基于分形理论的双燃料发动机Nox排放模拟计算

在双区喷雾卷吸模型的基础上,建立了一个基于皱折火焰面分形理论的双燃料发动机准维模型,来描述双燃料发动机气缸内的湍流燃烧、火焰传播速度等燃烧现象以及排放性能,其中包括滞燃期子模型、喷雾卷吸子模型、燃烧和火焰传播子模型.利用该模型,对一台生物制气-柴油双燃料发动机燃烧过程进行了模拟计算,预测双燃料发动机的NOx排放特性.预测计算结果与实测值的相对误差小于5%.供油提前角提前,生物制气-柴油双燃料发动机NOx排放量增加;相同工况下引燃柴油量减小时,NOx排放量减小.     

点火时刻对焦炉气发动机怠速性能的影响

针对焦炉气发动机在怠速工况下NOx排放高以及工作状况不稳定的问题进行了研究。通过CATIA软件建立了发动机燃烧室的模型,运用AVL-fire软件仿真分析了怠速工况下不同点火时刻缸内压力、排放、缸内流场及火焰密度。研究结果表明:与其他点火时刻相比,点火时刻为350℃A时,缸内燃烧初始火核稳定、火焰传播速度快且NOx排放量较低,从而使NOx的排放得到了改善,同时提高了焦炉气发动机怠速工况的稳定性。为焦炉气燃料更好地应用在发动机提供相应的理论依据。     

燃油喷射压力和EGR率对柴油机性能的影响

以某高压共轨柴油机为样机,研究了EGR率、喷油压力对NOx、Soot排放特性及燃油消耗率的影响规律。研究结果表明：EGR的引入可以有效降低NOx的排放,但随着EGR率的增加,柴油机的Soot排放也相应增加。增加喷油压力可提高缸内油气混合速率,促进燃烧,有效降低Soot排放,改善燃油经济性。通过EGR率和喷油压力的调整可以达到NOx、Soot和燃油消耗率的折中优化。     

CNG发动机燃烧室形状对气流运动和燃烧特性的影响

为提高天然气发动机的燃烧品质,基于6105型涡轮增压CNG发动机,通过建模分析法,对发动机不同燃烧室形状对缸内气流运动和燃烧特性的影响进行了三维数值模拟研究。研究结果表明,燃烧室形状对挤流的形成和燃烧过程有着重要影响。缩口型燃烧室具有较大的挤流强度和较长的涡流持续期,火焰传播速度快,燃烧性能好,但其火花塞附近的热负荷较大,NOx的含量高。敞口型燃烧室挤流强度较弱,火焰传播速度较慢,燃烧性能最差。直口型燃烧室则介于两者之间,既能保证较快的火焰传播速度和较好的燃烧性能,又降低了其火花塞附近的热负荷和NOx的排放量,是较适合天然气发动机采用的燃烧室。     

CO2稀释对生物质燃气燃烧与排放特性的影响

在一台火花点火发动机上,分别进行了CO2稀释对生物质燃气中可燃组分CH4、CO和H2的燃烧及排放性能影响的试验研究。研究结果表明,稀释燃烧能够有效降低NOx排放量;适当的稀释率对发动机的平均有效压力、循环变动以及热效率的影响较小,但过大的稀释率会导致部分燃烧。通过CO2稀释燃烧的手段,可以得到生物质燃气以一定热效率和NOx排放水平为指标的适宜燃料条件范围。     

TY1100柴油机缩口ω形燃烧室与直口ω形燃烧室对比试验分析

通过TY1100柴油机直口ω形燃烧室和缩口ω形燃烧室的对比试验、分析，表明：由于燃烧室的缩口，改变了直口ω形燃烧室的温度场与气流运动场；缩短了滞燃期，改善了预混燃烧，能降低发动机最高燃烧压力，减少压力升高率，抑制燃烧嗓声；并有优良的经济性和排烟洁净性。     

