车用汽油机缸内直喷技术的研究现状与展望

从汽油机的混合气形成与调节、燃油喷射、燃烧系统3方面对车用汽油机缸内直接喷射技术的发展及新技术进行了概述。车用汽油机缸内直接喷射技术有很大的发展潜力，将得到更大发展并取代目前的进气道直接喷射方式。通过对排放、积炭、催化器及燃油喷射系统等问题的分析和探讨，提出了缸内直接喷射式汽油机进一步发展的方向和建议。     

影响国产发动机技术提高的原因

清华大学的欧阳明高教授曾经指出了当前发动机的一些先进技术。就汽油机而言,新技术包括缸内直喷技术、电动进气门、电动节气门等技术;柴油机技术就更多了,像共轨技术、可变涡轮增压技术、废气再循环技术等等,但是这类技术迟迟没有来到中国。国产发动机要生存并发展,技术必须提高。影响国产发动机技术提高的原因是:     

点火定时对缸内直喷汽油机燃烧及颗粒物排放的影响

采用燃烧分析仪和DMS500型快速颗粒取样分析仪,在一台缸内直喷汽油机上进行了点火定时对燃烧过程和颗粒物排放影响的试验研究.结果表明:随着点火定时的不断延迟,火焰发展期逐渐缩短,快速燃烧期逐渐增大,缸内压力峰值逐渐下降,瞬时放热率峰值和缸内最高燃烧温度均逐渐降低且后移,放热过程迟缓,膨胀行程缸内温度逐渐升高.缸内直喷汽油机排气颗粒物排放呈包括核态和积聚态颗粒物的双峰分布;随点火定时的推迟,核态和积聚态颗粒物峰值数密度均逐渐降低,颗粒物总数量浓度逐渐降低,积聚态颗粒物峰值粒径逐渐减小,而核态颗粒物峰值粒径受点火定时的影响较小.     

燃烧室和喷嘴对均质混合气形成的影响

利用KIVA-3V程序模拟了柴油机早喷形成均质混合气的浓度场和温度场。模拟计算表明,利用早喷可以形成分层均质混合气;使用多孔喷嘴是混合气碰壁造成偏浓的主要原因,活塞形状对分层均质混合气的形成影响不大;使用单孔喷嘴垂直喷射,能形成理想的分层均质混合气,因为在气缸壁附近形成一层很稀的混合气,它将较浓混合气与气缸壁“隔离”起来,避免燃油碰壁。     

温度对柴油和二甲醚喷射系统性能的影响

针对普通油泵-油管-油嘴燃油系统,建立了喷射系统的数学模型.对不同温度下柴油和二甲醚喷射系统性能进行了数值模拟.研究表明:在相同温度下,二甲醚喷嘴压力的上升和下降速率、压力峰值都比柴油低,20℃时二甲醚较柴油下降51.1%,50℃时较柴油下降45.2%,喷射速度和累积喷油量均远低于柴油,针阀开启时刻较柴油明显延后;在最大速度点,20℃和50℃时二甲醚分别较柴油下降38.8%和36.8%.随着温度的升高,柴油和二甲醚的喷嘴压力、喷射速度下降,针阀开启时刻延迟,且柴油的索特平均直径明显减小.     

LPG转子发动机缸内燃烧影响因素研究

建立了转子发动机的计算模型,结合自编程序在CFD软件上对转子发动机的燃烧过程进行了二维动态数值模拟,并利用实验结果进行了验证。在此基础上,计算得出缸内直喷LPG转子发动机燃烧演变过程,分析了喷嘴在3个不同位置时发动机的燃烧特性,由此确定了喷嘴安装的最佳位置,并进一步研究了该情况下喷油时刻和喷油持续期对转子发动机燃烧过程的影响。研究结果表明:在转速一定,给定喷射方向、喷射持续期和喷雾锥角时,发动机存在一个最佳喷射提前角,能使燃烧室内混合气分布合理,气缸压力峰值高,最大放热率和最大压力升高率高,燃烧持续时间短,发动机热效率高。当喷嘴位于长轴顶点时,燃烧稳定性和持续性都比其他两个位置更好,最佳喷射提前角对应的燃烧压力峰值最高;若在此最佳喷射提前角下,保持其他条件不变,改变其喷射持续期,会使最高燃烧压力和最大放热率出现一定的降低,但影响不大,其燃烧特性仍然比较理想,气缸压力峰值能达到6 MPa以上。     

