一、BUMP燃烧室"内混合气形成及缸内气流运动的研究(论文文献综述)
孙彦斌[1](2021)在《基于燃烧过程的高强化柴油机燃烧室结构与喷油参数匹配研究》文中研究指明现代高强化柴油机的转速高、燃油喷射量大,因此需要在极短的时间内完成燃油的喷射、破碎、雾化、蒸发和混合过程。为了加快高强化柴油机缸内混合气形成的速率,提高混合气形成的均匀性,改善燃烧过程,一方面可以加大燃油喷射压力,提高燃油的雾化程度。另一方面需要对高强化柴油机的燃烧室形状和燃油喷射参数进行合理匹配。本文以高强化单缸柴油机为研究对象,基于燃烧过程的改善来提升其动力性能,本文采用AVL-FIRE进行数值模拟计算,研究了燃烧室形状和燃油喷射参数对高强化柴油机性能的影响。主要研究内容如下:(1)本文首先建立了单缸高强化柴油机的仿真计算模型,初始条件通过一维仿真获得,边界温度采用经验值。并将仿真缸压曲线与试验缸压曲线进行对比,最大误差低于3%。(2)在压缩比恒定的前提下,通过改变燃烧室结构参数(缩口直径、凸台高度、缩口深度)得到形状不同的燃烧室,对各燃烧室进行仿真计算,分析各结构参数对缸内燃烧过程的影响。结果表明:适当减小缩口直径、增大凸台高度能够增强缸内的湍流运动,改善燃烧,提升动力性能。通过改变燃烧室结构,指示功较原机的最大增幅达到了1.8%。(3)选取不同的喷油提前角进行缸内燃烧仿真,结果表明:随着喷油时刻的提前,指示功先升高后降低,喷油提前角为14°CA BTDC时,指示功最大,较原机提升了2.2%。选用合适的喷油提前角能够实现对燃烧相位的调整,使燃烧过程在合理的曲轴转角范围内进行,进而提高热效率,提升动力性能。(4)分别调整油嘴伸出高度、油束夹角进行仿真计算,结果表明:随着油嘴伸出高度的增加,动力性提升,采用1.5mm的油嘴伸出高度时,动力性较原机提升了2.72%;油束夹角的变化会导致喷雾轴向分布以及燃料着壁后运动趋势的变化。油束夹角过大和过小动力性能都有所下降,153°油束夹角时,指示功最大,较原机提升2.72%。(5)在喷孔总流通面积恒定的情况下,改变喷孔个数进行仿真。结果表明:喷孔数的变化会导致喷雾周向分布、贯穿距离以及索特平均直径的变化。喷孔数过多或过少都不利于动力性的提升,当喷孔数为12时,指示功最大,较原机提升2.72%。
杜桂枝[2](2021)在《压燃式天然气发动机高效稳定运转工况范围拓展研究》文中提出面对日益严峻的能源环境现状以及传统内燃机车所受到的严峻挑战,使用清洁可替代燃料和高效节能减排燃烧方式是改善问题的途径之一。本文以清洁燃料天然气和高效燃烧方式均质充量压燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)为研究主体,针对均质压燃存在的燃烧过程难以控制和运行范围窄的问题,以拓展天然气HCCI发动机运行范围、实现天然气HCCI发动机全工况范围稳定运行为研究目标;采用理论分析、台架试验和模拟计算为研究手段,构建了天然气HCCI燃烧单缸机试验平台、柴油引燃天然气双燃料多缸机试验平台及三维模拟计算平台、化学反应动力学准维多区模拟计算平台,对天然气HCCI发动机敏感边界条件的燃烧特性、拓展天然气HCCI发动机运行范围的有效策略以及拓展后发动机的稳定运行范围进行了系列研究。主要研究内容和结论包括:(1)天然气HCCI发动机受到爆震和失火极限的限制,其稳定运行范围较窄。发动机的爆震极限和失火极限随着转速的增加向稀混合气方向移动,稳定燃烧范围没有明显变化。进气温度增加对爆震极限影响不大,发动机的稳定燃烧边界向稀混合气方向移动,整体运行范围变宽。转速为1000r/min时,随着进气温度升高,过量空气系数增加,天然气HCCI发动机的有效热效率均降低。在低转速下,燃烧始点对过量空气系数最为敏感;随着转速增加,敏感度系数降低,而当转速达到1800r/min时,燃烧始点对过量空气系数的敏感度系数反而增加。随着转速增加,燃烧始点对进气温度的敏感度先增加后降低。(2)外部废气再循环(EGR)、负气门重叠(Negative Valve Overlap,NVO)和排气门晚关(Late Exhaust Valve Close,LEVC)三种EGR策略均具有推迟着火,延长燃烧持续期,拓展天然气HCCI发动机高负荷运行范围的潜力。但LEVC策略下的内部EGR潜力最小。NVO的内部EGR策略比外部EGR策略更容易实现天然气HCCI发动机高负荷运行范围拓展。随着EGR率增加,外部EGR策略下缸内温度降低,缸内轴向温度由上中下对应于低中高三个层次明显的温度分层现象转变为上低下中的分层现象;NVO策略缸内温度大小几乎不变,缸内温度呈现出上中下对应于低中高三个层次明显的温度分层现象,表现出较为明显的高温区转移特征,即由进气侧转移至排气侧;LEVC策略下缸内温度升高,缸内轴向温度由低中高三个层次的温度分层现象转变为中高温分层现象。对比三种EGR策略,NVO策略是实现高指示热效率的有效控制策略。(3)从化学反应动力学角度开展进气道喷水对天然气HCCI发动机燃烧特性、缸内重要组分以及高负荷下爆震强度影响的研究。另外,改变加入缸内水的物理特性,探究水的稀释效应、热效应和化学效应对燃烧始点的影响。结果表明:随着喷水质量分数的增加,缸内压力峰值降低以及压力峰值所对应的曲轴转角后移。随着过量空气系数增大和进气温度降低,缸内燃烧过程对喷水的敏感度变大,天然气HCCI发动机对水的容忍度变小。在发生爆震非正常燃烧的高负荷工况下,喷水会使燃烧始点后移,爆震强度降低,使燃烧过程正常化。水的热效应对燃烧始点的影响明显大于其化学效应和稀释效应。在采取喷水来减慢化学反应,缓解爆震和拓展负荷的同时,改变进气温度以实现燃烧边界条件与燃料化学的协同控制,是实现天然气HCCI可控燃烧的有效手段。喷水能有效降低缸内重要组分的产出和消耗率,降低主要基元反应速率,减缓缸内化学反应进程。对比外部EGR策略、NVO策略、LEVC策略以及喷水策略,NVO策略是一种可获得高热效率,可作为拓展发动机高负荷运行范围的最优控制策略。(4)活性燃料氢气、臭氧、二甲醚和柴油四种添加剂均能够改变缸内组分自燃特性,增强混合气着火能力。随着添加剂引入质量分数和柴油替代率增加,缸内整体燃烧相位提前,燃烧持续期缩短。四种添加剂均具有拓展天然气HCCI发动机低负荷运行范围的能力。从四种添加剂的助燃机理看,氢气的加入增加了重要自由基OH浓度;臭氧的加入增加了O原子浓度,进而增加了重要自由基OH浓度,自由基OH浓度的增加加快了消耗甲烷主要反应速率,加快了缸内燃烧过程;二甲醚和柴油的助燃机理在于二者易燃,燃烧后引燃天然气。从混合气形成、发动机热效率及成本对比,氢气是一种环保、可持续、低成本且易于拓展天然气HCCI发动机低负荷运行范围的优良添加剂。(5)基于确定的可拓展天然气HCCI发动机稳定范围的NVO和加氢控制策略,不同转速下发动机的稳定运行范围均得到了拓展,表明NVO策略和加氢策略是拓展天然气HCCI发动机稳定运行范围的有效策略。但针对不同工况的具体i-EGR率和氢气质量分数还需通过试验进行匹配研究。
