中心分级燃烧室旋流角变化对燃烧特性的影响

实验研究了一种中心分级燃烧室值班级旋流角变化对燃烧性能的影响。采用了单头部单管式燃烧室,值班级一级旋流器旋流数分别为0. 63、0. 72和0. 93,实验研究了采用不同旋流数时燃烧室的点火、慢车贫油熄火、污染物排放和燃烧效率等燃烧特性。实验结果表明:旋流数变化对燃烧室的点火、慢车贫油熄火、污染物排放及燃烧效率等有很大影响;旋流数及一级旋流器和二级旋流器的旋流数差值增加后燃烧室的点火和慢车贫油熄火特性得到改善。一级旋流器旋流数的增加会导致污染物排放的增加及燃烧效率的下降。     

生物质组分对航空煤油基础燃烧特性的影响研究

为了研究加氢裂解制备生物质航空替代燃料过程中的中间产物对传统航空煤油燃烧性能的影响,选取3种不同烃类(十四烷、十六烷和丁基苯)与RP-3航空煤油按不同比例掺混并进行基础燃烧实验。实验比较了不同种类的混合燃料燃烧温度的变化以及由此引起的燃烧产物的组分及浓度的变化情况。实验结果表明:掺混直链烷烃后,混合燃料的燃烧火焰温度明显提高,而掺混丁基苯后,燃烧火焰温度显著降低;掺混直链烷烃与掺混丁基苯后,混合燃料燃烧产生的CO与NO的含量的变化趋势相反,UHC的含量则均有所下降;组成固相产物的主要元素均为碳和氧,且掺混丁基苯后,混合燃料的燃烧产物中的碳含量最高,即掺混丁基苯后,混合燃料的积碳现象更严重。     

高掺比ABE/柴油混合燃料的喷雾与燃烧特性

针对丙酮-丁醇-乙醇(ABE)/柴油混合燃料的喷雾蒸发和燃烧过程展开了试验研究.试验在预燃加热式定容燃烧弹中进行,燃料为体积分数80%的ABE和20%,的柴油混合物,且ABE溶液中丙酮、丁醇、乙醇的体积分数分别为30%,、60%,和10%,.试验过程中燃烧弹内喷雾环境温度分别控制在1,100,K和900,K以代表普通燃烧模式和低温燃烧模式,环境氧体积分数分别控制在21%,、16%,和11%,以对应发动机不同的EGR工况.由高速摄相机配合激光束的使用,拍摄喷雾及其燃烧过程中瞬时喷雾米氏散射和自然火焰发光图像,同时由压力传感器测取喷雾燃烧压力.结果表明:燃料中ABE体积分数较高时,喷雾贯穿距离较小,同时火焰强度显著下降,表明碳烟生成量有减少的巨大潜力;结合低温燃烧,高掺比ABE/柴油混合燃料几乎可实现无碳烟燃烧.因此,高掺比ABE/柴油混合燃料被认为是可直接应用于柴油机并降低碳烟排放的一种潜在替代燃料.     

汽油/CNG混合燃料发动机的性能和燃烧特性研究

研究了汽油／CNG混合燃料的发动机性能和燃烧特性。在研制汽油／CNG发动机集中电子控制单元基础上,研究了不同汽油和天然气混合比例对发动机动力性能、排放性能的影响,结果表明,随着混合燃料中天然气比例的增加,发动机的功率和转矩下降,HC和NOx排放降低,在不同负荷下应供给发动机不同比例的汽油和天然气,这样既可以获得较好的发动机动力性能,又可以实现发动机低排污特性;对燃烧特性的研究结果表明,在天然气中混入汽油有利于改善天然气的燃烧特性,混合物的燃烧特性参数随两种燃料的混合比的不同而不同,其值界于天然气和汽油之间。     

燃料掺混方式对天然气柔和燃烧器燃烧性能的影响研究

燃气轮机在更高参数下的低污染排放限制和宽工况范围稳定运行的需求,对燃烧室燃烧提出了新的要求。柔和燃烧作为一种新型燃烧技术,具有燃烧稳定和污染物排放低的优势。高速射流引射掺混是实现柔和燃烧所需条件的一种可行方式。本文主要研究不同燃料掺混方式对柔和燃烧器污染物排放和稳定工作范围的影响。在前期工作基础上设计了可实现燃料不同掺混方式的天然气柔和燃烧器。在常压条件下,通过实验研究了不同当量比、不同燃料/空气掺混方式下天然气柔和燃烧器的污染物排放,并研究了不同掺混方式对燃烧贫燃极限的影响,通过OH~*自发荧光、OH平面激光诱导荧光测量和数值模拟对反应区和流场结构进行了观察和分析。实验结果表明,在相同当量比下,全预混模式下的NO_x排放最低,全预混模式下稳定燃烧的贫熄火当量比为0.57;扩散模式下NO_x排放相对高,但贫熄火当量比可低至0.15,燃烧稳定范围更宽;混合模式下污染物排放水平介于预混和扩散模式之间;非预混模式下较好的贫燃火焰稳定性得益于燃烧室头部扩散燃料周围形成的低速稳定反应区。     

