燃烧室几何形状对某高功率密度柴油机燃烧特性的研究

针对某高功率密度柴油机的燃烧过程进行了仿真计算,设计了三种燃烧室方案进行对比,研究了燃烧室深度和缩口直径对温度、放热率,排放、湍动能以及微观速度场的影响规律。对比结果表明,燃烧室几何形状影响缸内气流分布,A型在缩口处容易产生热负荷,排放高,C型缩口较小,缸内气流运动较弱,放热速率小,Soot排放较高,确定了型为NOB合理的燃烧室形状,为高功率密度柴油机的优化设计提供了参考。     

应用正交设计法优化大功率柴油机燃烧系统的多维仿真研究

应用正交设计法对大功率柴油机燃烧系统参数进行了多维仿真优化研究,综合考虑了柴油机的进气系统、喷油系统和燃烧室形状等参数,并通过方差分析得出了单因素和交互作用对柴油机动力性的影响规律.研究结果表明:正交设计法可以用于大功率柴油机燃烧系统优化匹配的多维仿真研究,使柴油机的动力性大幅度提高;从燃烧室廓形中提取出的3个参数(喉口半径、锥台角度和凹坑半径)可以作为燃烧室设计的特征参数;以动力性为优化目标时,喷孔数与涡流比的交互作用影响最大,涡流比、油束夹角与锥台角度的交互作用,喷油压力与喉口半径的交互作用的影响次之,喷孔数有一定的影响;最后得出各种交互作用的匹配关系及其对柴油机动力性的影响.     

活塞燃烧室结构对高负荷柴油机经济性和排放的影响

针对某高负荷柴油机开展了燃烧室结构设计与柴油机性能关联因素的研究.研究过程中,燃烧室高度和容积保持恒定,燃烧室凸台高度、锥度和喉口直径作为设计与评价变量.研究的三种燃烧室结构包括:标准燃烧室(A);增加凸台高度并且喉口采用敞口形式的燃烧室(B);具有与标准燃烧室相同凸台高度但减少了锥度并且喉口采用敞口形式的燃烧室(C).对该三种燃烧室进行了数值模拟计算与柴油机实验对比工作.研究表明,具有较高凸台且喉口采用敞口形式的燃烧室促进了燃料与空气的混合,提高了柴油机的经济性,有效降低了柴油机排放.     

基于响应面法的高强化柴油机燃烧系统多参数多目标优化匹配研究

通过引入一种新的优化方法———响应面法,对高强化柴油机燃烧系统进行多参数多目标优化匹配研究。基于有限数量的CFD三维仿真结果,构建了以燃烧室喉口半径、涡流比和喷孔数为输入参数及功率和最高燃烧压力为输出结果的响应面函数,并通过其进行各参数对性能影响的显著性检验和降维分析。基于所得响应面函数进行多参数全局寻优,得到3种具有不同特点的优化方案并与原方案进行缸内微观过程的对比分析。研究结果表明:对于所研究的机型,在喷油压力及喷孔流通面积恒定的情况下,燃烧室喉口半径与喷孔数的匹配和燃烧室喉口半径与涡流比的匹配分别是对功率和最高燃烧压力的主要影响因素;随着喷孔数的增加,功率对涡流比和燃烧室喉口半径的敏感程度逐渐减小,最高燃烧压力对燃烧室喉口半径的敏感程度逐渐增加;在所得的3种优化方案中,10孔和8孔方案可分别单独显著改善功率和最高燃烧压力指标,9孔方案可同时小幅度改善功率和最高燃烧压力指标。     

基于CFD数值模拟的柴油机性能研究

为研究燃烧室结构对柴油机性能的影响,利用CFD程序对不同缩口直径和深度的燃烧室内的气流特性、喷雾特性、燃烧特性以及排放特性进行数值模拟。结果表明,柴油机的性能与燃烧室的结构形状关系密切。缩口直径较小,燃烧室深度较深的燃烧室3能形成良好的气流特性,燃烧室内滚流强度保持较好,喷雾油粒的索特平均直径小,雾化效果较好,缸内平均温度和平均压力值较大,NO生成量最高,所以其排放特性仍需改善。研究结果为燃烧室的设计提供了依据,便于柴油机的各种性能均能达到良好的水平。     

基于米勒循环发动机的缸内流动优化

采用三维计算流体力学软件STAR-CD对某米勒循环发动机进行数值模拟计算,分析进气道喉口附近截面积、燃烧室进气鼻梁区气门遮蔽以及活塞顶凸台高度和凹坑直径对米勒循环发动机缸内瞬态滚流比和湍动能的影响。结果表明:优化进气道喉口附近截面积、燃烧室进气鼻梁区气门遮蔽以及活塞顶凸台高度和凹坑直径能够提高缸内滚流比和湍动能,3种优化方案对缸内流动改善的效果顺序依次为进气道、活塞和燃烧室。     