喷射持续期对大功率气体机影响规律分析

研究了大功率气体机采用进气道多点顺序喷射方式时,喷射持续期对缸内混合气形成及燃烧性能的影响规律。通过数值解析的方法研究了采用单管结构及双管结构进气对混合气形成过程的影响,在此基础上确定了采用双管结构喷射燃气。在发动机标定工况,保证其它条件一致的条件下,通过数值解析及燃烧测试分析的方法对比了5种不同喷射持续期对缸内混合气形成及循环变动率的影响规律。这5种喷射持续期的喷射起始时刻均为进气上止点后40°,此时排气门接近全关,不存在燃气直接进入排气管的情况;另外活塞运动速度快,进气具有较强的扰动能量,有助于促进燃气与空气的混合。数值解析及实验测试结果表明,对于研究用发动机在实验工况下,当喷射持续期从5 ms增加到10 ms时,由于能够充分利用进气扰动的能量改善混合气的形成,有效降低了循环变动率;随着喷射持续期的继续增加,当喷射持续期为12 ms或15 ms时,后期喷射的燃气由于此时进气流速降低无法进入缸内,部分燃气滞留进气道,减少了可燃混合气的燃气,形成的混合气偏稀,反而不利于缸内燃烧过程的进行。     

谈汽油机可燃混合气的形成与燃烧过程

气缸内的可燃混合气通过火花塞点火燃烧,使气缸内气体的压力、温度急剧升高,为膨胀做功积聚能量。在燃烧过程中,燃料的燃烧是否正常,与混合气的浓度有很大关系,只有燃料正常的燃烧,才能在燃烧进程位于上止点附近最大限度的提高缸内气体的压力和温度,燃料燃烧的是否完全、最高压力点的位置、压力增长率是否合适,对发动机性能有很大的影响。     

温度对柴油和二甲醚喷射系统性能的影

针对普通油泵—油管—油嘴燃油系统,建立了喷射系统的数学模型。对不同温度下柴油和二甲醚喷射系统性能进行了数值模拟。研究表明：在相同温度下,二甲醚喷嘴压力的上升和下降速率、压力峰值都比柴油低,20℃时二甲醚较柴油下降51.1%,50℃时较柴油下降45.2%,喷射速度和累积喷油量均远低于柴油,针阀开启时刻较柴油明显延后;在最大速度点,20℃和50℃时二甲醚分别较柴油下降38.8%和36.8%。随着温度的升高,柴油和二甲醚的喷嘴压力、喷射速度下降,针阀开启时刻延迟,且柴油的索特平均直径明显减小。     

湟水北干引水隧洞喷射混凝土厚度的研究

对喷射混凝土的作用效果及机理进行了分析,通过研究喷射混凝土厚度与围岩变形、应力和塑性破坏的关系,提出了适宜的喷射厚度和合理的施工措施:在保证工程质量和经济合理的条件下,对V类浅埋洞径3~4 m的引水隧洞喷射3~5 cm喷混凝土作为临时支护即可满足工程和经济的要求。     

不同安放角度对污水搅拌器水力特性的影响

为深入对比污水处理池中搅拌器不同安放角度对其水力特性的影响,文中基于Fluent对搅拌器在不同安放角度下的水力特性进行数值模拟,得出适合搅拌器工作的较优工况.利用标准k-ε湍流模型及SIMPLEC算法对不同工况进行模拟,对比相应的流速分布和搅拌器中心所在平面的速度分量.结果表明:当搅拌器安放角度为-15°时,处理池内平...     

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。     

喷油器参数对柴油机混合气形成和燃烧的影响-基于FIRE三维数值模拟

应用三维CFD软件AVL FIRE,对1台3105柴油机的喷雾与燃烧过程进行了数值模拟.通过缸内流场分析和浓度分析,研究了喷孔夹角、喷孔数对混合气形成和燃烧过程的影响.计算结果表明,喷孔夹角和喷孔数将影响到燃烧室内的气流运动、燃油的分布和混合,进而影响燃烧过程.     

污水搅拌器摆放角度对流场性能影响

针对搅拌器摆放角度不合理、污水处理池内液体能耗过大造成的底部流速较低等问题,基于Fluent对搅拌器在不同摆放角度下的流场进行数值模拟,以优化设计、减少污泥沉淀.通过UG建立三维实体模型并进行四面体网格划分,利用标准k-ε湍流模型以及 SIMPLEC 算法对处理池进行模拟.在改变搅拌器摆放角度的情况下,对比处理池内的流速分布情况和平均速度大小,得出不同摆放角度对搅拌器推流搅拌效果的影响;同时还对流场中旋涡结构与搅拌能耗的关系进行了研究.结果表明:摆放角度为50°时,底部截面平均流速最大提高17.6%,体平均流速可提高6%,最大降低底部死区率12%,推流搅拌效果最佳.同时,搅拌效果也受旋涡结构影响,旋涡数量越少,单个旋涡尺度越大,旋涡能耗越低,流态越平稳,推流搅拌效果越好.可以通过改变搅拌器摆放角度,改善内部流态,减少污泥沉淀现象,降低旋涡能耗,达到改善推流搅拌效果的目的.     