JetA-1航空煤油替代燃料的着火与燃烧特性

提出了一种新的航空煤油(Jet A-1)替代燃料(正癸烷与三甲基苯双组分混合燃料),并形成了该替代燃料着火与燃烧的化学反应机理(包括118种组分,527个基元反应).采用该反应机理,对该替代燃料在激波管中的着火特性进行了详细分析.同时,对其在预混燃烧炉、预混搅拌反应器中的预混燃烧过程进行了数值计算,详细分析了反应物(n-C10H22和O2)、主要生成物(CO、CO2、H2和H2O)及多种中间组分(CH2O、C2H2、C2H4、C3H4、C3H6、C4H8和C5H10)摩尔分数的变化趋势,并与正癸烷单组分替代燃料的着火与燃烧特性及实验数据进行了对比分析.结果表明,正癸烷与三甲基苯双组分混合替代燃料能准确反映出Jet A-1的着火及燃烧特性,同时,要优于正癸烷单组分替代燃料.     

燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究(2)--对柴油机燃烧与排放影响的分析

根据本文第一部分提出的含氧燃料设计思想与方法，以碳酸二甲脂(DMC)为例，研究了较宽比例范围内的DMC柴油混合燃料对柴油机的燃烧与排放特性的影响。在一台高速柴油机上测量了各种混合燃料在最高转速下的负荷特性和速度特性，以及主要工况下的示功图，并对燃烧特性进行了分析。试验结果发现：在柴油中加入一定比例的DMC后，由于物性参数的变化和喷雾特性的改善，混合燃料能够改善柴油机的燃烧与排放——热效率得到明显的提高，尤其在低转速下改善显著；烟度和氮氧化物排放同时降低，外特性线上的一氧化碳降低，碳氢排放仍然很低。对燃烧特性的分析发现：DMC柴油混合燃料的着火延迟延长，燃烧速率加快，燃烧持续期缩短。     

煤油掺混乙醇燃料的喷雾特性试验研究

燃料的喷雾特性对其燃烧及排放性能有重要影响.因此在定容弹中利用多孔喷油器试验研究了纯煤油及煤油掺混30%和50%乙醇混合燃料在环境温度为289.15 K,环境压力为0.1 MPa下,喷射压力分别为6 MPa、8 MPa和10 MPa时的喷雾特性.结果表明:随乙醇比例增加,混合燃料的贯穿距变化不明显,喷雾锥角和喷雾面积均先增加后下降;随喷油压力升高,乙醇/煤油混合燃料的贯穿距和喷雾面积均增加,但喷雾锥角几乎不变.此外,喷射压力的增加对纯煤油喷雾特性的影响逐渐减小,却对乙醇/煤油混合燃料喷雾特性的影响逐渐增大.     

贫预混预蒸发燃烧室振荡燃烧特性的实验研究

针对燃用航空煤油的贫预混预蒸发模型燃烧室的振荡燃烧特性开展了实验研究。实验表明:在相同的燃烧室入口空气燃料混合物流速下,随着当量比的增加,燃烧室振荡燃烧的振荡主频从132 Hz增加到144 Hz,但燃烧室的均方根脉动压力幅值却从1 464 Pa下降到342 Pa。在当量比不变情况下,入流空气燃料混合物流速较低时,容易引发振荡燃烧现象,而当入流空气燃料混合物流速较高时,则燃烧会变得稳定。分析了整个燃烧实验装置的前4阶轴向声学模态频率,发现实验中所激励出的振荡燃烧主频和第二阶轴向声学模态频率吻合的很好。     

柴油机燃用二甲醚复合燃烧优化控制试验研究

结合柴油机燃用二甲醚HCCI燃烧与缸内直喷燃烧各自的优点,提出了柴油机燃用二甲醚气道-气缸喷射复合燃烧方式.在一台改造过的2135柴油机上,通过调整预混合率和直喷供油提前角以及进气燃料设计对复合燃烧进行了研究.结果表明,燃烧过程包括HCCI燃烧和缸内喷雾的预混及扩散燃烧,燃烧方式主要受预混合率的影响而呈现不同的放热特征.采用适当的预混合率和直喷供油提前角,与HCCI燃烧比,复合燃烧在保持NOx基本不变的条件下有效地拓宽了发动机工况范围,同时降低了HC和CO排放.通过在DME中添加LPG降低燃料十六烷值来控制HCCI的燃烧,可降低NOx排放,在大预混合率下,发动机经济性得到改善.     

