基于DRGEPSA方法的甲烷燃烧简化机理的构建及验证

采用耦合误差传播和敏感性分析的直接关系图(DRGEPSA)法,对甲烷燃烧详细反应机理(Gri-Mech 3.0机理)进行了简化,构建出了一套含有23种组分和110步基元反应的简化机理。为验证该简化机理的合理性和可靠性,采用充分搅拌反应器模型和一维层流预混反应器模型分别对甲烷燃烧反应过程进行模拟,并对温度和组分摩尔分数分布进行了对比分析。结果显示:利用简化机理分析得到的预测数据与详细机理吻合良好。结合该简化机理,建立了二维数值模型对带伴流的甲烷/空气Flame D进行数值模拟仿真研究,流场的温度和组分分布均与实验值吻合度较好,进一步表明所提甲烷燃烧简化机理具有较高的模拟精度。     

汽油/丁醇燃料燃烧动力学简化机理的构建和验证

采用基于误差传递的直接关系图法和敏感性分析方法简化含有7714个基元反应和1765种组分的汽油/丁醇混合燃料详细机理,构建一个含有425个基元反应和96种组分的汽油/丁醇混合燃料的简化动力学机理。该简化机理含有正丁醇、异丁醇、叔丁醇和仲丁醇,以正庚烷/异辛烷/甲苯混合物作为汽油模型燃料。将简化机理预测的着火延迟、组分浓度和层流火焰速度与详细机理的预测值和实验数据进行比较,验证结果较好。最后,将该简化机理耦合到三维计算流体力学软件CONVERGE中,模拟汽油/丁醇混合燃料在发动机的燃烧过程。结果表明：构建的汽油/丁醇简化机动力学理可很好地捕捉火花点火式发动机的缸内燃烧过程。     

掺氢汽油机燃烧过程的准维模型构建

为研究不同工况下掺氢汽油机燃烧特性, 构建并验证了用于计算掺氢汽油机缸内燃烧过程的准维模型.模型基于理想气体状态方程、质量守恒方程、热力学第一定律, 建立双区热力学微分方程组, 通过湍流卷吸模型确定燃烧放热率, 通过掺氢汽油层流火焰速率关联式反映掺氢对混合气火焰特征的影响规律, 并利用MATLAB数值分析软件完成方程组的求解过程.结合内燃机台架试验, 对不同掺氢体积分数、混合气当量比、进气道压力条件下模型的准确性进行了验证.对比结果表明, 该模型能准确地反映不同运行条件下掺氢汽油机的燃烧特性.     

混氢汽油机的燃烧及排放特性试验

针对汽油机热效率低、排放高的问题,通过进气混氢降低汽油机的能耗和排放.在一台4缸汽油机上安装一套电控多点顺序气道氢气喷射系统,可实现汽油和氢气在进气道的现场混合.在发动机转速为1 500 r/min及理论当量比条件下,选择混氢体积分数为1%、1.5%、2%、3%的4种不同进气,对混氢汽油机的燃烧与排放特性进行了试验研究.试验结果表明:在混氢体积分数为3%的工况下,与原机相比,发动机制动热效率平均提高了3.23%,缸压峰值的循环变动平均减少了3.18%.随着进气中氢气体积分数的增加,发动机着火滞燃期和燃烧持续期缩短,燃烧峰值压力增加,CO₂与HC排放明显降低,但NO_x与CO排放有所增加.混氢对改善发动机性能效果显著.     

基于着火特性的甲烷-正庚烷混合燃料化学动力学机理简化

采用直接关系图法(Directed Relation Graph,DRG),基于着火特性对甲烷-正庚烷混合燃料的化学动力学机理进行了简化,构建了一个包含35种组分、179个基元反应的高温简化机理。利用该简化机理计算了不同初始条件下混合燃料的着火延迟时间,并与详细机理的模拟结果相对比,结果表明,在高温范围内两者具有良好的一致性。     

