进气中CO2浓度对预混合燃烧和排放影响的试验和模拟研究

本文研究了进气中CO2浓度对燃烧和排放特性的影响.研究表明在所有的预混合燃料比下,当CO2浓度增加时,NOx排放随之大幅减少,烟度排放有小的变化。利用KIVA3V和湍流与化学反应交互的燃烧模型对柴油机预混合燃烧进行了模拟研究,对缸内OH浓度的模拟计算表明,随着CO2浓度的增加,着火前期OH生成浓度明显向后推移,这表明燃料的氧化速率随CO2浓度的增加变慢,从而延长了着火滞燃期。进气中CO2浓度变大时,燃烧温度降低,有利于降低NOx的排放。     

CO2缸内喷射对柴油准HCCI燃烧排放特性的影响

用开发的气体喷射系统,研究了缸内喷射CO2对两段喷油实现的准均质压燃(HCCI)燃烧排放的影响.结果表明:通过调节CO2的喷射始点和喷射量,可以有效控制NOx排放.随着缸内CO2喷射始点的提前,燃烧相位推迟,NOx排放降低.在缸内喷射始点为-150℃A ATDC时,随着CO2循环喷射量的增大,缸内最高平均温度降低,燃烧相位推迟,最大压力升高率和指示热效率变化不大,而出于滞燃期的增大,放热率峰值反而比原机略高;NOx排放减小,HC和CO排放增大,烟度变化比较小.     

惰性颗粒流化床中低浓度煤层气燃烧特性实验

采用实验的方法,在鼓泡流化床燃烧装置中研究了低浓度煤层气在床内的流动和燃烧特性,考察了床层温度、气体浓度、流化风速及床料颗粒特性等操作条件变化对甲烷转化率和燃烧产物的影响。研究表明:床层温度升高,甲烷转化率显著增加;增加流化风速及进气甲烷浓度,甲烷转化率减小;颗粒粒径增加,甲烷转化率增加;CO排放浓度随床层温度的升高先增加后降低,并在床层温度约850℃时达到其最大峰值,沿流化床轴向高度CO的排放浓度先增加后降低,呈钟型分布。     

改质缸当量比对缸内热化学燃烧模式稀燃天然气发动机燃烧性能的影响

本文基于一台PFI增压稀燃点燃式天然气发动机,在其第四缸进气歧管处加装甲醇液体燃料喷嘴用以加浓第四缸(改质缸),发生缸内热化学燃料改质(TFR,Thermochemical fuel reforming)反应,再将改质缸排气直接引入发动机进气总管,以实现稀燃天然气发动机性能优化。本文研究了改质缸当量比(ΦTFR)对缸内热化学燃料改质过程的影响及对整机燃烧和性能的影响。研究结果表明:随着ΦTFR的增加,改质过程产生的H_2和CO含量显著增加,发动机缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值增加,缸内燃烧温度增加,放热相位提前,火焰发展期和快速燃烧期缩短,发动机工作稳定性增强,同时燃料消耗率降低,有效热效率增加,并且随着Φ_(TFR)的增大,H_2和CO增多,拓宽了TFR稀燃天然气发动机的稀燃极限,有效降低燃烧温度,使得具有降低NO_x排放的潜力。     

压缩比对缸内热化学燃料改质发动机的影响

本文基于一台四缸点燃式涡轮增压天然气发动机,在第四缸进行加浓燃烧并将其排气(重整气)直接引入进气总管,以实现缸内热化学燃料改质。在此基础上开展了11和13压缩比下的缸内热化学燃料改质过程和整机燃烧与排放特性的研究。研究发现,压缩比增加,第四缸循环变动降低,重整气中CH4含量减少而H2和CO含量增加,缸内热化学燃料改质过程得到优化。同时,提高压缩比会使有效燃气消耗率降低,缸内最高燃烧压力增加,滞燃期和燃烧持续期缩短,整机稳定性增强。然而压缩比的增加引起THC排放增加。高压缩比下CO排放在小负荷时较低,在大负荷时较高。而NOx排放在第四缸当量比较低时随压缩比增加而增加,但在第四缸当量比较高时随压缩比增加而降低。     