An experimental study on spray auto-ignition of RP-3 jet fuel and its surrogates

Jet fuel is widely used in air transportation, and sometimes for special vehicles in ground transportation. In the latter case, fuel spray auto-ignition behavior is an important index for engine operation reliability. Surrogate fuel is usually used for fundamental combustion study due to the complex composition of practical fuels. As for jet fuels, two-component or three-component surrogate is usually selected to emulate practical fuels. The spray auto-ignition characteristics of RP-3 jet fuel and its three surrogates, the 70% mol n-decane/30% mol 1,2,4-trimethylbenzene blend (Surrogate 1), the 51% mol n-decane/49% mol 1, 2, 4-trimethylbenzene blend (Surrogate 2), and the 49.8% mol n-dodecane/21.6% mol iso-cetane/28.6% mol toluene blend (Surrogate 3) were studied in a heated constant volume combustion chamber. Surrogate 1 and Surrogate 2 possess the same components, but their blending percentages are different, as the two surrogates were designed to capture the H/C ratio (Surrogate 1) and DCN (Surrogate 2) of RP-3 jet fuel, respectively. Surrogate 3 could emulate more physiochemical properties of RP-3 jet fuel, including molecular weight, H/C ratio and DCN. Experimental results indicate that Surrogate 1 overestimates the auto-ignition propensity of RP-3 jet fuel, whereas Surrogates 2 and 3 show quite similar auto-ignition propensity with RP-3 jet fuel. Therefore, to capture the spray auto-ignition behaviors, DCN is the most important parameter to match when designing the surrogate formulation. However, as the ambient temperature changes, the surrogates matching DCN may still show some differences from the RP-3 jet fuel, e.g., the first-stage heat release influenced by low-temperature chemistry.     

不同喷油压力RP-3航空煤油、柴油碰壁喷雾着火和燃烧特性的对比研究

利用直径0.22mm的单孔喷嘴高压共轨喷油器,以喷油器油量标定数据及控制参数为基础,采用高速相机成像技术在定容燃烧室内在等喷油量变喷油压力的前提下测量了着火点、着火滞燃期、燃烧持续期、火焰面积(AF)和火焰自然发光强度(SINL)的变化规律,对比研究了RP-3航空煤油、柴油碰壁喷雾的着火和燃烧特性。结果表明:在低喷油压力下着火点分布在离壁面较远的区域,在较高喷油压力下着火点位于壁面上,距喷油器中心线的距离随喷油压力的增加而增加,且RP-3航空煤油着火点距喷油器的距离比柴油更远。随着喷油压力的增加,RP-3航空煤油碰壁喷雾火焰的着火滞燃期先降低后增加,柴油碰壁喷雾火焰的着火滞燃期不断降低,且RP-3航空煤油具有更短的着火滞燃期。燃烧持续期随喷油压力的增加而降低,RP-3航空煤油的燃烧持续期比柴油短。喷油压力越高,火焰面积(AF)和自然发光强度(SINL)的变化速率越高,而AF和SINL的最大值及达到最大值所需的时间越小。与柴油相比,RP-3航空煤油的AF、SINL具有更高的变化速率,且AF、SINL的峰值更高,达到峰值的时间更短。     

AN ADVANCED SPRAY MODEL FOR APPLICATION TO THE PREDICTION OF GAS TURBINE COMBUSTOR FLOW FIELDS

It is well known that fuel preparation, its method of injection into a combustor, and its atomization characteristics have a significant impact on emissions. A simple dilute spray model, which assumes that droplet heating and vaporization occur in sequence, has been implemented in the past within computational fluid dynamics (CFD) codes at General Electric (GE) and has been used extensively for combustion applications. This spray model coupled with an appropriate combustion model makes reasonable predictions of the combustor pattern factor and emissions. To improve upon this predictive ability, a more advanced quasi-steady droplet vaporization model has been considered. This article describes the evaluation of this advanced model. In this new approach, droplet heating and vaporization take place simultaneously (which is more realistic). In addition, the transport properties of both the liquid and vapor phases are allowed to vary as a function of pressure, gas phase temperature, and droplet temperature. These transport properties, which are most up to date, have been compiled from various sources and appropriately curve-fit in the form of polynomials. Validation of this new approach for a single droplet was initially performed. Subsequently calculations of the flow and temperature field were conducted and emissions (NOx, CO, and UHC) were predicted for a modern single annular turbofan engine combustor using both the standard spray model and the advanced spray model. The effect of the number of droplet size ranges as well as the effect of stochastic treatment of the droplets were both investigated.     

