激光诊断技术在内燃机研究中的应用及其分析

论述了在内燃机缸内速度测量、喷雾粒子粒度测量及燃烧过程温度和组分浓度测量中常用的激光诊断技术和测试方法,并对其工作原理、适用范围与场合、优缺点等进行了比较和分析。相位多谱勒粒子测速(PDPA)技术比较适合于单点速度、粒子尺寸及其分布的测量;粒子图像测速(PIV)技术适合于缸内二维平面速度场的测量;激光全息术是分析喷雾特性的有效途径和测量喷雾液滴尺寸的标准方法;平面激光诱导荧光(PLIF)法已成为喷雾、燃烧过程组分浓度及火焰结构研究的重要工具。     

增压中冷柴油机EGR系统文丘里管的设计与试验

针对柴油机在低速、大负荷工况下引入EGR（exhaust gas recirculation）气体困难的实际情况,该文采用在中冷器后安装一个文丘里管的方法提高对EGR的引射能力。通过计算初步确定了文丘里管的喉口直径,并设计了3种不同结构尺寸的文丘里管,进行了相关试验。试验结果表明,随着发动机转速的提高,气体流量增加,文丘里管的降压作用增强;EGR阀前与文丘里管喉口的压差随着发动机转速先减小后增加,在1 100到1 600 r/min转速范围内,该压差为负值,不利于引入EGR气体;在2 200 r/min时,随着发动机负荷的增加,EGR阀前压力始终大于文丘里管前压力,即使没有文丘里管,发动机也可以顺利引入EGR,但二者压差随着负荷的增加而减小,导致高负荷时EGR率降低;文丘里管的降压作用随发动机负荷的增加而增加,EGR引射能力随负荷的变化不明显;在试验负荷范围内,文丘里管前后的压力损失始终大于5 kPa;在2 200 r/min时,3种喉口直径的文丘里管的EGR引射能力随着负荷的增加均有增强的趋势,但直径较小的文丘里管EGR阀前与喉口压差较大,容易实现较高的EGR率;但在1 600 r/min时,3种文丘里管的EGR引射能力均随着负荷的增加而减小;当扭矩超过470 N·m时,随着文丘里管喉口直径的增加,EGR阀前与文丘里管喉口压差逐渐降低,引入EGR气体的难度逐渐增加。研究结果可为增压中冷柴油机废气再循环系统文丘里管的设计和应用提供参考。     

出油阀结构参数对小型柴油机喷油量影响的研究

通过改变喷油泵出油阀结构、开启压力、出油阀紧帽腔容积等参数，借助AC1850－12位实时高速A／D采集卡、图像采集卡、微型计算机等测试设备，对喷油系统进行了试验研究，得出了出油阀结构等参数对喷油泵喷油量的影响规律。     

非道路用柴油机降低NO_x排放的试验及数值模拟研究

采用并联式布置文丘里管实现非道路用柴油机废气再循环(EGR),从而降低NOx的排放,并利用GT-POWER软件建立相应的数学模型,模拟喷油提前角和文丘里管系统的旁通阀开闭情况对柴油机放热率和NOx排放的影响。试验和模拟结果表明,在非道路用柴油机上以并联式布置文丘里管后,其排放值能满足欧ⅢA标准;在大负荷开启文丘里管系统的旁通阀时,进气量有所增加,缸压增加,而NOx排放变化不大;在中小负荷开启文丘里管系统的旁通阀时,缸压增加但NOx排放也增加,此时适当推迟喷油能得到缸压和NOx排放的双重改善。     

包含PAH的正庚烷燃烧简化机理

对W ang和Frenklach提出的乙炔和乙烯燃烧详细化学反应机理(包含99种组分,527个反应)进行敏感性分析,提取其中影响PAH生成的重要反应,加入到天津大学内燃机国家重点实验室提出的正庚烷燃烧简化机理(SKLE)中,创建了一个新的包含PAH的正庚烷燃烧简化机理(包含65种组分,79个反应)。模拟结果与美国Curran H.J等人提出的正庚烷燃烧详细反应机理(包含544种组分,2 446个反应)吻合得很好。表明新机理能精确的反映正庚烷的燃烧特性,同时为预测PAH的生成提供参考依据。     

“限流沿”形状与位置对柴油喷雾平板撞壁射流影响的研究

采用标准κ-ε湍流模型及PISO算法对平板上设置BUMP的柴油喷雾撞壁混合过程进行了模拟计算，并与用片状激光诱导荧光(PLIF)法取得的试验结果进行了对比，二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明，撞壁射流在遇到“限流沿”(BUMP)后会剥离壁面，形成二次空间射流，减少壁面燃油堆积量，且随二次撞壁距离增大，在BUMP和射流撞壁点之间的厚度大约为1～2 mm的燃油高浓度区的面积逐渐增大。计算结果还表明，在平壁上设置BUMP后，在二次射流附近的低压区逐渐形成一个卷吸空气的“双涡结构”，此“双涡结构”对形成稀混合气有重要作用。BUMP的形状不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同，在实际应用中应对其进行优化和合理匹配。     

新型定容燃烧喷雾模拟实验装置的开发及应用

研制成功了一种无需将燃烧弹壳体加热到高温，只需点燃可控预充可燃混合气即可模拟现代柴油机喷油时缸内高温、高压、高密度工作环境下高压燃油喷射特性及油束撞壁混合过程的定容燃烧喷雾模拟实验装置。此装置可以采用平面激光诱导荧光法(PLIF)等多种光学方法对柴油喷雾油束特性及油束撞壁混合过程进行测量。经实验验证，此装置可以模拟实际发动机高达6.5 MPa、1000 K的缸内高压、高温工作环境，并给出了模拟不同压力和温度时预充气组分各分压的理论计算方法及实验所得的压力—时间曲线，为测量现代柴油机的喷雾特性及油束撞壁混合过程提供了必要的条件。