低排放的直喷式柴油机燃烧室形状的研究

针对６１１０直喷式柴油机进气系统和喷油系统的特点,设计了几种缩口燃烧室,研究了燃烧室形状对高压喷射直喷式柴油机性能和排放的影响规律,试验结果表明,缩口燃烧室有利于实现柴油机的动力性,经济性 和排放指标的折衷,特别是创造了氮氧化物排放和微粒排放同时降低的条件;大的底台体积和较长唇部的缩口燃烧室有利于延迟喷油,可以更加有利于氮氧化物和微粒排放的降低,喷油提前角和喷雾锥角决定着燃汪在燃烧室内的落点高度,     

压缩点火天然气发动机工作性能试验

围绕影响单一燃料天然气发动机压缩着火启动、运转和排放特性的相关因素进行了试验研究。设计开发了新型燃烧系统,通过台架试验研究了不同的辅助加热温度、隔热措施、进气温度及EGR对着火燃烧及排放的影响。试验结果表明电热塞温度、进气温度及主副燃烧室之间的通道直径对发动机的着火和起动性有显著的影响;可以实现仅利用电热塞辅助加热即可在常温进气条件下起动发动机。合适的EGR率可以降低HC和NOx排放量,同时可以稳定天然气发动机的燃烧过程。     

燃烧室结构对稀燃天然气发动机性能的影响

阐述了稀燃天然气发动机缸内不同气体运动及其产生机理,分析了缸内气体运动对发动机燃烧过程的影响.针对稀燃天然气发动机的燃烧过程,设计了不同结构形状和尺寸的燃烧室,并分别通过数值模拟和试验方法,就不同结构的燃烧室对天然气发动机性能的影响进行了研究.结果显示,产生湍流强度大的燃烧室燃烧速度快,动力性和经济性较好,而NOx排放量也较大.     

螺旋/切向气道相异气门的缸内气体分层燃烧分析

通过CFD数值模拟,对D19四气门、双进气道发动机进行相异气门的缸内气体分层燃烧分析。研究表明:相异气门可使缸内进气量和涡流比大幅提升;螺旋气道引入方式下的气体,凹坑和燃烧室相对中心区域CO₂分布较多。而切向气道引入方式下的气体,靠近切向气道一侧的CO₂分布较多,围绕燃烧室中心区域的CO₂分布较少;相异气门条件下,发动机排放的Soot和CO大幅减少,NOx略有增加。     

涡流比对NO_x与Soot排放影响的数值模拟

影响直喷式柴油机缸内燃烧过程和排放特性的因素可归纳为3个方面,即进气系统参数、喷油系统参数以及燃烧系统参数。基于某企业开发的6缸直喷式柴油机,以AVL公司的FIRE v8.5为平台,以进气系统参数具有代表性的物理参数涡流比为对象,研究了它对直喷式柴油机排放性能的影响规律。在涡流比从1.0增加到2.6的过程中,随着涡流比的增大,喷雾重叠加剧,并向燃烧室挤流区域集中,燃烧室凹坑内空气利用率变差,不利于柴油机的扩散燃烧,Soot排放增大;在涡流比增大的同时,降低了整个燃烧室的平均温度,使NOx的生成量降低。     

天然气发动机点火室结构优化模拟研究

为改善大缸径稀燃天然气发动机的点火可靠性,在一台缸径为320mm的点火室式天然气发动机上,应用三维CFD软件CONVERGE进行了数值模拟,分析了点火室喷孔个数、锥形喷孔以及中心喷孔对天然气发动机燃烧和排放性能的影响。研究表明:7孔点火室火焰射流分布更为均匀合理,且在功率和排放上都优于原机;锥形喷孔方案有利于提高火焰射流的贯穿距,提高功率和热效率,并降低NOX排放;中心喷孔方案的优化效果与中心喷孔的直径有关,中心喷孔直径为1.5mm和2.5mm时,可以提高发动机功率并降低NO_X排放。     