甲醇-空气和甲醇-空气-稀释气预混层流燃烧特性

本文利用定容燃烧弹研究了不同初始压力、初始温度、气体稀释度和燃空当量比下甲醇-空气-稀释气预混层流燃烧特性.结果表明:对于给定初始压力和温度,甲醇-空气预混合气的质量燃烧率、燃烧压力和温度的最大值均出现在当量比1.左右,而火焰发展期和燃烧期在此当量比下最短.火焰发展期、燃烧期和燃烧压力峰值随初始温度的增加而减小,最高燃烧温度随初始温度的增加而增加,燃烧压力峰值和最高燃烧温度随初始压力的增加而增加.火焰发展期和燃烧期随稀释度的增加而增加,而燃烧压力峰值和最高燃烧温度随稀释度的增加而降低.     

煤基复合燃料柴油机不同海拔燃烧与排放特性

基于柴油机高海拔燃烧与排放特性模拟试验台,开展了煤基复合燃料(33%煤基含氧燃料,67%-35#柴油)柴油机不同海拔燃烧与排放特性研究。结果表明,随着海拔升高,煤基复合燃料柴油机最高燃烧压力降低,放热率峰值下降,滞燃期延长,PM2.5排放增加,海拔2500 m标定工况PM2.5排放比平原增加28.9%。与燃用柴油相比,相同海拔下,煤基复合燃料柴油机滞燃期延长,燃烧持续期缩短,PM2.5排放减少,且海拔越高PM2.5排放降低幅度越大。煤基复合燃料柴油机高海拔燃烧过程数值模拟结果表明,海拔5500 m煤基复合燃料soot排放明显降低。     

甲醇柴油比对二元燃料燃烧与排放特性的影响

在六缸电控单体泵增压中冷重型柴油机进气管上面布置电控甲醇喷嘴,采用柴油引燃甲醇均质混合气的二元燃料燃烧模式,开展了高甲醇柴油比的二元燃料燃烧特性与排放特性试验研究。研究结果表明;随着醇柴比的增加,二元燃料的滞燃期增加,放热率峰值、最大缸内压力和压力升高率峰值都变大;未燃HC和CO排放上升,NO_x排放则先下降后上升;烟度与颗粒物浓度排放都下降,低负荷下醇柴比为4.0时效果尤其显著;大负荷时二元燃料燃烧时热效率明显提高。     

欧Ⅲ柴油机燃用乙醇-甲酯-柴油时微粒排放的研究

在一台满足欧Ⅲ排放的柴油机上燃用乙醇甲酯柴油混合燃料,研究其对微粒(PM)总排放、微粒中可溶性有机物(SOF)、干碳烟(DS)和硫酸盐的影响.为了深入考察含氧燃料对碳烟生成过程的影响,用高速CCD摄像机对燃烧过程进行了可视化研究.结果表明:含氧燃料能够大幅度降低欧Ⅲ柴油机微粒的排放,其中DS的排放大幅度降低,而SOF排放在小负荷时大量增加,硫酸盐排放略有增加.在柴油中加入乙醇后,着火滞燃期变长,燃烧持续期变短;混合燃料的火焰亮度降低,说明含氧燃料抑制碳烟的生成.     

DMCC尾气排放特性的研究

为了全面了解柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)的尾气排放特性,对比研究了原柴油机,DMCC模式以及加装了催化转化器的DMCC模式的常规排放物NOx、THC和CO以及非常规排放物一甲醛尾气排放特性.结果表明:采用DMCC燃烧方式,可以减少NOx排放,并且随着甲醇替代比率的增加, NOx进一步减少;与原机相比,采用DMCC模式THC和CO排放明显增加,加装催化转化器后,有不同程度的降低,在高负荷时催化转化器的转化效率比较高,为85%～92%,催化后两者排放接近原机水平;甲醛排放比原机时增加几十倍,催化转化器可以降低甲醛排放,但也会增加甲醛排放,其效果与排气温度密切相关.在排气温度较高时,催化转化器对THC、CO,甲醛均有较好的转化效果.     

