天然气发动机缸内燃烧过程的数值模拟

建立了天然气发动机的三维CFD模型,验证了模型的有效性,计算和分析了缸内压力场、流场、温度场和NOx的变化情况.研究结果表明,该模型计算得到的缸内最高爆发压力与实测值较为接近,可以用于天然气发动机的工作过程计算;燃烧过程中火花塞始终处于高温区,天然气发动机设计时应考虑到火花塞周围的充分冷却:天然气发动机采用稀燃技术,大大减少了NOx的生成.     

复合供气压燃式天然气发动机的燃烧过程

根据分层燃烧的理论,设计了分隔室复合供气式压燃天然气发动机。采用化学动力学与CFD耦合的方法,对该发动机在复合供气方式下的着火和燃烧机理进行了模拟计算。结果表明,复合供气模式下由于在主、副燃烧室中可形成较明显的温度分层和浓度分层,实现了分层燃烧方式,获得了较宽的运行范围,平均指示压力达到0.63MPa,比进气道供气模式约高50%。     

不同掺氢比天然气发动机的燃烧排放特性

在电控喷射、火花点火的增压发动机上进行了掺氢比(氢气占混合气的体积分数)为0～50%HCNG混合气的固定工况试验.又通过改变点火提前角和当量空燃比,找出不同掺氢比混合燃料的最佳点火提前角和稀燃极限.试验结果表明:HCNG发动机最佳点火提前角随掺氢比的增加而减小,指示热效率则随掺氢比的增加而增加;稀燃极限随掺氢比的增加而增加;燃烧持续期随掺氢比的增加而减少,着火延迟期随掺氢比的增加而减少;随着掺氢比的增加,Nox和CO排放量升高,CH4排放量降低.     

CA6102型汽油和天然气发动机燃烧过程模拟计算及爆震预测

将计算焰前反应的化学动力学模型、燃烧模型及紊流火焰传播模型相结合,建立了燃料焰前反应的化学动力学模型和点火式天然气发动机和汽油机双区燃烧模型。用该模型能较好地模拟机的燃烧过程,并能实现爆震预测,用此模型对ＣＡ６１０２型发动机燃用天然气和汽油分别进行模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好。     

喷射器位置对天然气发动机燃烧特性的影响

以高压直喷天然气发动机为研究对象,借助计算流体仿真软件CONVERGE探究高负荷下喷射器布置对缸内燃烧及排放特性的影响.每种燃料(柴油和天然气)分别通过2个独立喷射器实现缸内高压直喷,设计了中心对称和左右对称两种布局方式,并基于每种布置开展喷射器距离对发动机性能的影响研究.结果表明:喷射器距离影响柴油火核与射流区的相对...     

电控喷射天然气发动机热面点火燃烧系统

针对天然气均质压燃过程中存在起动困难和燃烧敲缸的问题,设计开发了天然气分层充气热面点火燃烧系统.试验研究表明,采用低压供气方式有利于燃烧系统实现着火起动.适当减小通道直径、增加高压供气比例及减小高压供气定时有利于促进缸内混合气的浓度分层,实现主副燃烧室的两级燃烧,有效抑制了燃烧敲缸.镶块通道直径8 mm、1200 r/min时可达到相同转速下原机功率的83%,1 400 r/min时可达到相同转速下原机功率的73%,同时Nox排放较直喷压燃式天然气机有所降低.     

进气相位对天然气转子发动机流场和燃烧过程的影响

转子发动机进气相位的改变不仅改变了进气效率,而且对缸内流场以及燃烧过程都产生很大的影响。基于FLUENT软件,通过编程实现了相应的三维动网格模型,添加了合适的湍流模型、燃烧模型、CHEMKIN化学反应机理,建立了基于化学反应动力学的三维动态数值模拟模型,并通过已有实验数据对比验证了模型的可靠性。在此基础上,对不同进气相位的周边进气天然气转子发动机的工作过程进行了数值模拟。计算结果表明:在进气持续期不变的情况下,随着进气开启角的提前,缸内涡团和旋流的强度、充量系数都不断增加,点火位置处的流场湍流度不断增加。火花塞点火后其附近的流场湍流度增加可以大幅度提高燃烧速率,但燃烧行程的整体燃烧速率不是一直随着进气开启角的提前而增大。相同进气持续期下,进气开启角为407°时,火焰传播速度最大,缸内示功图最好,同时NO生成量也最大。     

