燃烧室热边界对微型发动机瞬态燃烧特性影响数值分析

为了研究燃烧室热边界对微型内燃机微燃烧特性的影响,以指导燃烧室设计,采用层流有限速率模型对微燃烧过程进行了仿真。首先对仿真结果开展了有效性分析,探讨了网格尺寸、时间步长、步长内最大计算步数3个建模因素对仿真结果的影响,结果表明仿真与实验比较吻合。在此基础上探索了散热系数、壁面厚度和材料3个参数对燃烧特性的影响。结果表明,散热系数对燃烧特性有较明显的影响,散热系数从0增加到55 W／（m2·K ）时,压力升高率减小,着火点延后,最高压力值下降了2个大气压。壁面厚度和材料对燃烧特性影响不大,分析表明这是由于在热量从缸内传到外界环境的热流路径中主要传热热阻是外壁面与环境之间的对流换热热阻所致。     

微内燃机点火和燃烧中微尺寸效应的研究

从设计的微小空间燃烧室中，观察微燃烧通道中氢气／空气预混气体的燃烧现象，当空间尺寸从厘米级减小到毫米级时，点火和燃烧的不同特征会导致氢气的着火浓度界限变小，使得燃烧不稳定、不充分，极易造成淬熄．因此，提出了选用淬熄距离小、反应速度快、最小点火能小的气体作燃料，采取催化反应、增压和绝缘等措施促进微小空间内的点火和燃烧．通过分析微小空间对制备微型内燃机内平板电容点火器的限制，表明采用蒸发工艺制备的电极厚度小，因此增加电镀工艺，可使电极厚度达到4μm，明显提高了电容的单次放电能量．     

进气方式对回热型微燃烧器燃烧特性的影响

设计了具有“C”型燃烧室结构的回热型微燃烧器，进行了不同进气方式下的微燃烧实验研究．发现分别进气时燃烧运行界限明显高于预混进气时的运行界限，过量空气系数最高达到7.8．微燃烧器的燃烧效率均较高，预混进气时燃烧效率可达到1，但分别进气时则不能实现完全燃烧．实验发现，分别进气时燃烧器的壁面温度、热损失和出口尾气温度在过量空气系数为1.5左右达到最高，而预混进气时过量空气系数为1时达到最高，且出口尾气温度明显高于非回热型微燃烧器．分析表明，不同的进气方式导致不同的气体混合程度，从而影响了微燃烧器的燃烧性能．由于采用特殊的“C”型燃烧室结构和回热夹层，延长了反应气体在微燃烧室内的停留时间，提高了反应气体的热焓和燃烧反应速度，从而提高了微燃烧效率和出口尾气温度．实验结果为微燃烧/透平发动机的设计提供了科学依据．     

柴油引燃直线氢内燃机稀薄燃烧特性研究

直线氢内燃机特殊的自由活塞运动导致了较低的燃烧反应速率和放热等容程度。为减少燃烧时间损失,提高能量利用效率,在一台直线氢内燃机中尝试应用了引燃稀薄燃烧技术。首先通过原理试验验证了引燃稀薄燃烧技术的可行性,然后采用一种耦合活塞运动的迭代计算方法对柴油引燃直线氢燃料内燃机燃烧性能和运行特点进行了模拟研究。结果表明:采用引燃燃烧技术,有助于提高直线氢内燃机的燃烧速度,减小放热时间损失,增加指示效率。相对于传统点燃燃烧,引燃技术能够提高直线氢内燃机活塞往复运动频率和压缩比,增加直线氢内燃机输出功率,但是引燃燃烧会轻微加重直线氢内燃机的NOx污染物排放。     

基于Simulink内燃机Vibe燃烧规律的建模与仿真技术研究

介绍了动态系统仿真工具 Simulink,建立了基于 Simulink的内燃机 Vibe燃烧规律模型并对其进行仿真 ,结果论证了该工具应用于内燃机研究的有效性     

微型流化床中煤富氧燃烧特性

为了研究流化床锅炉中煤的富氧燃烧反应,将微型流化床反应分析仪和过程质谱仪(MFBRA-MS)联用,以烟煤和无烟煤标准煤样为对象,采用相对定量方法计算CO₂浓度,研究了反应气氛、煤种等因素对煤粉在流化条件下快速燃烧反应动力学的影响.揭示了反应全过程中动力学参数的变化规律,并与热重条件下的实验结果进行对比,同时对主要气体产物的生成特性进行了跟踪和分析.结果表明,烟煤的活化能小于无烟煤,随着O₂浓度的提高,煤富氧燃烧的活化能减小;相同氧浓度下,煤粉在O₂/CO₂气氛中燃烧活化能大于O₂/Ar气氛;微型流化床中煤燃烧反应的活化能显著小于类似反应条件下热重分析获得的燃烧活化能.温度升高会缩短反应响应时间并使最大反应速率值增大,此时对应的转化率也增大.温度小于650℃不适宜煤粉燃烧,此时CO产量增加.O₂浓度升高,CO₂、NO_x产量增加.相同条件下,煤粉在O₂/CO₂气氛中燃烧污染...     