立式自吸泵环形喷射孔比面积对其性能的影响

为了研究环形引流喷射对立式自吸泵性能的影响,以350WFB-1200-50型立式自吸泵为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型和Zwart空化模型对不同环形喷射孔比面积下的立式自吸泵进行全流场数值计算.结果表明:环形引流喷射可明显提升叶轮进口压力,能有效改善泵的空化性能;引流流量会使叶轮进口处速度增大,导致泵的必需空化余量NPSHR增大,使泵的空化性能有所恶化;两者的共同作用下,泵的空化性能呈先变好后变差的趋势;随着环形喷射孔比面积k的增大,压水室出口处的泄漏量增大,导致泵的容积损失增大;泄漏流使压水室出口处产生较多旋涡,且射流对叶轮进口流线产生排挤,对主流造成较大影响,使泵的扬程和效率呈下降趋势;当环形喷射孔比面积k=0.25时,泵的汽蚀余量最小,相比于原模型,泵汽蚀余量减小了23%,扬程下降了2.1%,效率下降了2.5%.研究结果可为立式自吸泵优化设计提供一定参考.     

GDI汽油机燃烧过程数值模拟

<正>1引言燃烧系统是GDI汽油机开发的关键技术之一。本文应用AVL-FIRE CFD软件对某型GDI汽油机全负荷工况燃烧过程进行三维瞬态数值模拟,帮助理解GDI燃烧过程控制规律,从而为优化GDI汽油机燃烧系统提供参考。2发动机基本参数本文研究对象为某型GDI汽油机,部分参数如表1。     

鲜杏无水清洗喷嘴收口角度的仿真研究

为确定适用于鲜杏无水清洗喷嘴的最优收口角度,利用FLUENT软件分别对收口角度为1°,2°,…,30°的柱锥形喷嘴进行数值模拟分析,确定了相同的无水清洗喷嘴工作截面,并以鲜杏物料特性和喷嘴外流场特性作为喷嘴最优收口角度参考依据。结果表明:外流场气流速度随着收口角度的增大而增强;入口速度为80m/s,当收口角度超过30°时,无水清洗工作截面的气流速度超过鲜杏表皮所能承受最大速度;收口角度为15°时,工作截面平均气流速度可达32.35m/s、有效清洗宽度为70mm,且其速度不均匀系数最小。故本文鲜杏无水清洗喷嘴的最优收口角度为15°。本研究可为鲜杏无水清洗喷嘴的结构设计提供一种参考。     

电控汽油机燃油喷射匹配的试验研究

根据发动机不同工况下空燃比的控制目标及工作过程的特点，提出了不同的喷油脉谱(MAP)匹配试验方法。利用该方法获取了465QA型电控汽油机的喷油MAP图，用它控制发动机的运行，并进行了台架性能试验。试验结果表明，发动机的动力性、经济性及排放性能均得到明显改善。     

直喷汽油机多孔喷油器喷嘴内部流动数值模拟

采用双流体法应用线性空化模型对某直喷汽油机多孔喷油器喷嘴内部流动形态进行模拟,分析了喷嘴内空化流动发展规律,总结并比较了几种判断空化流动的方法.模拟结果表明:在喷孔内及针阀开启关闭时与阀座缝隙间均发现有空化现象;空化形态不稳定,随时间变化;空化造成喷嘴流量减小流速增大,各孔流量亦产生差异;临界空化数可以有效预测空化现象;GDI多孔喷嘴仅在喷射压力很小而喷射背压很大的分层燃烧方式下有可能不空化.     

基于CFD的底部上翘角度对直管式出水流道水流性能的影响研究

为优化直管式出水流道的设计型式,以通吕运河大型低扬程泵站为例,建立几何比尺为11的三维泵装置模型,选用六面体结构化网格划分计算域,并进行全流道定常数值计算,探究了不同底部上翘角度对直管式出水流道水流性能的影响。结果表明,底部水平时,直管式出水流道水流性能一般,对内流流动的调整作用不明显;随着底部上翘角度的增大,出水流道水力性能呈先优后劣的变化趋势,存在水力性能最优的阈值角度,为1.5°;当底部上翘角度为阈值角度时,出水流道前段的涡通量降幅明显,后段流速均匀度最高。不同的底部上翘角度对直管式出水流道的水流性能有着较大影响,采用合适的底部上翘角度能够提高出水流道的水力性能,增强对水流的调整作用。研究成果为直管式出水流道的水力设计提供了一定的参考。