃烧过程和排放性能的影响研究表明,上层喷孔的喷射夹角采用大喷射夹角或下层喷孔采用小孔径,都可以使柴油机的燃烧及排放性能得到进一步改善.     

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.     

空化效应下高压喷嘴结构对燃油喷雾特性的仿真研究

针对喷孔内部出现的空化现象,运用计算流体力学和计算燃烧学,数值模拟了喷嘴结构对燃油喷雾及燃烧情况。结果发现:喷孔入口圆角半径和喷孔直径对燃烧过程都有显著影响。喷孔入口圆角半径的增加以及喷孔直径的增大,从根本上都会使得对燃油初次破碎起重要作用的喷孔内部空化现象减弱,从而降低燃油与空气形成的混合气质量,并最终对燃烧过程产生不利影响。喷孔夹角的增大虽然使得喷孔内部的空化现象得到加强,从而改善燃油的初次破碎情况。喷孔长度对燃油的喷雾特性,几乎没有任何影响。     

伞帘喷雾燃烧系统喷雾特性的试验研究

柴油机伞帘喷雾燃烧系统通过喷嘴与特殊燃烧室的配合,主要依靠燃油喷雾与壁面的相互作用来促进混合气形成和燃烧,在载油泵试验台上,应用闪光摄影法,研究了压力容器内该燃烧系统的宏观喷雾特性,试验结果表明,中心喷雾碰撞燃烧室底面平台后形成准伞状喷雾,侧向喷雾碰撞燃烧室侧面凸缘后形成帘状喷雾。无论是否存在壁面限制,侧向喷雾锥角变化的总趋势是经过较短时间的减小后达到稳定。喷雾碰壁过程中的侧向喷雾锥角稳定值小于相     

预测二甲醚发动机燃烧性能的准维多区燃烧模型

模型详细考虑了二甲醚（DME）发动机内燃油的喷雾、卷吸、传热、着火燃烧等过程,计算结果显示,模型采用正弦喷油规律更为合理,模型采用等质量和等径向间距两种油束分区方法得到的结果相同;计算的示功图和压力升高率曲线与实测结果吻合较好;计算的燃烧放热率由线很好地揭示了DME发动机燃烧的特点,该模型能够成功地模拟DME发动机各个工况下的燃烧过程。     

LPG-柴油双燃料发动机燃烧特性研究

提出了一种根据燃烧分析仪测录的示功图计算 LPG-柴油双燃料发动机燃烧放热规律的新模型 .简要介绍了该模型的计算原理和方法 .利用该模型分别计算了 LPG-柴油双燃料发动机的引燃柴油、LPG及总的燃烧放热率 ,分析了其燃烧过程及燃烧特性 ,并与试验结果进行了分析比较 ,从而为研究分析双燃料发动机的燃烧特性提供了一种便捷有效的方法     

火箭喷气强噪声模拟装置动态特性分析

首次建立了考虑电磁力与气动力耦合特性的火箭喷气强噪声模拟装置动态特性仿真分析模型.仿真结果表明,音环质量减轻、弹性元件力顺减小、磁场强度增大、音环振动频率快则系统响应特性好.环形喷口缝隙高度和激励信号电流增大,则音环振动位移增大,声辐射器喉部处声压提高.仿真结果为大推力火箭发动机噪声模拟装置的改进设计提供了理论研究数据.     

火箭载荷减小问题(1)

通过对串联型多级火箭的特征速度表达式的仔细分析,指出当多级火箭的载荷减小时,如何重新最佳地分配各级推进剂的量以达到原来的速度要求。     

火箭的最大载荷问题

通过对多级火箭的特征速度表达式的分析,指出了（当速度式射程减小时）多级火箭的最大载荷问题与多级火箭的最宜推进剂方案的关系,从而解决了此时的多级火箭的最大载荷问题。     

轨/姿控火箭发动机推力动态测试系统建模分析

根据轨/姿控火箭发动机脉冲点火方式下动态推力测试的特点和要求,设计了推力动态测试系统并进行动力学建模,采用模态分析理论研究系统的动态性能.并进行幅频特性与相频特性分析,为该系统在微阻尼条件下测试的不失真提供了理论依据.结合该模型,对测试信号进行傅里叶变换,通过系统幅相频特性与不同频率信号进行代数运算的方法,求得了测试系统动态测试误差,从理论上证明测试系统动态性能满足设计要求.     