温蓉蓉[3](2021)在《缸内双喷油器对高升功率柴油机燃烧性能的影响研究》文中研究表明高升功率柴油机的特征是通过高增压技术和高压共轨电喷技术等方式提高燃油的燃烧放热效率,但目前柴油机喷油系统很难满足高升功率柴油机的要求。在缸内使用双喷油器可以实现短时间内所需喷油量,并通过控制双喷油器燃油喷射方向提高空气利用率。本文以某高升功率单缸柴油机为研究平台,主要通过在缸内使用双喷油器系统,保持其中心喷油器位置不变,设置一个侧置喷油器,实现短时间内达到升功率提升后所需喷油量,研究使用缸内双喷系统后的柴油机能否达到相应水平。本文结合GT-Power和AVL-Fire软件进行了柴油机的模拟计算,研究侧置喷油器位置、侧置喷油器喷射参数、双喷油器油量配比对高升功率柴油机燃烧过程的影响。主要研究内容如下:(1)运用GT-Power软件搭建柴油机一维模型,结合一维模型计算结果在AVL-Fire软件中搭建柴油机三维仿真模型并验证模型准确性。模拟双喷油器不同相对位置对燃烧过程的影响。研究结果显示,相对距离的改变主要影响两个喷油器喷雾间的干扰程度及油气混合质量。在侧置喷油器位置靠近中心喷油器前提下,侧置喷油器位置越靠近燃烧室中心,柴油机燃烧特性好,缸内累积放热量最多。相对夹角与侧置喷油器喷孔包角对柴油机燃烧的影响是耦合的,相对距离为2mm时存在最合适的相对夹角匹配喷孔包角。(2)研究侧置喷油器喷射参数包括喷孔数、喷孔孔径、喷油持续期和喷油正时对柴油机燃烧过程的影响。研究结果表明,侧置喷油器孔径减小、喷孔数增多,明显使燃油雾化更充分,增大燃烧前期动力性能,但喷孔数过多、孔径过小使较多燃油附壁进而影响燃油利用和燃烧过程,累积放热量减少。改变侧置喷油器喷油持续期和喷油正时,压力、温度、放热率均有明显区别。喷油持续期过长,动力性下降,喷油持续期过短,燃油利用率和累积放热量下降。喷油正时在中心喷油器之前,燃烧效率低,在中心喷油器之后喷油,喷油正时为9°CA BTDC时综合效果最好。(3)侧置喷油器整体油量占比较小,模拟双喷油器不同油量配比下柴油机的燃烧过程,研究结果表明,减小侧置喷油器喷油占比可以有效提高柴油机动力性,累积放热量大幅度增加。在侧置喷油器喷油占比为5%时,累积放热量相比喷油比例为10%时提高0.8%,相比喷油占比15%提高2.8%,相比升功率110k W/L对应累积放热量提高0.1%。(4)按照效率相等原则对优选方案下的累积放热量与计算升功率110k W/L对应的累积放热量进行对比,结果表明,通过确定侧置喷油器相对最佳位置、最优喷射参数的前提下,合适的喷油配比,侧置喷油器少量喷油可以达到升功率提高后相应水平。
商震[4](2021)在《基于氢气缸内直喷的正丁醇/汽油复合喷射发动机燃烧及排放特性研究》文中指出在化石能源消耗和大气污染问题所给予汽车行业双重压力的背景下,以现有高效、低污染的燃烧技术为基础,应用清洁、可持续的替代燃料已逐渐成为改进传统点燃式发动机的又一发展趋势。本文依据对丁醇和氢气燃料理化性质的分析(本文所述丁醇为正丁醇),基于复合喷射燃烧技术,通过在丁醇/汽油试验研究的基础上提出了一种新的燃烧控制策略:氢气(气体辅助燃料)缸内直喷结合丁醇/汽油(主体做功燃料)进气道喷射的复合喷射模式。针对提出的燃烧模式,本文又利用试验的手段对其燃烧和排放特性进行了广泛研究及多角度评价,以期将复合喷射的技术路线与不同燃料理化特性的各自优势充分结合,探寻合理的氢气缸内直喷策略,使丁醇/汽油混合燃料替代纯汽油成为一种能减少化石能源消耗、获得良好燃烧表现并降低尾气排放的有效且可实施的方法。本文开展的主要研究工作及所获结论如下:首先,搭建了丁醇/汽油复合喷射发动机的试验测控平台,通过试验手段探究了不同丁醇/汽油掺混比例及直喷燃油分配比例对发动机缸内燃烧状态和排放物生成水平的影响规律。结果表明,在最优丁醇/汽油燃料配比的基础上,结合复合喷射技术是进一步提升其在中小负荷工况下平均有效压力,缩短火焰发展期和快速燃烧期,提高缸压峰值和放热率峰值,并显着降低HC、CO排放及微粒总数量浓度的有效方法。在试验工况范围内,25%掺醇比配合20%缸内直喷比的丁醇/汽油复合喷射策略获得了最佳的燃烧性能。其次,在发动机测控平台上加装了独立的氢气缸内直喷供给系统,以实现进气道喷射丁醇/汽油、缸内直喷氢气的复合喷射模式,重点定量研究了中低速、中小负荷不同工况下喷氢策略对缸内混合气分布状态影响规律,及其对丁醇/汽油发动机燃烧和排放特性的改善作用。结果表明,压缩冲程直接喷入缸内的氢气会在燃烧室内形成以火花塞为中心富集、向外逐渐由浓到稀的分层分布状态;再加之氢气具有点火能量低、火焰传播速度快等理化特性,有效保证了丁醇/汽油混合气的稳定点火和集中燃烧。进一步的,喷氢时刻和喷氢压力共同决定了氢气在燃烧室内形成的分层质量,在燃料配比和每循环总热量不变的前提下,合理的喷氢策略才能充分发挥氢气缸内直喷的引燃、助燃特性,显着提高发动机的动力性并降低其排放。此外,氢气的分布状态也易受到来自缸内流场变化的作用,不同转速和负荷的工况下都会有不同的最佳喷氢策略与之配合,并且掺氢在低转速、小负荷工况下对燃烧性能的改善效果更为显着。再次,为更加全面、综合地分析氢气缸内直喷结合丁醇/汽油复合喷射模式下氢气和丁醇的协同作用,探究了不同丁醇/汽油掺混比下发动机燃烧及排放特性随掺氢比的变化规律。单独对掺氢的作用分析可知,丁醇/汽油燃料发动机燃烧性能的提升主要体现在掺氢与否,而对掺氢比例的敏感度相对较低。对丁醇和氢气的协同作用分析可知,在低掺醇比条件下,少量掺醇后层流火焰传播速度的提高等与氢气相似的促进作用会相对减弱氢气的提升效果;而在较高掺醇比条件下,继续提升掺氢比以抵消丁醇带来的较为严重的低饱和蒸汽压及高汽化潜热的负面影响,仍能进一步提高丁醇/汽油发动机的动力性及经济性。这也表明氢气缸内直喷对较大掺醇比的丁醇/汽油改善效果更加明显,是扩大发动机对丁醇的耐受度的有效方法之一。最后,在前述合理直喷策略和喷氢策略的基础上,继续探究了不同过量空气系数下丁醇/汽油复合喷射模式及氢气缸内直喷结合丁醇/汽油复合喷射模式对发动机稀燃特性的影响规律,从而进一步发掘提升丁醇/汽油发动机热效率、降低排放的潜能。结果表明,采用复合喷射技术或氢气辅助燃料均可有效降低火焰核心受周围混合气浓度变动以及缸内气流运动变化的干扰程度,弥补丁醇/汽油稀混合气火焰核心不稳定、形成时间长,燃烧进程不均匀等问题,明显改善丁醇/汽油的稀燃稳定性,降低CoVpmi(平均指示压力循环变动系数)并大幅拓宽稀燃极限。进一步的,在过量空气系数为1.2时的氢气缸内直喷结合丁醇/汽油复合喷射模式能够在平均有效压力基本不变的前提下显着提升有效热效率,并大幅降低HC、CO排放及微粒总数量浓度。因此可以采用稀薄燃烧结合氢气缸内直喷在保证动力性的前提下作为进一步提升丁醇/汽油发动机热效率,改善燃油经济性及排放特性的有效控制策略。
韩志[5](2021)在《缸内滚流对点燃式天然气发动机性能的影响》文中进行了进一步梳理目前天然气发动机主流技术路线为点燃式当量燃烧匹配高效EGR及三元催化器。火花点燃缸内存在火焰传播,且甲烷燃烧迟滞,本文从改变缸内流动模式入手,研究滚流对点燃式天然气发动机性能的影响,以期加快缸内天然气燃烧速率,提高发动机热效率。基于一台点燃式当量燃烧天然气发动机,本研究首先试验采集各工况点数据,而后根据原机三维模型及原机试验数据建立了原机数值模拟平台,并对标本研究工况点的试验数据对模拟平台进行了验证。对涡流与滚流进行解耦分析与研究,高初始涡流比(SR0)流场或高初始滚流比(TR0)流场均可获得较强湍流,且同等水平下,滚流流场内部湍流远强于涡流流场内部湍流。此外,火核的形成与发展对涡流流场作用下的点燃式天然气发动机燃烧过程有决定性影响,其使天然气的燃烧过程随SR0变化的规律呈现以SR0=2为界的两阶段特性,当SR0不低于2时,可充分发挥涡流对天然气燃烧过程的增益效果,指示热效率最高可达43.18%。滚流流场在上止点附近低速高湍动能的流场条件既有利于火核的形成与发展,又可增强天然气的湍流燃烧,如此使得天然气的缸内燃烧过程随TR0变化规律呈现以TR0=1.25为界的两阶段特性,当TR0不低于1.25时,可充分发挥滚流对天然气燃烧过程的增益效果,指示循环热效率最高可以达到44.39%。分析可知,滚流为主的缸内流场可更加显着地改善点燃式天然气发动机缸内燃烧过程。设计了三款不同α角的进气及燃烧系统,并进行仿真研究。结果发现,滚流运动的滚流比经历了一个双峰变化,进气冲程中第一峰值大小一定程度上决定整体缸内滚流水平的高低,且α越大,第一峰值越大。分析可知,进气道主要影响气流运动的惯性走向,进而影响从气门上部和下部射流入缸的混合气比重及射流强度,最终影响主次滚流的规模及强度,影响滚流比第一峰高度。兼顾流量系数的同时,应改进气道形状以增大从气门上部射流入缸的混合气比重,获得高滚流。保证与原机涡流进气及燃烧系统(SICS)压缩比一致的前提下,设计了贴合实际的滚流进气及燃烧系统(TICS)。就进气冲程后半段以及做功冲程,在两个典型高低转速工况条件下,SICS缸内保有1.0左右较高水平涡流运动,滚流运动微弱;与此相反,TICS缸内涡流运动微弱,而缸内滚流演化呈现双峰特性。进气冲程后半段直到压缩上止点附近的过程中,TICS缸内湍流水平高于SICS,研究表明缸内微尺度湍流强弱主要与滚流强弱相关联,受涡流影响不大。两个典型高低转速工况,相较于SICS,应用TICS可在点火前夕获得更高湍动能,增大湍流燃烧比重,增强湍流燃烧强度,有望在全工况范围内提升发动机指示循环热效率;其次,相比于高速工况,TICS在低速工况对原机SICS缸内湍动能以及热效率的提升更明显。