添加剂对微型内燃机甲醇燃烧影响的机理分析

针对电热塞点火微型内燃机燃用甲醇(CH_3OH)燃料时失火率高、循环变动大等问题,提出了采用双氧水(质量分数30%H_2O_2)和硝基甲烷(CH_3NO_2)改善微空间甲醇燃烧的方法,并进行试验测试.试验结果显示,甲醇添加双氧水未能改善燃烧,并使燃烧恶化,加重失火;而甲醇添加硝基甲烷可改善甲醇燃烧,使得循环变动显著降低,并提高了燃烧稳定性.燃烧动力学分析表明,双氧水和硝基甲烷2种添加剂存在类似的助燃机理,都是通过贡献羟基(OH),改善着火性能以及燃烧稳定性.双氧水通过H_2O_2分解产生自由基OH,而硝基甲烷通过自身分解产生CH_3和NO_2并与HO_2/H反应产生OH,从而改善微空间甲醇燃烧.由于试验中双氧水质量分数较低,在添加H_2O_2的同时,混合气中水分增加,降低了初始混合气温度,一定程度上抑制了燃烧,使得双氧水丧失助燃效果.     

甲醇-柴油微乳化油对柴油发动机燃烧排放性能的影响

以0#柴油为基础油配制了四种甲醇质量占比为5%、10%、15%、20%的四种微乳化油,分别标记为M5、M10、M15、M20。在发动机结构和参数未做改动的条件下,对比研究了0#柴油和四种微乳化油的燃烧和排放特性。试验结果表明:微乳化油主燃烧持续期随着甲醇比例的增加而缩短;动力性有所下降,且随甲醇含量的增加,转矩降低越多,但降幅均未超出15%。在常规排放中,CO和NMHC排放量有所增加,NO_x的排放量有所减少;soot排放量大幅度减少。非常规排放物中,甲醛和未燃甲醇的排放量有所增加,且随甲醇含量越高,排放增加量越高。     

壁面参数对甲烷微尺度催化燃烧的影响

采用计算流体力学方法对微通道中甲烷/空气预混气体在铂催化剂作用下的表面反应及散热特性进行了数值研究。3维模型采用详细的表面基元反应机理,并考虑了壁面与流体区域的耦合传热、壁面内的导热及壁面与外界环境间的对流、辐射换热等传热过程。计算结果显示：导热系数会极大地影响壁面温度的均匀性,外壁面的对流换热系数及发射率则是决定微燃烧器热量损失的关键因素。增大壁厚虽然可以减小单位面积散热,但是会增加总的热量损失。热量损失的大小会改变微通道中燃料的反应速度和停留时间,从而对甲烷的转化率造成影响。研究表明：在构建微燃烧器时宜采用具有较大导热系数的材料,同时采用多种方法来降低壁面热量损失。     

微网中两种典型微型燃气轮机运行特性比较

为给微网中基于微型燃气轮机的冷热电联产设备选型提供参考,从多方面分析了两种不同结构的微型燃气轮机特点,并根据微型燃气轮机不同运行模式切换、不同负荷类型以及不同拓扑结构下的动态特性进行了研究．结果表明：微网运行模式切换过程中,单轴MT允许负荷变化的范围要比分轴MT大;单轴结构MT适用于负荷类型较多情况,而分轴结构的MT则受负荷类型影响相对大些;串联微网结构下MT对应的负荷允许变化范围比并联结构的小．     

对称与偏置曲柄滑块机构内燃机的动态特性比较

针对内燃机对称布置活塞与偏置布置活塞两种曲柄滑块机构建立了运动学与动力学数学模型,给出了用MATLAB数学软件进行计算和仿真的结果,分析对比了这两种曲柄滑块机构的动力学和运动学特性.计算和仿真结果表明,活塞偏置布置和增大活塞偏置距离有利于改善内燃机的动态性能.     

