“BUMP燃烧室”内混合气形成的多维数值研究

用CFD多维数值分析软件对BUMP燃烧室内柴油喷雾的撞壁混合过程进行了模拟计算,并与用PLIF法取得的试验结果进行了对比,二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明,撞壁射流在遇到BUMP后会剥离燃烧室壁面,形成二次空间射流,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率,出现与周围空气迅速混合的闪混现象,燃烧室壁面燃油堆积量下降。计算结果还表明,BUMP的位置、高度、形状和角度不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同,在实际应用中应对其进行优化和合理匹配,以便降低柴油机的NOx和碳烟排放。     

柴油喷雾撞壁混合过程的研究

对柴油喷雾平板撞壁过程进行了研究。表明柴油从喷孔喷出后很快达到壁面，在壁面形成壁面射流，这一部分燃油不能充分与燃烧室中的空气混合。在燃烧室壁面上加上限流沿后，发现壁面射流在遇到限流沿后从壁面剥离，在空间形成二次射流。增大限流沿的高度会增大二次射流角，而二次射流锥角没有明显的变化；增大二次撞壁距离会减小二次射流角，而二次射流锥角变化不大；喷油压力的变化只是改变燃油的撞壁时刻和喷雾贯穿距，对二次射流角和二次射流锥角的影响不大。由此可以看出，通过调整BUMP的高度和二次撞壁距离等对二次射流影响较大的参数，可以控制燃油在空间的分布，实现可控燃油混合气的形成。     

两种燃烧室内燃油空气混合情况的定量比较分析

对一传统ω形燃烧室和一种新式BUMP燃烧室内燃油空气混合质量进行了对比性研究,发现燃油撞壁以后在ω形燃烧室壁面形成壁面射流,这一层燃油浓度很高,很难与空气混合,而在BUMP燃烧室内,壁面射流遇到BUMP后,会在空间形成二次射流,二次射流进一步能快速与空气充分混合.利用3个评价参数：体积分数、浓度方差以及浓度耗散率对ω形燃烧室和BUMP燃烧室内燃油空气混合好坏进行了定量比较,发现BUMP燃烧室与ω形燃烧室相比,燃油能在更大的体积内与空气混合,燃油在燃烧室内分布相对更均匀,燃油能更快与空气混合.     

燃烧室壁面形状对撞壁射流气体混合过程的影响

本文研究了燃烧室壁面形状对撞壁射流气体沿壁发展过程的影响，实验发现：射流气体撞壁后主要沿壁面发展；近壁区域会形成浓混合气层，并且混合很慢，本文提出了两种方法，１）在壁面设置矩形凹槽，并且利用环境的气流运动加快射流气体的混合。２）在壁面上设置条形障碍物，使射流气体脱离壁面形成空间流动，另外，本文也模拟了ＯＳＫＡ－Ｄ燃烧系统中燃油撞壁后的发展过程。     

Bump环强化柴油混合过程的数值模拟研究

对双模式HCCI燃烧,促进其主喷阶段燃油的混合速率至关重要。采用CFD数值模拟方法研究了一种新型燃烧室设计——BUMP燃烧室对直喷柴油机喷雾燃烧过程的影响。结果表明,bump环扰动缸内气流运动产生复杂的流谱,形成强烈的湍流。燃油喷雾撞壁后,bump环剥离壁面射流形成二次空间射流,减少了燃油在燃烧室壁面的沉积,湍流混合速率大大增加。自燃着火时刻,BUMP燃烧室内有38．2％的燃油处于碳烟生成门槛之外,而对比燃烧室仅为28．9％。数值模拟解释了BUMP燃烧室同时降低NOx和碳烟排放的实验现象。此外,模拟还发现燃油混合速率对喷油定时非常敏感,存在一个高湍流混合速率曲轴转角区间。     

BUMP燃烧室的稀扩散燃烧机理

开发了BUMP燃烧室并进行了对比实验,发现BUMP燃烧室中可以形成稀的扩散燃烧氛围,使NOx和碳烟排放同时降低．喷射定时3°CA ATDC时,烟度排放降低了约70％,NOx排放与对比燃烧室相当．CFD模拟研究表明,不同的喷射定时下,燃油到达燃烧室壁面时的混合和燃烧状态不同,只有油束在滞燃期内到达燃烧室壁面,由限流沿(BUMP环)扰动形成的二次空间射流才能充分形成,稀扩散燃烧才能明显发生．     

温度及压力对柴油机燃烧室内混合气形成影响的数值模拟

用CFD分析软件对柴油机燃烧室内不同环境条件下柴油喷雾的混合气形成及撞壁混合过程进行了模拟计算，并与PLIF法取得的试验结果进行了对比，二者基本吻合．试验和模拟计算结果均表明，油束撞壁后主要沿燃烧室壁面向下移动，在燃烧室近壁区形成一层薄而浓、面积较大的混合气层，且随燃烧室内气体密度的增大，对应时刻及位置的速度、喷雾贯穿距、燃烧室壁面的燃油堆积量、近壁区浓混合气层的面积及混合气浓度减小．     