张敬贤[6](2021)在《喷射策略对天然气/柴油双燃料发动机燃烧和排放的影响》文中研究指明天然气作为低碳燃料被视为能实现发动机高效洁净燃烧与降低CO2的优质替代燃料,现已广泛应用于交通运输领域,但天然气发动机小负荷工况下燃烧稳定性差、替代率无法提高的瓶颈限制了其进一步应用推广。本文主要采用数值模拟的方法,针对小负荷高替代率工况,研究不同喷射策略对双燃料发动机的影响,探索高效清洁燃烧的可能。首先,根据试验数据构建带进排气道和燃烧室的天然气进气道喷射全模型,研究柴油预喷策略、预喷耦合EGR策略的影响规律。其次,构建天然气缸内直喷模型,研究天然气射流轴线与水平方向夹角、两射流轴线方向相对夹角、天然气喷气定时、直喷/气道复合喷射比例对天然气混合过程、缸内浓度分布及着火燃烧过程的影响,在此基础上设计对比几种喷射策略。天然气进气道喷射模式下采用合适的预喷策略能优化缸内温度、压力和燃烧相位,可以使除NOx之外的排放保持在较低水平。预喷定时不变仅提高预喷油量,或者预喷油量不变仅提前预喷定时,都能加快燃烧速率,提高温度、压力。预喷结合EGR的策略使缸内燃烧速率放缓,整体燃烧后移,压力和温度均下降,降低NOx排放,但Soot、CO、CH4、HC排放会随EGR率增大而升高。该工况下,采用15%EGR率、-20℃A ATDC预喷定时、30%预喷油量占比的耦合策略,主要排放物均低于原机单次喷射。天然气缸内直喷与进气道喷射相比,在喷油时缸内天然气不均匀分布,形成的天然气-柴油-空气混合气更多,更容易达到发火界限,一定程度上改善了预混合气均匀过稀的情况,整体放热更多,缸压和放热率都呈上升趋势,排放中HC、CO下降,NOx相应上升。不同水平夹角α使缸内形成不同浓度分布。α=50和60时,燃烧室内能形成尺度较大的稳定涡旋结构,裹挟大量天然气,形成局部浓混合气区域,喷油后受到燃油射流和缸内原有涡旋的相互作用、燃油射流卷吸效应、附壁射流的流动这3者的影响,燃料混合更充分。故随着α增大,缸压逐渐升高;放热率双峰逐渐变为单峰且峰值逐渐升高;NOx排放上升,HC、CO和CH4排放降低。α=50比30,缸压高31.2%,CA50提前4度,NOx增加2.48倍,HC、CO、CH4分别降低36.1%、68.9%、39.0%。相对交角β会影响喷油后缸内混合过程,β=0和10时,形成以唇口位置为中心且浓度差较大的分层分布;β=20时,形成以凹坑为中心浓度差较小的层次分布;β=30和40时受流动作用形成大量柴油-天然气-空气混合气并在缸内大范围分布。故随着β增大,缸压逐渐升高;放热率由两个明显的峰靠拢成为单峰,放热重心提前,最大值上升;NOx排放上升,HC、CO排放下降。β=40峰值压力比β=0提高约24.8%,放热率提高1.92倍;NO排放β=30是β=0的3.45倍;β=40 HC、CO排放最低,比β=0分别降低了85.4%、80%。喷气定时由-50℃A ATDC推后到-30℃A ATDC为止,都能在燃烧室凹坑附近形成天然气的积聚,喷油时流动作用下混合较好,产生较多柴油-天然气-空气混合气,加快燃烧速率,放热率和缸压较高;SOI=-20℃A ATDC时混合不充分,柴油分布范围较小且燃烧主要在低温弱流动的压缩余隙附近进行,缸压和放热率比前者低10.4%、22.3%;推迟到-10℃A ATDC时混合时间最短,天然气在燃烧室底面和中心区域积聚,引燃柴油分布范围更小。故前3个喷气定时排放差异不大,SOI=-20℃A ATDC较前3者NOx排放降低44.4%,HC、CO、CH4排放分别上升151.2%、71.6%、150.1%。天然气采用直喷/气道复合喷射时,随着直喷比例增大,参与燃烧的天然气更多,速率加快,放热更多,故缸压、放热率及缸温逐渐上升,除NOx排放逐渐增大,其余排放逐渐降低,且HC、CH4变化幅度以直喷比例40%为节点,低于40%时降低较慢,后续加快。不同喷射策略下缸内混合和燃烧过程不同。方案2天然气进气道喷射,柴油两次提前喷射,第一次柴油喷射较早且质量较大,有充足时间形成均匀天然气-柴油-空气混合气,未达到上止点就开始大面积同时着火,燃烧呈现单峰放热,放热速率快,燃烧重心在上止点,缸温、缸压及压力升高率较大;方案4天然气缸内直喷,柴油两次喷射,第一次较早喷油,但喷气定时较晚,有效混合时间短,此外第二次喷入的燃油量少,当量比低延后了着火始点,放热总体后移。天然气进气道喷射,柴油提前多次喷射比上止点附近单次喷射,排放中NOx上升134.9%,HC降低95.2%,CO、CH4几乎为零;柴油上止点附近单次喷射,天然气缸内直喷比气道喷射,NOx升高388.5%但HC、CO、CH4分别降低90.7%、80.2%、91.2%;天然气缸内直喷、柴油两次喷射比天然气气道喷射,HC、CO、CH4排放分别降低43.5%、15.5%、65.1%;天然气采用复合喷射,与天然气缸内直喷模式相比,参与燃烧的天然气量减少,可以实现对主要排放物的平衡。
刘海朝[7](2020)在《喷射方式对氢燃料内燃机混合气形成、燃烧及排放的影响研究》文中进行了进一步梳理近半个世纪以来,车用内燃机广泛应用带来的能源紧缺和排放污染已成为车用动力发展的主要问题,从而推动新型清洁能源汽车的大力发展。氢燃料因清洁环保、可再生的优势成为重要的内燃机代用燃料。由于氢气分子量小、密度极小,在燃料供给时会快速扩散,导致出现空气供给阻塞现象;同时氢气供给在很大程度上影响异常燃烧和排放特性。因此氢气供给成为氢燃料内燃机燃烧系统匹配的重要研究内容。本文基于JH600单缸进气道喷射氢燃料发动机试验台架,结合CFD仿真的手段,研究了喷射方式对氢燃料内燃机氢气与空气混合、异常燃烧、燃烧与排放特性的影响规律,为氢燃料内燃机的优化控制提供理论依据和可行参数。主要研究工作和结论如下:1.基于一台试验用JH600单缸四气门进气道喷射氢燃料内燃机建立了三维实体模型,采用FIRE软件平台完成了三维计算网格,设定初始条件和边界条件,确定流动、燃烧及排放模型,完成了CFD仿真模型构建。基于试验获取的缸内压力和放热率曲线,对仿真模型进行验证,结果表明建立的CFD模型具有较高的仿真精度。2.基于所构建的CFD模型,仿真研究了多种喷射方式对进气、混合的影响规律。研究发现,采用提高喷射压力的单次喷射方式对改善进气阻塞的效果并不明显,而单路多次喷射和双路对称喷射对改善进气阻塞有显着作用。同时发现,采用双路对称喷射和多次喷射,还可以提高缸内平均湍动能和混合均匀性。3.仿真研究在不同喷氢方式及喷氢相位下,缸内炽热点的形成过程、面积及高温持续时间的影响规律。相比单路单次喷射,发现双路对称喷射能显着降低高温区域面积、最高温度和高温持续时间。喷氢方式会影响进气道内残余氢气量,进而影响回火发生概率。喷射相位的推迟对低转速炽热区域发展起有抑制作用。4.研究不同喷射方式对缸内火焰发展、放热规律、缸内压力、缸内温度以及NOx的影响规律。仿真结果发现采用双路对称喷射方式有利于提高火焰传播速率,得到更高的瞬时放热率,进而提高缸内压力与温度,提升动力性和热效率。但是,仿真结果发现采用双路对称喷射方式会造成NO质量分数的增加,导致内燃机排放性能劣化,需要进一步与动力性进行优化折中。