火箭载荷减小问题（2）

通过对并联型多级火箭的特征速度表达式的仔细分析,指出了当并联型的多级火箭其载荷减小时,如何重新分配各组的推进剂量以达到原来的速度要求.所以它是火箭载荷减小问题(1)的继续.     

火箭发动机液氢预冷回路非稳态传热特性研究

针对液氢预冷火箭发动机自然循环回路的流动与传热过程,建立了一维非稳态均相模型来研究预冷过程中管路的温降特性.在膜态沸腾阶段引入过渡膜态沸腾,保证了弥散流膜态沸腾向反环状流膜态沸腾的合理过渡.一般流体的膜态沸腾起始壁温T_L大于核态沸腾最高壁温T_(CHF),而氢的T_L小于T_(CHF),使得氢的沸腾曲线不同于其他流体,造成计算时传热与流型转换的不连续,因此考虑以T_(CHF)作为膜态沸腾起始壁温,以T_L作为核态沸腾最高壁温,通过增加过渡沸腾区来确保计算顺利进行.计算发现:预冷过程中,回路管壁温沿流动方向表现出从高到低的逆向分布规律,最高壁温点位于反环状流向弥散流过渡区间处,最高壁温点位置随时间逐渐向下游推进.     

缸内直喷汽油机高压涡旋喷油器的油束模型

根据燃油薄膜模型和表面波破碎理论，在KIVA3程序的基础上建立了适合于计算缸内直喷汽油机高压涡旋喷油器油束特性的模型。应用此模型计算出了油束特性的主要参数，包括贯穿度、油束整体和轴向横截面上的索特平均直径等，并研究了高压涡旋喷油器在不同喷射压力和不同背压下的油束外形结构和油束特性参数。计算结果表明，高压涡旋喷油器油束边缘有环涡存在；随着喷射压力的增加燃油薄膜厚度减小，速度和油束贯穿度增加，轴截面索特平均直径减小；随着背压的升高，油束贯穿度减小而整体索特平均直径增加。该油束模型与实验结果吻合良好。     

多相循环流化床流动规律的研究

研究了影响多相流态化各个参数(包括全床平均气含率、全床平均固含率和液体循环量)的因素,细致地讨论了气液两相及固体颗粒加入时,气含率、液体循环量的变化规律,并且通过实验结果发现,固体颗粒加入后,不会改变全床平均气含率和液体循环量的变化趋势,但是液体循环量显著减少,并且从整个系统能量守恒的基础出发,建立了数学模型,用于对整个多相循环流态化系统进行模拟,模型的预测结果与实验获得的数据平均误差小于5%,可较好地描述多相循环流化床流动规律.     

理想二元混合液的特性阻抗

理想二元混合液的特性阻抗卢义刚，仝杰，董彦武（陕西师范大学应用声学研究所西安７１００６２；第一作者，男，２７岁，讲师）在功率超声中，往往需要寻找阻抗匹配材料．液体介质的特性阻抗是判断其能否作为耦合剂的主要依据．因此，如果能给出混合液的特性阻抗与各组分...     

固体火箭尾焰等离子体特性影响因素数值

为研究固体火箭尾焰等离子体分布特性,采用CFD方法对不同工况下某型号固体火箭发动机尾焰进行了仿真,获得了尾焰流场温度及压强分布,并采用等离子体浓度模型计算了尾焰等离子体浓度分布。在此基础上,对尾焰等离子体频率进行了求解和分析,得到了其在尾焰轴线方向上的变化规律。分析结果表明,火箭尾焰等离子体特性对推进剂中Al含量的依赖性很高,随着推进剂中Al含量增加,尾焰温度升高,燃气电离度增加直至成为等离子体,尾焰等离子体区域范围增大;随着飞行高度的增加,尾焰等离子体区域位置后移。