自由活塞初速度对微发动机燃烧特性的影响

根据自由活塞发动机的动力学特点,提出单次冲击微型均质充量压燃（HCCI）自由活塞发动机工作过程的模拟方法,并对目前定容燃烧模型进行一定的修正．考虑自由活塞的动能变化对燃烧参数的影响,提出自由活塞截断速度的概念,比较改进后的燃烧模型与目前的定容燃烧模型的计算结果,显示出改进模型的合理性．同时运用改进模型对HCCI自由活塞发动机不同初始速度下的燃烧特性进行模拟,得到了工作压力、温度、着火时刻的变化规律,以及自由活塞运动特性,为该微动力装置的设计提供了理论依据．     

压电式微驱动器的应用研究

在分析常用微驱动器的基础上,设计了一种压电式微驱动器,采用柔性铰链机构实现无机械摩擦、无间隙的高灵敏度微驱动,利用柔性铰链杠杆放大原理增加了叠层式压电陶瓷位移输出．满足了在激光测量系统中作为移相器的工作要求．文章对柔性铰链机构进行了理论分析,建立了数学模型,采用有限元分析方法优化了机构的结构参数．     

内燃机摩擦学分析系统的框架构建

文章根据摩擦学3个公理,考虑这些摩擦学系统的多学科耦合性、系统依赖性和时间依赖性,运用摩擦学系统理论,建立了针对内燃机的摩擦学系统研究的框架.对各级系统的元素构成、耦合作用、运动形式和摩擦学特点进行了分析和总结;最后,从子系统的耦合、全生命周期下的全工况适应性、计算机辅助技术以及数值计算方法等角度,对未来在内燃机摩擦学系统实现中将要面对的一些困难和趋势进行了探讨.     

EGR对甲醇HCCI发动机燃烧与排放的影响

针对均质压燃燃烧难以控制的问题,在一台发动机上,改装进排气系统,并加装均质混合气供油系统和进气加热系统,研究了外部EGR（废气再循环）对甲醇HCCI（均质充量压缩着火）燃烧与排放特性的影响。结果表明：外部EGR对甲醇HCCI燃烧过程和排放都有显著的影响,随EGR率的增加,CA10、CA50逐渐推迟,燃烧持续期逐渐延长,但影响的程度因混合气浓度的不同而变化;HC和CO排放逐渐增加,且增加的幅度逐渐变大;NOx排放仅在混合气较浓时存在（过量空气系数小于1.5时）,且随着EGR率的增加迅速下降。     

柴油机燃烧噪声的传递特性

为研究柴油机燃烧噪声的传递特性,测量了发动机工作和倒拖时的气缸压力,并在不同转速下从4个不同方向上对一台单缸柴油机进行了1/3倍频程噪声频谱分析,分离出燃烧噪声压力级,计算其传递函数.基于柴油机燃烧示功图进行快速傅立叶变换得到气缸压力级频谱,同时计算两种不同工况下的柴油机衰减曲线.结果表明,与倒拖工况相比,4个方向上燃烧工况的噪声级相对增加率均大于4.5%.各个方向上的最大噪声级均出现在中高频范围.随着频率增加4个方向上的传递函数也缓慢增加,两种转速下的衰减曲线走向基本相同.     

内燃机整机性能模糊综合评估方法研究

在模糊集理论的基础上，通过建立评估指标集，求取各性能指标的隶属度函数和权重，建立了内燃机整机性能的模糊综合评估模型，并藉此对内燃机主要性能指标的加权模糊综合评估方法进行了研究，提出了定量化和解析化评估的方法，通过对多种内燃机的整机综合性能所进行的计算分析表明，内燃机整机性能模糊综合评估的关键是隶属度函数和权重的确定，而合理地确定各性能指标的主观赋权对评估结果有着十分重要的影响，实例计算结果验证了所建评估模型是切实可行的。     

耦合动力学的微型发动机燃烧特性

为了获得微型均质充量压燃(HCCI)自由活塞发动机着火燃烧特性参数,根据自由活塞发动机的动力学特点,建立了理想状态下的数学模型,提出了单次冲击微型HCCI自由活塞发动机工作过程的模拟方法.在单次活塞冲击情况下,耦合丙烷详细化学动力学反应机理,对微型HCCI自由活塞发动机着火燃烧过程进行了变参数研究,获得了不同混合气初始条件下着火时刻变化特性以及燃烧特性变化规律.计算结果表明:初始温度、初始压力以及燃料当量比对微型HCCI自由活塞发动机着火燃烧过程有重要的影响.     

甲烷在具有隔热通道的微燃烧器中的燃烧特性

为了解微小Swiss-roll燃烧室的工作特点,用平板Swiss-roll燃烧器进行CH4/空气预混气的燃烧实验,获得了不同甲烷流量时燃烧器的熄火极限,分析了燃烧产物成分.结果表明:该燃烧器能够实现CH4/空气的稳定燃烧,并确保火焰位于燃烧器的中心;当存在回热时,未燃气体被加热,燃烧器的可燃极限范围增大,但上下极限并不对称,富燃极限比较小,而富氧极限比较大,预混气体能够在较大的空气流量下稳定燃烧;燃烧器最高的壁面温度在理论当量比附近,且随着空气流量的增大,火焰温度逐渐下降;空气过量时甲烷可实现较完全燃烧,空气不足时过剩的甲烷转化为H2和CO,减小了燃烧放热量,使燃烧器容易熄火.