付壵[8](2020)在《柴油机双层分流燃烧室燃空分布特性与结构设计探索》文中研究说明高速直喷式柴油机燃烧室结构对组织缸内油气混合与燃烧具有重要影响,设计恰当的燃烧室结构以实现合理的气流和喷雾运动,可以有效减少燃油附壁,促进油气混合和燃烧,是提升柴油机性能的有效途径。燃油喷射压力的不断提升使高速直喷式柴油机燃烧室结构向着大径深比、低面容比的方向发展,但仍存在着顶隙空间利用不充分、燃油喷雾扩散速度慢的问题。为解决这些问题,提出了双层分流燃烧室(Double-Layer Diverging Combustion chamber,DLDC chamber)的概念,通过使撞壁后的燃油在上、下层燃烧空间分层流动以引导燃油与空气快速均匀混合,实现顶隙空间的快速利用和保证燃烧室中心区域的利用,达到改善柴油机性能的目的。前期研究显示该燃烧室具有改善油气混合、降低油耗率的潜力。为了进一步挖掘双层分流燃烧室节能减排的潜力,有必要研究不同燃油喷射条件下该燃烧室的结构参数对柴油机缸内燃油扩散与燃烧过程、污染物生成过程、空间利用以及性能的影响,阐明其油气室匹配特点,提供双层分流燃烧室的结构设计依据。本文基于一台单缸135柴油机,设计了四种能够反映六项主要结构参数的双层分流燃烧室,采用数值模拟、高速摄影可视化测量和发动机台架实验等方法对双层分流燃烧室进行了更深入的研究。双层分流燃烧室内燃油喷雾扩散的数值模拟结果表明:碰撞台的高度和喉口直径会影响燃油撞壁的状态和撞壁后的扩散速度,取消剥离面有助于燃油的快速扩散。容积较小的近似浅盆形的上层燃烧空间和容积较大的近似浅ω形的上层燃烧空间分别在不同的燃油撞壁情况下促进了燃油喷雾扩散与顶隙空间利用。容积较大、底部凸起较小的下层燃烧空间更有助于燃油快速扩散。选择了结构特征对比明显、燃油喷雾扩散较好的Ⅰ型和Ⅱ型双层分流燃烧室用于后续研究。燃油喷雾在燃烧室二维模型内扩散的高速摄影结果显示:相较于传统结构燃烧室,双层分流燃烧室使燃油更早撞壁,促进了燃油喷雾的扩散和顶隙空间的利用,不同燃烧空间内的燃油喷雾扩散受燃油喷射条件的影响不同,显示出了不同的油气室匹配特点。在本研究的实验条件下还发现:有特定的燃油喷射压力使双层分流燃烧室的燃油喷雾分布范围达到最大;提前燃油喷射正时不利于下层燃烧空间的利用,上层燃烧空间和顶隙空间的利用受燃油进入量和顶隙容积的共同影响,在不同的燃油喷射正时区间内调整燃油喷射正时对双层分流燃烧室的燃油喷雾分布范围影响不同;减小油束夹角和喷孔孔径对容积小、燃油进入量少的下层燃烧空间内燃油喷雾扩散的影响更明显,不同上层燃烧空间内的燃油喷雾扩散会在不同阶段受到更明显的影响。Ⅰ型双层分流燃烧室各区域均获得了良好的利用,扩散后期的燃油喷雾扩散速率高。Ⅱ型双层分流燃烧室使燃油沿上层燃烧空间底部扩散并在该空间外侧停留,扩散初期的燃油喷雾扩散速率高。双层分流燃烧室的缸内数值模拟结果显示:该燃烧室提供了更弱的挤流和逆挤流;其NOx生成主要是由燃烧室直接引导燃油分层燃烧导致的,受逆挤流的影响较传统结构燃烧室小;若易形成更均匀的混合气,碳烟仅会在下层燃烧空间的燃油喷雾扩散末端产生,若燃油易在局部停留,形成的过浓混合气会导致明显的碳烟生成。数值模拟和柴油机台架实验结果表明:改变燃油喷射条件对不同燃烧空间内油气混合和燃烧的影响不同,这使双层分流燃烧室对柴油机的缸内过程和性能的影响不同于传统结构燃烧室。有不同的燃油喷射压力使双层分流燃烧室的油耗率和碳烟排放分别达到最低。提前燃油喷射正时更有助于降低双层分流燃烧室的油耗率。当喷孔数量减少或油束夹角和喷孔孔径减小后,双层分流燃烧室提供了较ω形燃烧室低的油耗率与碳烟排放和较缩口燃烧室低的NOx与碳烟排放。Ⅰ型双层分流燃烧室缸内最高压力和预混合燃烧阶段放热率较高,可提供较低的油耗率和碳烟排放以及较高的NOx排放。Ⅱ型双层分流燃烧室缸内最高压力和预混合燃烧阶段放热率较低,可提供较低的NOx排放以及较高的油耗率和碳烟排放。通过多工况条件下的柴油机台架实验明确了双层分流燃烧室对柴油机性能的影响。其中最显着的结果如下:在喷油嘴A(8孔、1500油束夹角、Φ0.18 mm孔径)、NOx排放相同时,Ⅰ型双层分流燃烧室可提供低于传统结构燃烧室的油耗率和碳烟排放。此时其加权平均油耗率较ω形燃烧室低5.5%、较缩口燃烧室低1.9%,加权平均碳烟排放较ω形燃烧室低52.1%、较缩口燃烧室低35.4%。在喷油嘴B(7孔、150°油束夹角、Φ0.18 mm孔径)、油耗率相同时,Ⅱ型双层分流燃烧室可提供低于传统结构燃烧室的NOx和碳烟排放。此时其加权平均NOx排放较ω形燃烧室低17%、较缩口燃烧室低4.6%,加权平均碳烟排放较ω形燃烧室低45%、较缩口燃烧室低28%。综上,双层分流燃烧室有效促进了燃油喷雾的扩散和顶隙空间的利用。上、下燃烧空间内的油气混合与燃烧受燃油喷射条件的影响不同,显示出有不同的油气室匹配特点,二者共同决定了双层分流燃烧室内的油气混合与燃烧过程以及对柴油机性能的影响。本文还获得了双层分流燃烧室的设计原则:碰撞台较高、喉口直径较大时,双层分流燃烧室应采用容积较大、底部凸起较小的下层燃烧空间和近似浅盆形的上层燃烧空间;碰撞台较低、喉口直径较小时,双层分流燃烧室应采用容积较大的近似浅ω形的上层燃烧空间,此时下层燃烧空间底部会有较高的凸起,但活塞凹坑底部空间仍可以得到有效利用。
何旭,伍岳,马骁,李雁飞,齐运亮,刘泽昌,徐一凡,周扬,李熊伟,刘聪,冯海涛,刘福水[9](2020)在《内燃机光学诊断试验平台和测试方法综述》文中指出活塞式内燃发动机是现代工业中应用最为广泛的动力机械装置。由于其内部燃料喷射、蒸发、燃烧等复杂的工作过程会对发动机的结构可靠性、能量利用效率和污染物生成产生极大影响,研究内部过程的物理机理并确定控制策略对于发动机的设计和改进具有重要的科学意义和实用价值。近年来,为更加深入理解发动机内部工作过程,研究人员广泛采用光学诊断试验技术来测量发动机缸内流动和燃烧特性。本文首先介绍了各类用于模拟发动机工作过程的试验台架(如定容燃烧弹、快速压缩机、光学发动机等)。在此基础上,分析了各类光学诊断技术的基本原理及其在发动机研究中的应用。光学诊断技术分为两类进行讨论,分别是基于传统光学的传统诊断技术(如纹影法、双色法等)和基于激光的先进诊断技术(如粒子图像测速法、激光诱导荧光法等)。光学诊断技术可在多尺度下测量缸内温度、物质浓度、液滴粒径等参数,为准确评估发动机喷油、蒸发、燃烧过程提供试验依据。更重要的是,光学诊断技术为更加深入理解高温高压环境下流动、燃烧的物理/化学机理提供了可能性,为开发高功率、高能效、低排放的先进发动机提供可靠的试验手段,同时为研究人员未来开展基础试验研究、更加深入地理解发动机工作过程提供指导。
曹睿鑫[10](2020)在《高强化柴油机气体流动及缸内燃烧过程模拟研究》文中研究表明高强化柴油机具有转速高、循环进气量大及燃油喷射压力高的特点,可以满足柴油机结构紧凑、动力强劲、性能高效的发展要求,但同时对其缸内气体流动、油气混合及燃烧放热过程提出了更高的要求。在进气行程中,合理的进气道结构可以保证充足的进气量及良好的气流运动,从而提升高强化柴油机的性能;在压缩燃烧行程中,燃烧室的结构会影响油气混合及缸内燃烧过程。因此,解析高强化柴油机工作过程中进气道及缸内的流场状态以及不同进气道形式和燃烧室结构对其气体流动、油气混合及燃烧性能的影响规律,具有十分重要的意义。首先,本文以某型高强化柴油机为研究对象,运用三维仿真软件Converge对其工作过程进行模拟研究,建立了高强化柴油机对应的三维数学模型,明确了计算需要的初始参数及边界条件,将仿真结果与单缸机实验平台测得的数据进行对比标定,保证了计算模型及参数设置的准确性,具体分析了缸内进气-压缩-燃烧各个行程的流场变化。其次,本文在原模型的基础上,选择了一种螺旋气道加切向气道的新型进气道结构,对该组合进气道进行气道流通特性分析,并重点分析了气门间隙处的速度流场,随后对比研究了不同进气道结构对缸内流场及燃烧特性的影响。结果表明:组合进气道虽然少量降低了缸内累计进气量,但在很大程度上提高了缸内涡流比,并始终保持着一定强度,促进了压缩行程末期油气混合及燃烧反应的进行。最后,本文通过改变燃烧室径深比建立了两种不同结构的燃烧室,选取了定量表征油气混合及燃烧性能的特征参数,结合三维流场分布状态,深入研究了不同燃烧室径深比对高强化柴油机油气混合及燃烧放热的影响规律。结果表明:在原燃烧室模型的基础上适当减小径深比,可以增强挤流和逆挤流运动,促进缸内油气混合,从而改善燃烧过程,提高柴油机的动力性。