燃烧室结构对天然气发动机燃烧过程的影响

为了研究燃烧室结构对天然气发动机燃烧过程的影响,模拟了浅盆形和涡流室式燃烧室结构的天然气发动机的进气、压缩及燃烧过程。给出了2种不同结构燃烧室的燃烧持续期、燃烧过程中缸内气流运动、火焰前锋面位置等,并对2种燃烧室进行了试验对比。模拟计算及试验结果表明,通过涡流室喷孔的约束作用,可以改善已燃气体和未燃气体之间的传热传质模式,提高火焰传播速度。     

配气相位对天然气发动机燃烧和排放的影响

对改装为火花点火式天然气发动机的柴油机配气机构的配气相位进行了优化设计,并在发动机台架上进行了对比试验,研究了配气相位对发动机燃烧及排放的影响.试验结果表明:随着气门重叠角的减小,HC和NOx排放量有所降低,但高转速时过小的气门重叠角,不利于HC排放量的降低;气门重叠角的减小使得缸内可燃气体浓度降低,在抑制NOx生成的同时,也损失了部分功率,因而在降低有害排放的同时,还要兼顾动力性;随着转速的升高,要适当增大点火提前角,以保证其动力性,避免后燃,降低排温.     

配气相位对天然气发动机燃烧和排放的影

对改装为火花点火式天然气发动机的柴油机配气机构的配气相位进行了优化设计,并在发动机台架上进行了对比试验,研究了配气相位对发动机燃烧及排放的影响。试验结果表明：随着气门重叠角的减小,HC和NOx排放量有所降低,但高转速时过小的气门重叠角,不利于HC排放量的降低;气门重叠角的减小使得缸内可燃气体浓度降低,在抑制NOx生成的同时,也损失了部分功率,因而在降低有害排放的同时,还要兼顾动力性;随着转速的升高,要适当增大点火提前角,以保证其动力性,避免后燃,降低排温。     

燃气发动机调速控制与试验

将神经网络与PID控制器相结合,构成了神经网络非线性PID（NNXPID）控制器。将该方法应用到发动机转速控制中,测试了发动机的转速阶跃变化工况、热机启动工况以及负荷突加工况,结果显示NNXPID既具有PID拉制器结构简单、参数物理意义明确、稳态性能良好的优点,又具有神经网络自学习、自适应的能力,还具有模糊控制的快速响应、智能调节的功能。NNXPID控制下的燃气发动机的稳定调速率小于5％,转速波动率小于0．5％,突加负荷瞬时调速率小于10％,稳定时间小于5S,具有很好的动态和静态性能。     

天然气HCCI发动机燃烧和排放的CFD研究

利用耦合详细化学反应机理的CFD软件FLUENT对天然气HCC I发动机的燃烧和排放物的生成过程进行了模拟计算,计算的缸内压力和温度与实验值有较好的一致性。计算结果表明,狭缝是缸内碳氢(HC)和一氧化碳(CO)排放的主要来源。HC主要由燃料本身组成;CO和甲醛有相似的生成及分布规律。天然气HCC I稀薄燃烧可以得到极低的NOx排放。     

燃烧室几何形状对柴油机燃烧过程影响的研究

为研究燃烧室几何形状对柴油机缸内混合气形成状况及燃烧质量的影响。应用CFD软件F ire对三种不同几何形状的燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟,并比较了燃烧室内速度场、燃油浓度场和温度场在不同曲轴转角时的分布情况。计算结果表明燃烧室几何形状会影响缸内的速度场和燃油分布,从而影响混合气的形成、燃烧的进行、温度场的分布和NO的生成。计算结果为柴油机的改进和优化提供了依据。     

压燃式天然气发动机的技术现状及展望

综述了近几年国外在天然气压缩燃烧方面的研究成果,分别从燃烧系统组成、燃烧性能、优点、存在问题等方面对均质混合压缩燃烧和非均质混合压缩燃烧两种方式天然气发动机进行了分析,在此基础上展望了各种形式的压燃天然气发动机的应用前景。     

点火能量对CNG低压直喷发动机燃烧特性的影响

研制了一套可变能量的高能点火系统。利用该系统研究了点火能量对低压缸内直喷天然气发动机燃烧特性的影响。研究结果表明,增大点火能量,有助于改善低压缸内直喷天然气发动机的燃烧过程,加快火核的形成和初期火焰的发展,提高燃烧稳定性,但当点火能量增大到一定值后,继续增大点火能量对发动机燃烧性能的改善作用不再明显。