限流沿燃烧室中实现柴油喷雾稀扩散燃烧的混合气形成过程

提出了一种在于激光诱导荧光法的实验方案，采用增压式共轨喷油器，在定容燃烧实验装置内进行柴油喷雾形成、发展、撞壁和混合过程的实验。实验发现，燃油喷雾在燃料室壁面的沉积可通过在壁面设置一个“限流沿”（BUMP），使之从壁面剥离，剥离后的壁面射流形成一个迅速扩散的二次空间射流，进而形成较均匀、较稀薄的混合气，它有利于减少碳烟和NOx排放。     

缸内直喷天然气射流混合过程的数值模拟

采用数值模拟的方法,研究了天然气缸内直喷自由射流、撞壁射流以及涡旋结构在直口、缩口和敞口3种燃烧室形状中的形成过程,并在此基础上设计了适用天然气缸内直喷混合气形成的新型燃烧室.结果表明:采用较小的喷射夹角可以改善射流撞壁过程,提高混合气形成质量;喷射夹角为80°时,缩口燃烧室中,附壁射流脱壁后涡旋结构中燃料不易扩散,天然气混合速度较低,直口燃烧室和敞口燃烧室天然气混合速度接近.3种燃烧室形状中天然气射流混合过程会经历3个重要转折点:自由射流撞壁、附壁射流脱壁以及涡旋结构生长和扭曲阶段,其中在涡旋结构生长和扭曲阶段气体燃料与空气快速混合.最后,根据天然气射流在缸内混合过程设计出脱壁型燃烧室(SACC),大大增加形成可燃混合气的燃料比例,并能提高混合气的均匀度.     

一种基于稀扩散燃烧的BUMP燃烧室及其对柴油机碳烟和NOx排放影响的实验研究

在壁面布置限流沿 (BUMP)后 ,撞壁射流从壁面被剥离 ,形成二次空间射流 ,可大大加快空气与流体的混合速率。基于此 ,设计了带有 BUMP的燃烧室 ,采用了可灵活控制喷油规律的 FIRCRI电控共轨式喷油系统进行了发动机实验。实验结果表明 :BU MP燃烧系统能显著降低 NOx 和碳烟排放 ,在平均有效压力为 0 .6 6 MPa(原机 5 0 %负荷 )时 ,烟度只有 0 .1BSU,NOx 为 42 0× 10 - 6;由于在缸内能够形成较均匀的混合气 ,缸内平均过量空气系数在 1.3～ 2 .0的范围内时 ,烟度一直保持在 0 .3BSU以下。实验还发现 BUMP的位置以及喷油定时对排放有重要影响。BUMP燃烧系统在降低 NOx 和碳烟排放方面显示了极大的潜力。     

进气涡流比对直喷式柴油机油束碰壁过程影响的研究

本采用高速摄影技术，研究了小型直喷式柴油机缸内空气运动对油束碰壁过程的影响。研究结果表明，在小型直喷式柴油机中，燃油壁面喷射的反溅作用是燃油雾化过程中的重要阶段。油束在碰壁过程中，其锥角及贯穿速度均发生变化。不同的进气涡流强度，壁面油束的形状及其发展速度均不同，顺涡流方向壁面油束的扩展速度较快，随着涡流强度的增加，壁面油束只出现在顺涡流方向。空气涡流对燃油与空气混合的促进作用主要发生在油束与燃烧     

缸内直喷周向分层燃烧系统火花塞附近油束发展历程的试验研究

采用高速摄影技术研究了缸内直喷周向分层（简称DICSC）燃烧系统火花塞附近两根油历史潮流的发展历程。研究结果表明,喷雾混合过程中燃油碰壁、反弹现象非常明显,大多数燃油的雾化与蒸发产生于油束碰壁以后。靠近壁面处燃油浓度最大,向燃烧室中心方向浓度逐渐降低,沿周向、顺涡流方向形成了明显的由浓到稀的分层。因而,为了保证较好的着火稳定性,在DICSC燃烧系统中火花塞靠近壁面布置并处于油束下游一定角度比较合适,此外有浓度合适、易于点燃的混合气以便火焰能够顺利扩展。另外,还研究了不同涡流比和油束夹角下的油束发展历程。     

直喷式增压柴油机燃烧过程可视化研究

介绍采用高速摄影技术研究直喷式增压柴油机的燃烧过程，研究工作在单缺柴油机上进行。研究结果表明，进气增压改善了上柴油机燃烧过程；促进了燃油和空气的混合，增加了燃油束向燃烧室中心的扩展区域，壁面附近燃油堆积量减小；缩短了着火延迟期，增加了扩散燃烧的比例，火焰扩展速度降低；改善了燃烧室内的燃烧条件，抑制了燃烧火焰向活塞顶部外溢。     

燃油的喷射雾化燃烧对柴油机缸内空气流动影响的研究

将柴油机缸内气体与全体燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件。利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE,在进气压缩过程流动三维瞬态数值模拟基础上,对6110柴油机喷雾燃烧过程缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析燃油喷射、雾化、燃烧对缸内流动的影响。研究结果表明喷雾燃烧过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内流场的总流型,在一定空间内完全打破缸内大的旋流流场。