二、BUMP燃烧室"内混合气形成及缸内气流运动的研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、BUMP燃烧室"内混合气形成及缸内气流运动的研究(论文提纲范文)
(1)基于燃烧过程的高强化柴油机燃烧室结构与喷油参数匹配研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 选题的背景及意义 |
1.2 柴油机燃烧室结构研究动态 |
1.3 燃油喷射系统研究动态 |
1.4 课题来源 |
1.5 本文主要研究内容 |
第2章 高强化柴油机燃烧过程仿真数值模型 |
2.1 燃烧过程数学模型 |
2.1.1 基本控制方程 |
2.1.2 湍流运动模型 |
2.1.3 燃油喷射和雾化模型 |
2.1.4 燃烧模型 |
2.2 本章小结 |
第3章 高强化柴油机燃烧过程计算模型 |
3.1 计算对象及模型建立 |
3.1.1 计算对象 |
3.1.2 三维模型的建立 |
3.2 边界条件及初始参数的设置 |
3.3 模型标定 |
3.4 本章小结 |
第4章 燃烧室形状对高强化柴油机性能的影响 |
4.1 不同缩口直径 |
4.1.1 燃烧室形状及建模 |
4.1.2 气流运动分析 |
4.1.3 燃烧过程分析 |
4.2 不同凸台高度 |
4.2.1 燃烧室形状及建模 |
4.2.2 气流运动分析 |
4.2.3 燃烧过程分析 |
4.3 不同缩口深度 |
4.3.1 燃烧室形状及建模 |
4.3.2 气流运动分析 |
4.3.3 燃烧过程分析 |
4.4 动力性分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 喷油参数对高强化柴油机性能的影响 |
5.1 喷油提前角 |
5.1.1 气流运动分析 |
5.1.2 燃烧过程分析 |
5.2 油嘴伸出高度 |
5.2.1 气流运动分析 |
5.2.2 燃烧过程分析 |
5.3 油束夹角 |
5.3.1 气流运动分析 |
5.3.2 燃烧过程分析 |
5.4 喷孔数 |
5.4.1 气流运动分析 |
5.4.2 燃烧过程分析 |
5.5 动力性分析 |
5.6 燃烧室结构与喷油参数耦合后的综合影响 |
5.7 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
(2)压燃式天然气发动机高效稳定运转工况范围拓展研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 HCCI发动机技术发展 |
1.2.1 HCCI技术概述 |
1.2.2 HCCI技术发展 |
1.2.3 数值模拟技术在HCCI燃烧研究中的应用 |
1.2.4 光学诊断技术在HCCI燃烧研究中的应用 |
1.3 天然气HCCI发动机研究进展 |
1.3.1 天然气燃料特性 |
1.3.2 天然气HCCI发动机的研究现状 |
1.4 本文主要研究内容 |
第2章 研究平台建立 |
2.1 试验平台建立 |
2.1.1 研究对象 |
2.1.2 试验仪器设备 |
2.2 三维模拟平台建立 |
2.2.1 CFD软件选择 |
2.2.2 模型构建 |
2.2.3 物理模型选择 |
2.2.4 模拟结果验证 |
2.3 准维多区模型建立 |
2.3.1 数学模型 |
2.3.2 模拟结果验证 |
2.4 本章小结 |
第3章 不同边界下天然气HCCI运行范围及其燃烧特性研究 |
3.1 研究方案 |
3.2 不同边界下天然气HCCI初始运行范围 |
3.3 进气温度对发动机燃烧特性的影响 |
3.4 过量空气系数对发动机燃烧特性的影响 |
3.5 不同边界下经济性分析 |
3.6 SOC对进气温度和过量空气系数的敏感度分析 |
3.7 本章小结 |
第4章 高负荷工况范围拓展策略研究 |
4.1 EGR控制策略 |
4.1.1 研究方案 |
4.1.2 外部EGR策略 |
4.1.3 NVO策略 |
4.1.4 LEVC策略 |
4.1.5 三种EGR策略对比 |
4.2 喷水控制策略 |
4.2.1 研究方案 |
4.2.2 喷水对燃烧特性的影响 |
4.2.3 燃烧过程中水的稀释效应、热效应和化学效应 |
4.2.4 喷水对燃烧过程中重要反应组分的影响 |
4.3 两种策略对比 |
4.4 本章小结 |
第5章 低负荷工况范围拓展策略研究 |
5.1 研究方案 |
5.2 加氢控制策略 |
5.2.1 氢气对燃烧特性的影响 |
5.2.2 氢气助燃机理分析 |
5.3 加臭氧控制策略 |
5.3.1 臭氧对燃烧特性的影响 |
5.3.2 臭氧助燃机理分析 |
5.4 加二甲醚控制策略 |
5.4.1 二甲醚对燃烧特性的影响 |
5.4.2 二甲醚助燃机理分析 |
5.5 加柴油控制策略 |
5.5.1 柴油对燃烧特性的影响 |
5.5.2 柴油天然气燃烧解耦分析 |
5.6 四种控制策略对比 |
5.7 本章小结 |
第6章 天然气HCCI燃烧稳定运行范围拓展 |
6.1 NVO策略下发动机工作范围 |
6.1.1 转速与NVO策略协同 |
6.1.2 进气温度与NVO策略协同 |
6.2 加氢策略下发动机工作范围 |
6.3 天然气HCCI发动机拓展运行范围 |
6.4 本章小结 |
第7章 全文总结与展望 |
7.1 全文工作总结 |
7.2 创新点 |
7.3 工作展望 |
参考文献 |
附录 Ⅰ:GRI Mesh3.0甲烷反应机理 |
附录 Ⅱ:二甲醚详细反应机理 |
作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
致谢 |
(3)缸内双喷油器对高升功率柴油机燃烧性能的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 国内外动态 |
1.2.1 高升功率柴油机的发展动态 |
1.2.2 多喷油器的发展概况 |
1.2.3 喷射系统参数对柴油机性能影响的研究动态 |
1.3 课题来源 |
1.4 课题主要研究内容 |
第2章 高升功率柴油机数值计算模型 |
2.1 基本控制方程 |
2.2 仿真计算模型 |
2.2.1 湍流模型 |
2.2.2 喷雾模型 |
2.2.3 燃烧模型 |
2.3 本章小结 |
第3章 高升功率柴油机模型建立与验证 |
3.1 发动机参数 |
3.2 模型建立及网格划分 |
3.2.1 模型建立及网格划分 |
3.2.2 网格无关验证 |
3.3 初始边界条件设置 |
3.4 计算模型标定 |
3.4.1 燃烧模型参数的影响规律 |
3.4.2 喷雾模型参数的影响规律 |
3.4.3 模型标定 |
3.5 本章小结 |
第4章 侧置喷油器位置对柴油机燃烧过程的影响 |
4.1 侧置喷油器位置方案设计 |
4.2 侧置喷油器相对距离对发动机燃烧过程的影响 |
4.2.1 相对距离对缸内压力的影响 |
4.2.2 相对距离对燃烧特性的影响 |