柴油引燃天然气的双燃料燃烧机理的研究

本文介绍在一台光学发动机上,利用高速数字摄像和数据采集技术,对柴油引燃天然气双燃料发动机的着火、火焰传播、气缸内压力、压力升高率等变化规律进行的研究。结果表明,采用双燃料的燃烧方式具有明显的多点着火型的预混燃烧特点,与采用纯柴油的燃烧方式相比,燃烧持续期短、产生的碳烟少,但爆发压力高、压力升高率大。     

DMM燃料柴油机可控预混合燃烧的研究

本文介绍了在压燃式发动机上进行的预混合燃烧研究。在柴油机的进气道入口处安装了一个电控燃料喷射系统,喷入具有低十六烷值、低沸点的甲缩醛(DMM)燃料,在压缩冲程中形成均匀的混合气,并在上止点附近喷入少量柴油来点燃混合气。本文研究了预混合燃料比、发动机负荷、进气中CO2浓度和喷孔直径对发动机燃烧和排放的影响。试验结果表明,进气道喷射DMM的预混合燃烧能同时大幅降低NOx和碳烟排放,为降低柴油机有害排放提供了一种新途径。     

DMM及纳米颗粒添加剂对农用柴油机燃烧与排放性能的影响

本文通过在柴油中添加小比例二甲氧基甲烷(DMM)以及纳米氧化铝(Al2O3)颗粒研究一台小型农用柴油机的燃烧与排放特性。研究表明,随着柴油中DMM添加比例的增大,发动机燃烧特性参数如缸内压力、燃烧放热率及制动热效率得到明显地提升,着火延迟期以及CA50逐渐减小;排放方面HC和NOx增加,而CO和碳烟得到有效地抑制。燃油中同时添加DMM和纳米Al2O3颗粒后,发动机燃烧及排放方面得到了不同程度地优化。因此,将DMM与纳米颗粒的有机结合可为代用燃料在农用发动机中的推广应用提供新的思路。     

柴油机排气过程流动的多维瞬态数值模拟研究

柴油机排气过程气体的流动直接影响到排气管换热、发动机噪音、废气再循环系统设计等,对柴油机整体性能起着重要作用.因此,本文利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE,在进气压缩、喷雾燃烧过程多维瞬态数值模拟基础上,对柴油机排气过程流动进行多维瞬态数值模拟研究,通过计算给出排气过程中气体的流场分布,为柴油机排气系统的优化设计提供重要的理论指导.     

直喷式柴油机燃烧数值计算研究

以KIVA-3为计算平台,对4气门直喷式柴油机的早喷燃烧、预喷燃烧和传统燃烧三种燃烧方式工作过程进行了模拟计算,得以下结论:早喷燃烧方式因喷到缸壁的油量较多,受进气涡流影响较少,同时利用喷射效应改善缸内氧气分布,因此早喷燃烧比较完全。预喷燃烧方式仍以扩散燃烧为主,预喷油燃烧改变了主喷初期油注周围的组分分布与温度分布,从而改变主喷燃油的燃烧历程。进气涡流造成的缸内流场不均匀性是影响传统燃烧方式燃烧不完全的主要因素之一。     

直喷柴油机火焰浮起长度的数值模拟研究

采用三维CFD模型模拟了直喷柴油机缸内喷雾燃烧过程,模拟缸压曲线得到了实验的验证.通过高温区与喷嘴之间的稳定距离来确定柴油机火焰浮起长度,研究在不同进气条件下火焰浮起长度的变化情况.该模型成功地预测了火焰浮起长度随着初始进气压力的增大而减少,随着进气温度的升高出现先增大后减少的趋势.同时模拟了在不同EGR率下柴油机缸内燃烧情况,发现火焰浮起长度和燃料着火延迟时间都随EGR率的增加而增大.     