3105ZD柴油机实现印度排放标准的试验研究

对3105ZD这样标定功率只有33.5 kW的发动机而言,印度排放限值比相应的欧洲STAGEⅢA标准还要苛刻。为使发动机达到印度排放标准,本课题对油嘴凸出量、供油提前角、油嘴孔径、燃烧室等进行了对比及匹配试验,降低了该机的NOx排放,排气烟度也大幅度减小;在优化燃烧的基础上,对颗粒物形成机理及组成进行了分析研究,从减少该机的机油消耗入手,解决了该机颗粒物排放超标的问题,使发动机最终达到了印度G.S.R.448(E)排放标准。     

生物制气-柴油双燃料发动机三维燃烧模拟

以引燃柴油喷雾混合、燃烧化学反应机理、湍流运动、NOx预测模型、初始及边界条件设定和计算网格划分为主要内容,建立了生物制气-柴油双燃料发动机的三维燃烧模型.生物制气由气化炉热解气化各种农林废弃的生物质产生,双燃料发动机由单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机改装,生物制气通入发动机进气管,在进气过程中吸入气缸,由柴油引燃.计算了多个工况双燃料发动机的燃烧过程及NOx排放,并与机刨花热解制气双燃料发动机试验结果进行对比分析.结果表明气缸压力及NOx排放计算结果与试验结果吻合较好.     

柴油机各缸工作不均匀性对Nox排放量的影响

采用高速数据采集系统实测直喷式柴油机气缸压力，通过气缸压力计算分析燃烧放热规律，建立了由放热率预测直喷式柴油机NOx排放的模型，并验证了该模型的精度与准确性。通过实测多缸柴油机各缸压力，利用该模型计算各缸在各工况下的NOx排放，分析了柴油机各缸工作不均匀性对NOx排放的影响。结果表明，多缸机由于各缸压力不均匀，其NOx排放量有一定的差别，气缸压力大，NOx排放量也大；降低柴油机各缸工作不均匀性可降低NOx排放量。     

2100型柴油机采用四角形缩口ω燃烧室燃烧系统的研究

在２１００型柴油机上开发了一种四角形缩口ω燃烧室燃烧系统,利用这种燃烧室的特殊结构可产生较强的挤流和涡流,加快了缸内混合气的形成和燃烧速度。通过延迟喷油定时,减少了预混合燃烧量,降低了ＮＯｘ排放和最大爆发压力。     

车用直喷式柴油机多维燃烧模拟计算与分析

应用AVL公司的FIRE软件,对一台4100型直喷式柴油机的喷雾燃烧过程进行了多维模拟计算,得到了缸内流场变化,温度变化及排放物浓度分布以及示功图等重要信息。通过对柴油机缸内喷雾流场及排放污染物浓度分布情况进行详细分析,得出了油雾在燃烧室的运动情况,在理论上说明了燃烧室底部凸起可以促进缸内油气混合,以及NO和Soot的主要生成区域及生成历程,使在实验中难以观测的现象在模拟计算中得以再现,为进一步改善喷雾状况,提高燃烧过程降低有害排放提供了有力的参考依据。     

燃烧室和喷油器结构对重型柴油机性能与排放的影响

在一台两级增压共轨重型柴油机上,重点研究燃烧室与喷油器结构参数、废气再循环(EGR)参数等因素对燃烧过程、性能和排放特性的影响。数值模拟结果表明,相比原机燃烧室（CR17.5）,CR16.8和CR16.2的缸内混合气湍动能增大,油气混合更为均匀。试验结果表明,相比CR17.5和CR16.2,CR16.8能有效提高燃烧反应速率、缩短燃烧持续期而降低有效燃油消耗率（BSFC）,CR16.2因压缩比降低过大,BSFC最高。综合数值模拟与试验结果发现,大负荷等EGR率时,CR17.5的NOx和碳烟（soot）生成量最高,但最终的碳烟排放量低于CR16.2。CR16.8缸内湍动能最高,NOx 与碳烟之间的折衷关系明显改善。喷油器优化匹配试验结果表明,相比原机直孔喷油器,带倒锥度喷孔且孔径减小的喷油器S4和S5能显著降低碳烟,明显改善NOx与碳烟之间的折衷关系。