4.2.3 相对距离对缸内物理场的影响分析 |
4.3 双喷油器相对夹角对发动机燃烧过程的影响 |
4.3.1 相对夹角对缸内压力的影响 |
4.3.2 相对夹角对燃烧特性的影响 |
4.3.3 相对夹角对缸内物理场的影响分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 侧置喷油器喷射参数对柴油机燃烧过程的影响 |
5.1 喷孔数和孔径对发动机燃烧过程的影响 |
5.1.1 喷孔数和孔径对缸内压力的影响 |
5.1.2 喷孔数和孔径对燃烧特性的影响 |
5.1.3 喷孔数和孔径对缸内物理场的影响分析 |
5.2 喷油持续期对发动机燃烧过程的影响 |
5.2.1 喷油持续期对缸内压力的影响 |
5.2.2 喷油持续期对燃烧特性的影响 |
5.2.3 喷油持续期对缸内物理场的影响 |
5.3 喷油正时对发动机燃烧过程的影响 |
5.3.1 喷油正时对缸内压力的影响 |
5.3.2 喷油正时对燃烧特性的影响 |
5.3.3 不同喷油正时下的物理场分析 |
5.4 油量配比对发动机燃烧过程的影响 |
5.4.1 油量配比对缸内压力的影响 |
5.4.2 油量配比对燃烧特性的影响 |
5.4.3 油量配比对缸内物理场的影响 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
(4)基于氢气缸内直喷的正丁醇/汽油复合喷射发动机燃烧及排放特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 正丁醇燃料在汽车领域的应用 |
1.2.1 正丁醇的理化性质及制取方法 |
1.2.2 正丁醇作为内燃机代用燃料的研究现状 |
1.2.3 正丁醇/汽油作为内燃机代用燃料的可行性分析 |
1.3 氢能源在汽车领域的应用 |
1.3.1 氢气的理化性质及制取方法 |
1.3.2 氢气作为内燃机辅助燃料的研究现状 |
1.3.3 正丁醇/氢气作为内燃机代用燃料的可行性分析 |
1.4 复合喷射技术的应用与研究 |
1.4.1 复合喷射技术 |
1.4.2 复合喷射技术的研究现状 |
1.5 研究意义及主要研究内容 |
第2章 试验测控平台及试验方法 |
2.1 试验测控平台概述 |
2.1.1 试验用发动机台架 |
2.1.2 燃烧及排放测试设备 |
2.1.3 电子控制系统 |
2.2 试验整体方案及主要参数定义 |
2.2.1 试验整体方案 |
2.2.2 试验主要参数定义 |
2.2.3 相关计算参数 |
2.3 本章小结 |
第3章 正丁醇/汽油复合喷射发动机的试验 |
3.1 正丁醇/汽油复合喷射发动机燃烧特性研究 |
3.1.1 丁醇/汽油复合喷射模式对平均有效压力的影响 |
3.1.2 丁醇/汽油复合喷射模式对缸内燃烧状态的影响 |
3.2 正丁醇/汽油复合喷射发动机排放特性研究 |
3.2.1 丁醇/汽油复合喷射模式对常规气体排放的影响 |
3.2.2 丁醇/汽油复合喷射模式对微粒排放的影响 |
3.3 本章小结 |
第4章 氢气缸内直喷结合正丁醇/汽油复合喷射发动机的燃烧特性研究 |
4.1 喷氢时刻对正丁醇/汽油复合喷射发动机燃烧特性的影响 |
4.1.1 喷氢时刻对平均有效压力的影响 |
4.1.2 喷氢时刻对缸内燃烧状态的影响 |
4.2 喷氢压力对正丁醇/汽油复合喷射发动机燃烧特性的影响 |
4.2.1 喷氢压力对平均有效压力的影响 |
4.2.2 喷氢压力对缸内燃烧状态的影响 |
4.3 不同工况下喷氢策略对发动机性能的影响 |
4.4 氢气与正丁醇协同作用对发动机燃烧特性的影响分析 |
4.4.1 掺醇比及掺氢比对平均有效压力的影响 |
4.4.2 掺醇比及掺氢比对缸内燃烧状态的影响 |
4.5 本章小结 |
第5章 氢气缸内直喷结合正丁醇/汽油复合喷射发动机的排放特性研究 |
5.1 喷氢时刻对正丁醇/汽油复合喷射发动机排放特性的影响 |
5.1.1 喷氢时刻对常规气体排放的影响 |
5.1.2 喷氢时刻对微粒排放的影响 |
5.2 喷氢压力对正丁醇/汽油复合喷射发动机排放特性的影响 |
5.2.1 喷氢压力对常规气体排放的影响 |
5.2.2 喷氢压力对微粒排放的影响 |
5.3 掺氢比例对正丁醇/汽油复合喷射发动机排放特性的影响 |
5.3.1 掺氢比例对常规气体排放的影响 |
5.3.2 掺氢比例对微粒排放的影响 |
5.4 本章小结 |
第6章 氢气缸内直喷结合正丁醇/汽油复合喷射发动机的稀燃特性研究 |
6.1 稀燃条件下喷射模式对发动机燃烧特性的影响 |
6.1.1 喷射模式对缸内燃烧状态的影响 |
6.1.2 喷射模式对平均有效压力及有效热效率的影响 |
6.2 稀燃条件下喷射模式对燃烧循环变动特性的影响 |
6.2.1 喷射模式对平均指示压力循环变动及分布的影响 |
6.2.2 喷射模式对平均指示压力循环变动系数的影响 |
6.2.3 喷射模式对稀燃极限的影响 |
6.3 稀燃条件下喷射模式对发动机排放特性的影响 |
6.3.1 喷射模式对常规气体排放的影响 |
6.3.2 喷射模式对微粒排放的影响 |
6.4 本章小结 |
第7章 全文总结及工作展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 本文主要创新点 |
7.3 工作展望 |
参考文献 |
作者简介及科研成果 |
致谢 |
(5)缸内滚流对点燃式天然气发动机性能的影响(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.1.1 能源与环境问题 |
1.1.2 油耗法规和排放法规 |
1.1.3 替代燃料天然气 |
1.2 天然气发动机发展现状与趋势 |
1.2.1 天然气发动机分类及优劣势分析 |
1.2.2 点燃式当量燃烧天然气发动机研究现状 |
1.3 天然气发动机缸内流动研究现状 |
1.3.1 天然气发动机燃烧室结构优化 |
1.3.2 天然气发动机进气道结构优化 |
1.4 本文主要研究内容 |
第2章 模拟平台建立及模型验证 |
2.1 CONVERGE简介及服务器配置 |
2.1.1 CONVERGE简介 |
2.1.2 服务器配置 |
2.2 三维仿真模型建立 |
2.2.1 几何模型建立 |
2.2.2 物理模型及算法选取 |
2.3 模型验证 |
2.3.1 试验平台及研究对象介绍 |
2.3.2 计算条件确定及相关术语 |
2.3.3 模型验证结果 |
2.4 本章小结 |
第3章 涡流与滚流对点燃式天然气发动机性能的影响 |
3.1 原样机缸内涡流与滚流的解耦与变化 |
3.2 涡流与滚流对点燃式天然气发动机流动及湍动能的影响 |
3.2.1 涡流对点燃式天然气发动机流动及湍动能的影响 |
3.2.2 滚流对点燃式天然气发动机流动及湍动能的影响 |
3.3 涡流与滚流对点燃式天然气发动机燃烧过程的影响 |
3.3.1 涡流对点燃式天然气发动机燃烧过程的影响 |
3.3.2 滚流对点燃式天然气发动机燃烧过程的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 基于进气道结构优化提高缸内滚流的方法研究 |
4.1 仿真模型创建 |
4.2 进气道末端轴线与气门轴线夹角对缸内流场的影响 |
4.3 本章小结 |
第5章 滚流进气及燃烧系统对天然气发动机性能的影响研究 |
5.1 滚流进气及燃烧系统对缸内流动及湍动能的影响 |
5.2 滚流进气及燃烧系统对天然气缸内燃烧性能的影响 |
5.3 本章小结 |
第6章 全文总结与工作展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
作者简介及学术成果 |
致谢 |