一种新的小缸径柴油机单孔直喷燃烧系统的研究

小缸径柴油机燃烧系统直喷化已经成为发展趋势，但仍面临实现柔和运行及降低有害排放产物的难题，燃烧室周边混合式燃烧系统具有工作柔和，变速适应性好等优点。但由于形成较多的壁面面膜，而使燃烧速率低，ＨＣ和微粒排放品质差，为此，本研究了旋转流场中轴针喷嘴油束扩展与混合的特性，提出了利用油束撞壁效应加速混合，改善燃烧过程的概念。在Ｓ１９５涡流室柴油机基础上设计了一种新的单孔直喷式燃烧系统。研究结果表明，该系     

喷油策略对伞喷柴油机工作过程影响的数值模拟研究

对一种新型柴油机喷嘴进行了可视化试验与模拟计算.应用三维CFD（Computational Fluid Dynamic）软件模拟了两种喷雾形式下不同喷油参数对柴油机混合气形成、燃烧及排放的影响,得到了最佳的喷油策略.结果表明,相对于复合喷雾,伞形喷雾在混合气形成方面存在一定的优势,对燃烧和排放有较大改善;混和气形成较好,燃烧效率高,指示油耗较低,碳烟二次氧化迅速.并且伞形喷雾中,采用小的索特平均直径,高的喷射速度,能够使发动机性能得到较大地改善.     

某四缸乘用车柴油机燃烧系统的设计优化

介绍了长城汽车研发的一款高性能"2.0VGT"柴油发动机燃烧系统的设计优化过程,通过模拟计算发动机整个工作过程,对进排气系统和进气道形状、气流运动形式、喷油器喷雾特性、燃烧室形状进行多方案优化选型。研究不同工况下,喷油规律(次数、喷油间隔、每次喷油量、喷油时刻)、喷油器特性(喷孔数量、喷孔直径、喷油压力、喷油锥角)的喷雾特性(油滴细化程度、贯穿度)对发动机性能、排放和油耗的影响规律。并对发动机实现国Ⅴ排放要求,对所需要的喷油系统特性及燃烧室形状进行研究。     

Combustion performance and emission reduction characteristics of automotive DME engine system

This article is a condensed overview of a dimethyl ether (DME) fuel application for a compression ignition diesel engine. In this review article, the spray, atomization, combustion and exhaust emissions characteristics from a DME-fueled engine are described, as well as the fundamental fuel properties including the vapor pressure, kinematic viscosity, cetane number, and the bulk modulus. DME fuel exists as gas phase at atmospheric state and it must be pressurized to supply the liquid DME to fuel injection system. In addition, DME-fueled engine needs the modification of fuel supply and injection system because the low viscosity of DME caused the leakage. Different fuel properties such as low density, viscosity and higher vapor pressure compared to diesel fuel induced the shorter spray tip penetration, wider cone angle, and smaller droplet size than diesel fuel. The ignition of DME fuel in combustion chamber starts in advance compared to diesel or biodiesel fueled compression ignition engine due to higher cetane number than diesel and biodiesel fuels. In addition, DME combustion is soot-free since it has no carbon–carbon bonds, and has lower HC and CO emissions than that of diesel combustion. The NO_x emission from DME-fueled combustion can be reduced by the application of EGR (exhaust gas recirculation). This article also describes various technologies to reduce NO_x emission from DME-fueled engines, such as the multiple injection strategy and premixed combustion. Finally, the development trends of DME-fueled vehicle are described with various experimental results and discussion for fuel properties, spray atomization characteristics, combustion performance, and exhaust emissions characteristics of DME fuel.     

Effects of multiple-injection strategies on overall spray behavior,combustion, and emissions reduction characteristics of biodiesel fuel

This study described the combustion and exhaust emissions characteristics of biodiesel fuel with multiple-injection strategies. Also, this investigation included the free spray characteristics and in-cylinder spray behaviors of the multiple-injection modes. Free spray and in-cylinder spray images were obtained from the spray visualization system. Combustion and exhaust emissions characteristics were analyzed using a single cylinder diesel engine with a displacement volume of 373.33 cm³ and a compression ratio of 17.8. The exhaust emissions were analyzed using a smoke meter and an exhaust gas analyzer. A scanning mobility particle sizer (SMPS) was utilized to measure the particle number and size distribution of the nano-sized particle matter.     

基于CFD的增压柴油机不同喷油提前角的排放影响分析

在考虑进气涡流比的情况下,对某490增压直喷柴油机不同喷油提前角下的缸内喷雾及燃烧过程进行了三维CFD模拟,给出了4种不同喷油提前角时的缸内火焰、NOx和Soot的时空分布.计算和分析了不同的喷油提前角下,上止点前后喷入缸内的油量比例、着火时刻、上止点温度、最高燃烧温度等对燃烧与排放物的影响.结果表明上止点前后的油量比例对排放有较大影响,对于该机型在喷油提前角较小的情况下,应考虑适当减小喷油锥角以充分利用燃烧室底部的空气.仅靠喷油提前角的变化并不能同时降低NOx和Soot的排量,并通过性能与排放试验进行了验证.