甲烷蒸汽重整制氢过程的数值模拟

应用过程模拟软件Aspen Plus,选择合适的单元操作模型和热力学方法,实现了对甲烷蒸汽重整制氢系统的模拟。研究了反应器中水碳比、操作温度、操作压力对氢气产率的影响规律。模拟结果表明,氢气产率随水碳比的增大而提高;压力较低时,随着操作温度的升高,重整反应器(R1)氢气产率增长趋势越来越快,压力较高时,操作温度变化对氢气转化率的影响相对较小。温度较低时,R1氢气产率与操作压力的关系曲线呈指数函数形式,温度超过一定值,呈二次函数形式。所得模拟结果符合甲烷重整反应及变换反应的反应规律,可为甲烷重整制氢的生产和节能提供理论依据。     

汽油机缸内富氧燃烧的试验研究

富氧燃烧是一种可以实现节约能源和降低污染物排放的内燃机燃烧技术.通过汽油发动机在同一工况工作时,使进气中氧体积分数分别为20.7％、23.2％和25.4％,实现富氧燃烧.研究不同的进气氧体积分数对汽油发动机的燃烧特性和排放特性的影响.研究结果表明：进气氧体积分数增加,发动机缸内压力和燃烧放热率升高,最高燃烧压力相位提前,降低循环波动,发动机燃烧工作稳定;同时减少THC和CO的排放,但NOx的排放量增大.     

进气迟后角对车用汽油机性能的影响

通过AVL BOOST软件建立了TJ376QE汽油机的工作过程计算模型,运用实验数据论证了该模型,并进一步分析了进气迟后角对发动机性能的影响。分析结果表明：在4 000 r/min以上的高速时,可适当加大进气迟后角,利用高速气流惯性进气,提高充气效率,从而在一定程度上可改善汽油机高低转速下兼顾动力性与经济性的矛盾。同时通过研究结果分析,对车用发动机配气系统设计改进具有一定的指导意义。     

废气再循环对直喷汽油机燃烧及排放影响的仿真

应用计算流体力学(CFD)软件对一台带有废气再循环(Exhaust gas recirculation,EGR)系统的均质缸内直喷(Gasoline direct-injection,GDI)汽油机进气冲程至作功冲程排气门开启时段进行了三维仿真,研究了不同EGR率和过量空气系数λ对缸内状态及排放特性的影响,探讨了温度场、火焰面密度、NO浓度场、CO浓度场、微粒浓度场等参数的变化趋势。结果表明:EGR率为10%时,能在对燃烧过程影响不大的情况下有效降低排放质量;同时,在缸压稍有下降的情况下,λ=1.1时能有效降低排放质量;λ=1.0时能保持较高的缸压和中等的排放水平。     

进气道喷水对直喷汽油机燃烧排放及爆震影响的数值模拟

为改善汽油机经济性、降低污染物排放,以某1.0L三缸直喷汽油机为基础采用数值模拟的方法,研究了进气道不同喷水位置及喷水量对燃烧、排放以及爆震的影响。结果表明:进气道中部喷水与远离进气门喷水相比燃烧相位提前,峰值缸压略大,氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)、一氧化碳(carbonic oxide,CO)排放量较低,碳烟和未燃碳氢化合物(unburned hydrocarbons,UHC)排放量差别较小;接近进气门喷水时燃烧相位延后程度大,峰值缸压低,对爆震的抑制效果较好,NOx、碳烟及CO排放量较低,但UHC排放量大幅增加;远离进气门喷水时,随着喷水量增加,爆震强度降低,但缸内个别区域爆震抑制效果较差,削弱了喷水对爆震的抑制效果。     

CA6102汽油机燃烧过程的分析与改善

本文通过CA6102汽油机的单缸机燃烧过程试验分析,对现生产的CA6102发动机的燃烧系统原设计作出初步评价,并紧密结合生产实际得出了部份改进工作的结论,为该发动机的改进工作奠定了一定的基础。     

汽油机燃烧参数在线测量及其在控制中的应用

对汽油机燃烧始点、终点和燃烧持续期等燃烧参数进行了在线测量，并对燃烧参数在汽油机空燃比和点火时刻控制中的应用进行了研究     

汽油机排气成分的连续测量分析

测量并分析了点燃式发动机起动、加速及若干稳定工况运行时排气中CO2、CO、HC、NO、O2的体积成分. 结果表明:在发动机起动时,CO排放曲线上有一个峰值存在,在加速时,有一个峰谷存在;在排气的各成分中,HC的变化幅度较大;在发动机处于宏观稳定工况时排气中各成分亦呈现出一定波动. CO2、CO、HC、NO、O2的波动系数的变化分别为0.007～0.020、0.049～0.288、0.1～0.883、0.03～0.077、0.024～0.123.     