(6)喷射策略对天然气/柴油双燃料发动机燃烧和排放的影响(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 天然气发动机研究现状 |
1.3 直喷模型研究现状 |
1.3.1 气体射流模型研究现状 |
1.3.2 液体燃料喷雾过程模拟研究 |
1.3.3 气体直喷混合过程模拟研究 |
1.4 论文主要研究内容及意义 |
1.5 本课题创新点 |
第二章 数值模拟计算理论基础及物理模型介绍 |
2.1 CONVERGE软件介绍 |
2.2 流体运动控制方程 |
2.2.1 质量守恒方程 |
2.2.2 动量守恒方程 |
2.2.3 能量守恒方程 |
2.2.4 状态方程 |
2.2.5 物质输运方程 |
2.3 物理模型 |
2.3.1 湍流模型 |
2.3.2 喷射模型 |
2.3.3 燃烧模型 |
2.3.4 排放模型 |
2.4 数值模拟求解方法 |
2.5 本章小结 |
第三章 双燃料发动机数值模拟平台的构建和验证 |
3.1 含气道的全模型构建及验证 |
3.1.1 试验发动机及试验台架 |
3.1.2 网格模型构建 |
3.1.3 模型设置 |
3.1.4 模型验证 |
3.2 柴油喷雾模型标定 |
3.3 射流模型标定 |
3.3.1 气体自由射流验证 |
3.3.2 气体射流撞壁验证 |
3.4 缸内直喷模型构建及验证 |
3.4.1 模型构建及设置 |
3.4.2 直喷模型进气道模式验证 |
3.5 本章小结 |
第四章 预喷耦合EGR策略对双燃料发动机燃烧和排放的影响 |
4.1 预喷策略对双燃料发动机燃烧和排放的影响 |
4.1.1 预喷策略对燃烧特性的影响 |
4.1.2 预喷策略对排放特性的影响 |
4.2 预喷耦合EGR策略对双燃料发动机燃烧和排放的影响 |
4.2.1 模拟参数及方案 |
4.2.2 预喷策略耦合EGR对燃烧特性的影响 |
4.2.3 预喷策略耦合EGR对排放特性影响 |
4.3 本章小节 |
第五章 射流角度对双燃料发动机燃烧和排放的影响 |
5.1 模拟参数及对应方案 |
5.2 天然气射流水平夹角对燃烧和排放的影响 |
5.2.1 水平夹角对天然气混合过程的影响 |
5.2.2 水平夹角对喷油后混合和燃烧过程的影响 |
5.2.3 水平夹角对燃烧和排放的影响 |
5.3 相对交角对燃烧和排放的影响 |
5.3.1 相对交角对喷油后缸内混合和燃烧过程的影响 |
5.3.2 相对交角对燃烧和排放的影响 |
5.4 本章小节 |
第六章 喷射策略对双燃料发动机燃烧和排放的影响 |
6.1 天然气喷气定时对双燃料发动机燃烧和排放的影响 |
6.1.1 模拟参数及对应方案 |
6.1.2 喷气定时对天然气混合过程的影响 |
6.1.3 喷气定时对喷油后混合和燃烧过程的影响 |
6.1.4 喷气定时对燃烧和排放的影响 |
6.2 天然气直喷/进气道喷射比例对双燃料发动机燃烧和排放的影响 |
6.2.1 模拟参数及对应方案 |
6.2.2 直喷/进气道喷射比例对混合和燃烧过程的影响 |
6.2.3 直喷/进气道喷射比例对燃烧和排放的影响 |
6.3 喷射策略对双燃料发动机燃烧和排放的影响 |
6.3.1 模拟参数及对应方案 |
6.3.2 喷射策略对天然气混合过程的影响 |
6.3.3 喷射策略对燃烧过程的影响 |
6.3.4 喷射策略对燃烧和排放的影响 |
6.4 本章小节 |
第七章 全文总结与工作展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 A 攻读学位期间发表论文目录 |
附录 B 参与项目情况 |
(7)喷射方式对氢燃料内燃机混合气形成、燃烧及排放的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1.绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 能源危机 |
1.1.2 大气污染和机动车排放污染 |
1.1.3 车用发动机的替代燃料 |
1.1.4 氢燃料的特点及制备方法 |
1.2 氢燃料内燃机的国内外研究现状 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 PFI氢燃料内燃机存在的问题 |
1.3.1 氢气进气道气阻现象 |
1.3.2 异常燃烧 |
1.3.3 提升功率与异常燃烧、降低排放的矛盾 |
1.4 主要研究内容 |
1.4.1 研究目的及意义 |
1.4.2 主要研究内容和章节安排 |
1.5 研究路线 |
2 氢燃料内燃机燃烧分析CFD模型构建及验证 |
2.1 氢燃料内燃机的三维CFD模型的构建 |
2.1.1 三维几何模型构建及动网格划分 |
2.1.2 主要参数的设定 |
2.1.3 喷氢参数设置 |
2.2 控制方程和数值模型 |
2.2.1 基本控制方程 |
2.2.2 湍流模型的选择 |
2.2.3 燃烧模型的选择 |
2.2.4 NOx排放模型的选择 |
2.2.5 控制方程离散化和求解 |
2.2.6 计算步长的选取 |
2.3 氢燃料内燃机试验系统 |
2.3.1 氢燃料内燃机试验台架系统 |
2.3.2 氢气供给系统 |
2.3.3 氢燃料内燃机电控单元 |
2.3.4 氢燃料内燃机测试系统 |
2.4 氢燃料内燃机三维模型的台架试验验证 |
2.5 本章小结 |
3 氢气喷射方式对缸内进气和混合的影响研究 |
3.1 不同喷射方式下的进气过程研究 |
3.1.1 PFI氢燃料内燃机结构参数 |
3.1.2 PFI氢燃料内燃机运转参数 |
3.1.3 单路单次“SI”喷氢进气道内空气的流动状态 |
3.1.4 单路多次喷射、双路对称喷射对进气过程的影响 |
3.2 喷射方式对缸内空气充量的影响研究 |
3.2.1 单路多次“MI”喷射、双路对称“SP”喷射模式对进气堵塞的影响 |
3.2.2 不同多路喷射模式对进气堵塞的影响 |
3.3 喷射方式对缸内湍动能的影响研究 |
3.3.1 喷射方式对进气道内速度场影响 |
3.3.2 喷射方式对缸内湍动能的影响 |
3.4 不同喷射方式下缸内气体的混合均匀性分析 |
3.4.1 喷射方式对缸内浓度场的影响 |
3.4.2 喷射方式对缸内均匀性的影响 |
3.5 本章小结 |
4 喷射方式抑制氢燃料内燃机异常燃烧研究 |
4.1 异常燃烧机理概述 |
4.1.1 早燃机理 |
4.1.2 回火机理 |
4.2 喷射方式对炽热区温度变化的影响规律 |
4.2.1 喷射方式对早燃影响 |
4.2.2 喷射方式对氢燃料内燃机回火的影响 |
4.3 喷射参数对炽热区域形成时刻与位置影响 |
4.3.1 喷氢相位对炽热区域形成的影响研究 |
4.3.2 喷氢相位对炽热区域温度的影响研究 |
4.3.3 喷氢相位对炽热区域面积的影响研究 |
4.4 喷氢相位对异常燃烧的抑制研究 |
4.4.1 优化的喷氢相位正常燃烧和早燃缸内压力及燃烧放热率对比 |
4.4.2 优化喷氢相位正常燃烧与早燃的压力升高率对比 |
4.4.3 不同喷氢相位早燃与正常燃烧NO排放对比分析 |
4.5 本章小结 |
5 喷射方式对燃烧和排放的影响研究 |
5.1 不同喷射方式下的燃烧过程 |
5.1.1 不同喷氢方式的火焰发展规律 |
5.1.2 不同喷射方式对缸内压力分布的影响 |
5.1.3 不同喷射方式对缸内温度分布的影响 |
5.1.4 不同喷射方式对放热规律的影响 |
5.2 喷射方式对氢燃料内燃机动力性的影响 |
5.3 喷射方式对氢燃料内燃机经济性的影响 |
5.4 喷射方式对氢燃料内燃机排放性的影响 |
5.5 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 本文总结 |
6.1.1 主要工作总结 |