某钢活塞燃烧室喉口开裂分析

对于某11L柴油发动机在台架试验过程中,出现钢活塞燃烧室喉口开裂的问题进行了深入的分析,从燃烧室喉口的开裂原因、试验后活塞的检测、发动机的运行数据分析这几个方面对该问题进行了分析研究,排除了钢活塞设计和加工制造方面的因素,确定了燃烧室喉口开裂的原因是发动机异常燃烧导致活塞温度过高所致。跟客户反馈了活塞失效的原因,并在后续试验中成功解决了喉口开裂的问题,这也为今后钢活塞的设计和分析提供了技术参考。     

燃烧室型线对燃烧过程影响的计算分析研究

采用STAR-CD软件对某型高速大功率柴油机的燃烧过程进行了计算分析研究,考虑了缩口、直口、扩口三种燃烧室型线。为了提高计算精度,在计算分析工作前,先利用试验数据进行计算模型系数的标定。最后对计算结果进行了深入的分析,总结了柴油机燃烧室型线对燃烧过程影响的规律。     

优化活塞销孔形状设计改善燃烧室可靠性

随着爆发压力提高,活塞燃烧室喉口开裂失效有所增加.除了热应力、材料蠕变等引起喉口疲劳开裂外,研究发现,活塞销孔结构对燃烧室开裂也有重要影响.异形孔结构可提高销孔承载能力,但同时提高了燃烧室边缘拉伸应力幅值,降低了顶部可靠性能;通过优化设计销孔结构可提高燃烧室及销孔承载能力.     

非道路国Ⅳ柴油机燃烧室出口特征形状影响研究

以某非道路国四高压共轨柴油机为研究对象,通过数值模拟研究了预混合低温燃烧模式下的非道路柴油机高凸台型燃烧室几何参数对缸内气流运动特性、油气混合过程以及污染物排放影响。结果表明:缩口型式可以提高高凸台燃烧室缸内湍流动能,且上止点前会在喉口处形成剧烈涡旋运动,有利于燃油的扩散;缩口燃烧室中的高湍流动能与合理的气流运动可加速燃油的蒸发雾化,气流运动速度与方向较为合理,可以加快油气混合速度,从而可提高油气混合质量;缩口燃烧室在碳烟排放方面具有较大优势,但由于其预混合燃烧比例大,NOx排放相对其他2种燃烧室高。     

变通道涡流室式燃烧室燃烧特性的研究

作者研制的变通道涡流室式燃烧室，是一种兼有开式燃烧室热效率高与分开式燃烧室噪声、烟度、ＣＯ排放皆低等优异性能的新型流室式燃烧室，为了探求其性能的成因，本文建立了计算分开式燃烧室热率的零维模型，应用作者提出的计算涡流室式及变通道涡流室式两种室连接道流量系数的零模型，应作者提出的计算涡流室式及变通道涡流室式两种放热率，据此，分析了两者在放热，噪声与排放特性方面的差异，研究结果表明，对于变通道涡流室式燃     

柴油机变通道涡流室式燃烧室的研究

本文提出了一种柴油机新型涡流室式燃烧室——变通道涡流室式燃烧室.研究结果表明,这种燃烧室由于减少了通道流动损失并加速了主燃烧室的放热速率,在柴油机宽广的运行范围内,其热效率比原涡流室式燃烧室大大提高,而排温、烟度和噪声也有较大改善.它兼有直喷式和涡流室式柴油机燃烧方式的优点,是一种高效率的涡流室式燃烧室.     

甲烷/高温烟气稀释空气的Mild燃烧过程的数值研究

中低氧浓度稀释MILD燃烧与传统有焰燃烧方式相比,燃烧室内温度相对均匀,可以有效控制和降低NO_X等污染物排放。燃烧室内的烟气循环导致的混合气稀释程度、预热温度以及流场应变率对Mild燃烧过程有重要影响。通过对不同稀释和预热程度的一维层流对撞扩散火焰进行计算,研究了烟气回流稀释/预热形成的Mild燃烧情况。数值计算结果表明,Mild燃烧能很好的控制燃烧场的最高温度和反应放热速率,得到较为均匀的温度场,并因此降低产物中污染物的浓度。对不同预热温度、不同拉伸率下工况的计算证明了Mild燃烧能够扩展燃料的燃烧极限,Mild燃烧对流场等外部干扰的敏感度较小,燃烧稳定。     