基于65型汽油机缸盖气道的优化设计及试验研究

针对65型汽油机缸盖进、排气道的不足,重新设计了发动机的进、排气道。结果表明:新设计的缸盖进、排气道流动阻力大大减小,充气系数得到明显改善;发动机有效扭矩增加,燃油消耗量降低。     

内燃机余热甲醇催化重整制氢装置设计及实验研究

氢气随车携带不便,为了能在线产生富氢气体供给内燃机燃烧,并大幅度提高内燃机的热效率,降低排放,降低热、噪声的污染,提出应用内燃机尾气余热对甲醇进行催化重整以产生氢气的方法.设计了一套内燃机余热甲醇催化重整制氢装置,在内燃机排气余热和催化剂的共同作用下,把甲醇水溶液重整成富氢气体.重整反应器为蜂窝陶瓷载体,重整催化剂为Cu/Zn/Al/Zr,采用管式换热器对载体进行加热,甲醇水溶液在载体孔道中发生催化重整反应.实验结果表明:随着发动机排气温度的增加,重整器产氢率提高,在排气温度为350℃时,重整气中氢气的体积分数达到41.9%.达到了实验预期要求.     

运转参数对电喷汽油机怠速排放的影响

试验表明,冷却液的温度、怠速转速、点火提前角、附属机构消耗的功率等运转参数对电喷汽油机的怠速排放有重要影响．具体表现为冷却液的温度越低,HC和CO的排放量越大;当怠速转速增加时,HC和CO的排放量明显降低;推迟点火提前角会使HC的排放量减小;怠速工况时NOx的排放量较少,但会随着附属机构消耗的功率而变化．     

汽油机续走现象的探讨

通过对 61 0 2汽油机停车续走的实验研究 ,阐述了汽油机续走的基本特征和机理 ,并给出了避免汽油机续走的方法     

混氢汽油机排放特性的试验

在一台加装了电控氢气喷射系统的汽油机上,在发动机1 400 r/min的条件下,对混氢汽油机排放性能进行了试验研究.试验结果表明:适当增加过量空气系数有利于改善混氢汽油机的HC、CO与NO_x排放;在理论过量空气系数附近,混氢后发动机CO排放有所升高,但稀燃条件下混氢有利于改善汽油机HC与CO排放;减小点火角后,混氢汽油机HC与NOx排放有所降低;随着进气压力的升高,HC与CO排放得到明显改善.     

汽油混氢内燃机稀燃性能的仿真研究

在进气混氢体积分数为0、1%、3%和6%的条件下进行了汽油混氢发动机在低速、低负荷以及稀燃时的内燃机台架试验.根据试验得到的不同工况下发动机的缸压、进气流量及平均有效压力等数据对基于AVL Boost软件所建立的汽油混氢内燃机仿真模型进行了标定.利用该模型对相同进气压力、不同混氢体积分数和不同过量空气系数的条件下汽油混氢内燃机的稀燃性能进行了仿真.结果表明,混氢对稀燃时发动机低速、低负荷工况的燃烧过程改善效果较为明显,随着混氢体积分数的增加,稀燃时发动机指示热效率和做功能力均有所提高.相同混氢体积分数下,随着过量空气系数的增大,缸压峰值降低,缸压峰值所对应曲轴转角位置推迟.稀燃时,混氢后发动机火焰发展期和传播期明显缩短,缸压峰值升高且缸压峰值所对应的曲轴转角也有所提前.     

小型二冲程汽油机换气过程的数值模拟

通过对引起的ＭＫ１４程序进行改造，针对小型二冲程汽油机换气过程的特点，提出了相应的边界条件和计算模型，并编制了工作过程的模拟计算程序。通过计算与实验结果相对比，验证了计算程序良好的可靠性与实用性。