内燃机歧管多分支动量守恒边界模型研究

为了实现歧管分支模型对于不同分支数的适用性,推导建立了多分支动量守恒边界模型。首先,在连续性方程和能量方程基础上,考虑到分支结构和流动参数影响造成工质流经多分支接头时动量变化,建立了适用于任意分支数的多分支动量守恒边界模型;而后建立激波管测试算例,对比分析传统的等压模型、压力损失模型及动量守恒模型等不同多分支模型的计算精度及计算效率;最后针对某型号高功率密度内燃机建立整机循环仿真模型,对比等压模型和动量守恒模型对整机性能的预测精度。结果表明:在考虑模型压缩性和通用性的基础上,对平衡计算精度和计算效率,新建立的动量守恒模型具有较好的综合优势;对于某型高功率密度内燃机,传统的等压模型在标定转速工况内燃机性能预测最大误差为7.58%,采用动量守恒模型后最大误差为2.47%,预测精度得到大幅提高。     

基于试验拟合的低速二冲程柴油机放热率经验模型研究

针对某Tier Ⅲ船用低速二冲程柴油机,开展了负荷、EGR率及喷油参数对放热率及其特征参数的影响研究。研究表明:负荷和轨压是影响燃烧始点的主要因素,负荷、轨压升高使燃烧始点提前;轨压升高及喷油正时提前使CA50提前,指示热效率升高;小EGR率对燃烧过程影响不大,EGR率高于26%后会显著推迟CA50,增大燃烧持续期,降低指示热效率。基于实测放热率对三韦伯函数参数进行了研究,获得了多因素对经验放热模型的作用规律,得到了适用于低速机的经验放热率模型。     

基于EGR的二冲程柴油机排放模式切换瞬态过程研究

针对船用低速二冲程柴油机为满足TierⅢ排放法规要求,采用EGR技术导致压气机运行点接近喘振线的问题,引入进排气旁通技术。建立了带EGR与进排气旁通的瞬态仿真系统,模拟分析TierⅢ和TierⅡ模式切换过程。分析结果表明:合理选择切换顺序及延迟时间可避免切换过程中发生气体倒流,维持增压压力稳定。并得到了不同负荷下阀门的最佳切换控制策略。     

船用低速柴油机贯入式排气管性能及损失机理研究

采用三维计算流体力学方法(CFD)对某型低速船用柴油机的贯入式排气管系统开展性能预测及流动损失机理研究。研究结果表明:支管相对贯入深度及其末端扩张角对管路系统压力损失系数有显著影响,损失随贯入深度增加逐渐降低,但存在损失最小的最佳扩张角;流场分析显示,支管内气流与总管壁面相互作用形成的涡结构是支管几何结构影响流动损失的主要原因。     

大小涡轮三阶段相继增压系统性能试验研究

对某型柴油机采用两台不同尺寸涡轮增压器的三阶段相继增压系统的性能进行了试验研究。对柴油机只采用小增压器、只采用大增压器和同时采用大小2台增压器并联3种不同增压方式进行了全工况试验,并通过对试验结果的比较和分析提出了大小涡轮三阶段相继增压系统方案,确定了以燃油经济性最优为原则的切换边界。之后,对大小涡轮三阶段相继增压方案进行了试验,试验结果表明其性能比原机有较大的改善,尤其是在低速大负荷工况,燃油消耗率最高降低约7.1%,碳烟排放最高降低达70.2%,涡前排温最高降低近12.6%。     

不同进气条件相继增压控制策略的仿真研究

根据结构参数和试验数据建立相继增压系统仿真模型。通过试验与计算结果的对比验证该模型,并采用该模型对相继增压控制策略进行研究。根据试验与计算结果确定相继增压的切换策略为切入压气机的打开或关闭应该晚于涡轮的打开或关闭,避免了压气机的喘振及增压空气由进气管向压气机倒流。压气机延迟打开时间随环境压力的降低而升高,随环境温度的降低而降低,压气机延迟关闭时间随环境压力和温度的降低而降低。高原与标准环境相比,延迟打开时间变长,延迟关闭时间变短。     

甲醇燃料低速机性能仿真研究北大核心CSCD

基于某型低速柴油机,利用CONVERGE仿真软件建立了柴油模式缸内燃烧模型,并根据试验数据进行了燃烧模型标定。在标定的柴油模式缸内燃烧模型的基础上,将3个甲醇喷射器和3个引燃柴油喷射器安装在缸盖上,每个甲醇喷射器与引燃柴油喷射器成30°夹角安装,开展了柴油引燃甲醇燃烧模式缸内燃烧模拟,在100%负荷下研究了甲醇喷射器喷孔大小、引燃柴油喷射正时对发动机着火及燃烧过程的影响及与原柴油模式的对比。研究表明:甲醇喷射持续期为25°时,可以得到与原柴油机相近的缸内峰值压力水平;甲醇喷射正时不变的情况下随着引燃油喷射正时的提前角减小,发动机整体性能呈下降趋势,但下降幅度较小。     

船用低速二冲程柴油机机电复合增压技术影响机制研究

基于一维数值仿真方法对某型船用低速二冲程柴油机展开机电复合增压技术的电机/发电机功率影响机制研究。研究结果表明:涡轮和压气机的效率是影响机电复合增压柴油机综合效率的关键因素；调节电机/发电机功率可以推动涡轮和压气机的运行工况点向最佳效率圈迁移，从而提高柴油机综合效率；通过应用机电复合增压技术可实现该机型全工况综合油耗降低0.5%~2.1%。     

可变扫气口对低速机性能优化作用的仿真研究

为了进一步提高低速机热效率,基于一台500 mm缸径的低速机的热力学仿真模型,研究了可变扫气口技术提升低速机热效率的潜力。计算了对称可变扫气口结构和非对称可变扫气口结构在不同发动机负荷、不同扫气口高度下的有效燃油消耗率、排气流量、排气温度等参数。在保证同样的NO x排放水平下,可变扫气口技术能有效提升低速机热效率,油耗最多可降低约4.3 g/(kW·h)。此外对带有选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统的主机,可变扫气口使SCR主机排气流量减小,排气温度升高,有利于SCR系统的紧凑性设计和降低SCR系统的成本。     

高增压船用柴油机低负荷降低涡轮前排气温度的方案研究

采用仿真和试验相结合的方法,研究高增压船用柴油机推进特性低负荷降低涡轮前排气温度的方案。通过仿真计算发现,由于受活塞和气门型线的限制,进/排气门正时优化的改善效果不明显;而进/排气旁通可大幅降低涡轮前排气温度,同时改善低负荷下的油耗。进/排气旁通系统在柴油机的试验测试表明其能够大幅降低涡轮前排气温度,最多可达120℃。