6.1.2 主要创新点 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间主要研究成果 |
(8)柴油机双层分流燃烧室燃空分布特性与结构设计探索(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 高速直喷式柴油机性能改善的方法 |
1.2.1 燃油喷射系统结构与喷射策略的优化 |
1.2.2 缸内流场与进气充量的调节 |
1.2.3 燃烧室的设计与优化 |
1.3 双层分流燃烧室概念的提出与研究现状 |
1.3.1 双层分流燃烧室概念的提出 |
1.3.2 双层分流燃烧室的研究现状与不足 |
1.4 本文研究内容与方法 |
2 双层分流燃烧室结构参数对燃油扩散影响的数值模拟研究 |
2.1 研究对象 |
2.2 数值模拟模型建立和参数设置 |
2.2.1 几何模型与网格模型 |
2.2.2 基本控制方程和子模型 |
2.2.3 边界条件和初始条件设置 |
2.2.4 网格敏感性分析与模型验证 |
2.3 数值模拟结果与讨论 |
2.4 本章小结 |
3 双层分流燃烧室内燃油喷雾分布和空间利用的可视化研究 |
3.1 研究对象 |
3.2 高速摄影测试设备与方法 |
3.2.1 测试设备 |
3.2.2 测试方法与设置 |
3.3 可视化测试结果与讨论 |
3.3.1 燃油喷雾撞壁的比较 |
3.3.2 燃油喷射压力的影响 |
3.3.3 燃油喷射正时的影响 |
3.3.4 喷油嘴结构的影响 |
3.4 本章小结 |
4 双层分流燃烧室对柴油机性能影响的数值模拟与台架实验研究 |
4.1 研究对象 |
4.2 柴油机台架实验设备和方法 |
4.2.1 实验设备 |
4.2.2 实验方法与设置 |
4.3 数值模拟模型建立和参数设置 |
4.3.1 几何模型与网格模型 |
4.3.2 子模型的选择 |
4.3.3 边界条件和初始条件的设置 |
4.3.4 网格敏感性分析与模型验证 |
4.4 数值模拟和台架实验的结果与讨论 |
4.4.1 缸内过程的比较 |
4.4.2 不同燃油喷射压力条件下的比较 |
4.4.3 不同燃油喷射正时条件下的比较 |
4.4.4 不同喷油嘴结构条件下的比较 |
4.5 本章小结 |
5 双层分流燃烧室对柴油机性能影响的评价及设计原则 |
5.1 研究对象 |
5.2 多工况条件下的柴油机台架实验设备和方法 |
5.2.1 多工况条件下的实验设备 |
5.2.2 多工况条件下的实验方法与设置 |
5.3 台架实验结果与讨论 |
5.3.1 NO_x排放相同时双层分流燃烧室对柴油机性能的影响 |
5.3.2 BSFC相同时双层分流燃烧室对柴油机性能的影响 |
5.3.3 加权平均后双层分流燃烧室对柴油机性能的影响 |
5.3.4 双层分流燃烧室的设计原则 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
附录A 缩略词 |
攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
致谢 |
作者简介 |
(9)内燃机光学诊断试验平台和测试方法综述(论文提纲范文)
0 引言 |
1 试验平台 |
1.1 定容燃烧弹 |
1.1.1 点燃式定容燃烧弹 |
1.1.2 预燃加热式定容燃烧弹 |
1.1.3 内部加热式定容燃烧弹 |
1.1.4 流动加热式定容燃烧弹 |
1.2 快速压缩机 |
1.3 光学发动机 |
2 测试方法 |
2.1 纹影法 |
2.2 双色法 |
2.3 消光法 |
2.4 折射率匹配法 |
2.5 粒子图像测速 |
2.6 激光诱导荧光法 |
2.6.1 激光诱导荧光法基本原理 |
2.6.2 复合诱导荧光原理 |
2.6.3 部分特殊的LIF特性和相关技术 |
2.6.4 常用荧光物质和激光波长组合 |
2.6.5 激光诱导荧光法的典型应用 |
2.6.5. 1 混合气测量 |
2.6.5. 2 燃烧产物测量 |
2.6.5. 3 温度测量 |
2.6.5. 4 复合诱导荧光法喷雾测量 |
2.6.5. 5 油膜测量 |
2.7 激光诱导炽光法 |
2.8 相位多普勒粒子测试 |
3 总结与展望 |
(10)高强化柴油机气体流动及缸内燃烧过程模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 高强化柴油机国内外研究现状 |
1.3 柴油机气体流动、油气混合及燃烧过程研究概况 |
1.4 发动机缸内CFD分析软件Converge简介 |
1.5 论文的主要工作 |
2 柴油机工作过程仿真的数学模型 |
2.1 CFD中的基本控制方程 |
2.2 湍流模型 |
2.3 喷雾模型 |
2.4 燃烧模型 |
2.5 排放模型 |
2.6 本章小结 |
3 高强化柴油机工作过程三维仿真分析 |
3.1 高强化柴油机模型建立与网格划分 |
3.1.1 几何模型的建立 |
3.1.2 网格划分及其加密 |
3.2 初始参数及边界条件的设置 |
3.2.1 初始参数计算 |
3.2.2 边界条件设置 |
3.3 计算模型的验证 |
3.4 高强化柴油机工作过程仿真结果分析 |
3.4.1 缸内进气过程流场分析 |
3.4.2 缸内压缩燃烧过程流场分析 |
3.5 本章小结 |
4 不同进气道结构对高强化柴油机缸内工作过程的影响 |
4.1 进气道结构对比及分析 |
4.1.1 进气道对比方案 |
4.1.2 组合进气道流通特性分析 |
4.1.3 组合气道的进气门附近流场分析 |
4.2 不同进气道结构对缸内流动特性的影响 |
4.3 不同进气道结构对缸内燃烧特性的影响 |
4.4 本章小结 |
5 不同燃烧室径深比对高强化柴油机油气混合及燃烧性能的影响 |
5.1 油气混合评价参数的选取 |
5.2 燃烧性能评价参数的选取 |
5.3 不同径深比对高强化柴油机工作过程的影响 |
5.3.1 不同径深比对气流运动的影响 |
5.3.2 不同径深比对油气混合的影响 |
5.3.3 不同径深比对燃烧性能的影响 |
5.4 不同进气道形式及燃烧室结构组配方案对燃烧及排放的影响 |
5.5 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果汇总 |
致谢 |
四、BUMP燃烧室"内混合气形成及缸内气流运动的研究(论文参考文献)
- [1]基于燃烧过程的高强化柴油机燃烧室结构与喷油参数匹配研究[D]. 孙彦斌. 太原理工大学, 2021(01)
- [2]压燃式天然气发动机高效稳定运转工况范围拓展研究[D]. 杜桂枝. 吉林大学, 2021(01)
- [3]缸内双喷油器对高升功率柴油机燃烧性能的影响研究[D]. 温蓉蓉. 太原理工大学, 2021(01)
- [4]基于氢气缸内直喷的正丁醇/汽油复合喷射发动机燃烧及排放特性研究[D]. 商震. 吉林大学, 2021(01)
- [5]缸内滚流对点燃式天然气发动机性能的影响[D]. 韩志. 吉林大学, 2021(01)
- [6]喷射策略对天然气/柴油双燃料发动机燃烧和排放的影响[D]. 张敬贤. 昆明理工大学, 2021(01)
- [7]喷射方式对氢燃料内燃机混合气形成、燃烧及排放的影响研究[D]. 刘海朝. 西安理工大学, 2020
- [8]柴油机双层分流燃烧室燃空分布特性与结构设计探索[D]. 付壵. 大连理工大学, 2020
- [9]内燃机光学诊断试验平台和测试方法综述[J]. 何旭,伍岳,马骁,李雁飞,齐运亮,刘泽昌,徐一凡,周扬,李熊伟,刘聪,冯海涛,刘福水. 实验流体力学, 2020(03)
- [10]高强化柴油机气体流动及缸内燃烧过程模拟研究[D]. 曹睿鑫. 中北大学, 2020(09)