大加速度场中二维层流燃烧过程的数值模拟

用SIMPILER方法，对大加速度场中的二维轴对称预混层流燃烧过程进行了数值模拟，分析了当加速度场方向与对称轴方向一致时，加速度场强度和进口流速等因素对燃烧过程的速度场、温度场及燃烧稳定性的影响。模拟燃烧为C3H8和空气，燃烧室壁面绝热。计算结果表明，在大加速度场中，火焰面附近的温度梯度所产生的“浮力”作用会显著改变流场结构和火焰面形状，直至流动和燃烧过程失去稳定性。     

扩散燃烧流场测量的PIV应用研究

为了研究燃烧火焰结构及其内部流动状况,考察其在燃烧喷嘴前回流区冷态试验模拟中和实际燃烧状况下的差别,利用二维粒子成像速度仪(PIV)对带钝体燃烧器中的丙烷／空气扩散燃烧的流场进行了测量,实现了火焰内部流动的可视化．通过对热态流场与相应冷态流场的对比分析表明,在复杂燃烧中冷态流场模拟与实际燃烧过程中的流动存在较大差别,实际燃烧中的流动状况变得紊乱,回流区在长度和宽度上都明显增大．     

气化半焦加压着火特性及燃烧稳定性研究

在单炉膛双吊蓝加压热重分析仪上对气化半焦的加压着火特性和燃烧稳定性进行了较为系统的试验和理论研究,考察了半焦种类、总压、氧浓度、粒径和加热速率等因素对半焦着火特性和燃烧稳定性的影响规律。并以纯碳测试数据为基准,提出了燃烧稳定性的判别指数RW。研究表明,半焦的挥发份含量、固定碳含量以及孔结构是影响半焦着火温度的主要因素。随着总压和氧浓度的提高以厦粒径的减小,半焦的着火温度下降,燃烧稳定性提高;随着加热速率的增加,半焦的着火温度明显上升。     

分级预混燃烧的稳定性

简要阐述了发生振荡燃烧的机理,并且用线性分析方法对某分级燃烧室在低负荷和满负荷两种工况下的流场,以及设计工况和非设计工况下的燃烧特性进行了分析.结果显示,不同工况下不同燃烧方式会影响系统的模态及其稳定性.在非设计工况下运行时,火焰的轴向位置和燃烧放热的变化也对系统稳定性产生影响.这些结果可以帮助我们尽可能选择在稳定的条件下运行,防止可能出现振荡燃烧的情况,实现燃烧系统在全工况下安全、高效、清洁地运行.图21参9     

煤粉燃烧时NOx析出规律的试验研究

在一维沉降炉上系统地考察了煤粉燃烧时NOx的沿程排放特性及其影响因素.试验表明,NOx的生成与炉温、煤粉粒度、煤种、过量空气系数等因素密切相关;在其它条件相同的情况下,NOx的生成浓度随过量空气系数的增大而增大;随着温度的升高略有增大;挥发分含量、氮含量高的煤种NOx的生成也相对较多;煤粉燃烧存在一个临界粒径(dc).当d＞dc时,其NOx浓度随粒径的增大而减小;当d＜dc时,其NOx浓度随粒径的减小而减小.(通过对NOx生成规律的分析研究,对今后低NOx燃烧技术的改进具有一定的指导意义.)     

蓄热式台车加热炉单一换向周期内燃烧特性数值研究

利用数值模拟技术,对蓄热式台车加热炉加热钢坯的燃烧过程进行了数学模拟实验研究,研究得出保温期末钢坯温度变化规律、某一换向周期炉内温度波动规律,模拟结果符合现场实际,对优化蓄热燃烧及加热炉设计操作具有指导意义.     

氢气非预混燃烧的流场输运特性分析

采用高精度直接数值模拟的方法对氢气非预混燃烧流场进行了精细的预测.模拟所求解的控制方程为三维可压缩的无量纲形式的Navier-Stokes方程,采用六阶精度紧致差分格式,结合基于详细化学反应和输运过程的FGM化学反应机制,利用768个处理器核、共近4.53亿网格点进行了基于CPU的大规模高效并行计算,分析氢气非预混燃烧特性,并进一步探讨了浮力对氢气燃烧流场输运特性的影响.研究发现,由于氢气燃烧过程中产生不同扩散性质的化学组分,使燃烧过程中遵循优势扩散的行为.这将影响流场的输运特性和火焰不稳定性的形成.在浮力驱动的氢气优势扩散燃烧流场中,对流是质量、动量及热量输运行为的主要影响因素,而无浮力火焰中优势扩散主导着流场的输运特性.平均统计结果表明,有浮力和无浮力的燃烧流场中都可以捕捉到逆梯度输运现象,且浮力会促进逆梯度输运行为的发生.