燃料敏感性对内燃机部分预混燃烧(PPC)光谱特性的影响研究

在一台光学发动机上,利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法,研究了燃料敏感性(S)为0和6时对发动机缸内火焰发展和燃烧发光光谱的影响。试验过程中,通过改变喷油时刻 (SOI=-25,-15和-5°CA ATDC) 使燃烧模式从部分预混燃烧过渡到传统柴油燃烧模式。通过使用正庚烷、异辛烷、乙醇混合燃料来改变燃料敏感性。结果表明,在PPC模式下(-25°CA ATDC),火焰发展过程是从近壁面区域开始着火,而后向燃烧室中心发展,即存在类似火焰传播过程,同时在燃烧室下部未燃区域也形成新的着火自燃点。敏感性对燃烧相位影响较大,对缸内燃烧火焰发展历程影响较小;高敏感性燃料OH和CH带状光谱出现的时刻推迟,表明高敏感性燃料高温反应过程推迟,且光谱强度更低,表明碳烟辐射强度减弱。在PPC到CDC之间的过渡区域(-15°CA ATDC),燃烧火焰发光更亮,燃烧反应速率比-25°CA ATDC时刻的反应速率更快。高、低敏感性燃料对缸压放热率的影响规律与-25°CA ATDC相近,此时的燃烧反应更剧烈,放热率更高,碳烟出现时刻更早。该喷油时刻下的光谱强度高于PPC模式下的光谱强度,说明此时的CO氧化反应与碳烟辐射更强。在CDC模式下(-5°CA ATDC),由于使用的燃料活性较低,燃烧放热时刻过于推迟,放热量很小,缸内燃烧压力低,因此燃料敏感性对缸压和放热率的影响不明显,但从燃烧着火图像中可以看到高敏感性燃料的火焰出现时刻较低敏感性燃料推迟。低敏感性燃料的燃烧初期蓝色火焰首先出现在燃烧室中心,着火火焰出现时刻更早,之后蓝色火焰从中心向周围扩散,呈现火焰传播为主导的燃烧过程;燃烧后期,局部混合气过浓区导致亮黄色火焰面积逐渐增大并向周围扩散。高敏感性燃料的火焰发展趋势与低敏感性燃料类似,黄色火焰的亮度与面积更小。尽管高、低敏感性燃料的OH和CH带状光谱的出现时间相近,但高敏感性燃料的光谱强度仍更低。综合分析,火焰发展结构与自发光光谱特征主要受喷油时刻的影响,燃料的敏感性主要影响着火时刻和火焰自发光光谱强度,且高敏感性燃料的光谱强度更低。     

Investigation of lubricant induced pre-ignition and knocking combustion in an optical spark ignition engine

An experimental study was performed to investigate lubricant oil induced pre-ignition and knocking combustion process in a single cylinder spark ignition (SI) engine with full bore overhead optical access. Lubricant oil was deliberately injected to the exhaust area through a specially modified direct injector to trigger the stochastic pre-ignition in a premixed air and fuel mixture. Simultaneous heat release analysis and high speed combustion imaging were used to study the pre-ignition and combustion processes. Outlier detection based on robust statistical methods was validated as an effective and efficient approach to identify sporadic pre-ignition. When pre-ignition occurred, the pre-ignited flame-front exhibited much faster propagating speed than that of the normal spark-ignited flame-front in the first stage of flame development. In several cycles, pre-ignition was followed by the pre-ignited propagating flame-front and then a separate spark-ignited flame-front before they subsequently merged together. In a few other cycles, pre-ignition led to heavy knocking combustion caused either by the auto-ignition close to the flame-front or near the cylinder wall, or both. The ultimate knock intensity of such cycles was determined by the timing, size, and location of end-gas auto-ignition of the unburned gas. Furthermore, optical detection of the oil droplet entrained combustion in the cycle subsequent to the knocking combustion cycle implied that high frequency oscillation pressure waves ejected lubricant from the piston-ring crevice.     

纹影技术在直喷式柴油机燃烧过程研究中的应用

本文叙述了作者所设计建立的高速纹影摄影光路系统,给出了利用该系统所拍摄的纹影照片,并通过照片简单分析了柴油机缸内的喷雾和燃烧过程。结果表明,纹影技术是研究发动机缸内空气运动和喷雾燃烧过程的有效手段。     

利用可调谐激光吸收光谱技术的柴油机排放温度测试研究

针对D4114B型柴油机排放尾气中的CO2气体开展测量研究,计算分析气体的体积分数以及温度。文中以可调谐半导体激光器吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术原理为基础,利用MATLAB中SIMULINK库中的各个模块,模拟尾气测量的实际过程。仿真结果显示,在模拟柴油机排放环境下,待测量气体CO2的温度仿真相对误差为0.03%。利用船用D4114B型柴油机进行验证实验,在其排气管上增添可视化窗口并安装相应测试系统,利用以半导体为工作介质的可调谐激光器作为激光光源,开展尾气排放中CO2气体温度的在线测试研究,测试相对误差小于4%。由上述研究结果可知,本文中利用SIMULINK搭建的模型所测得的温度值与实际柴油机尾气排放过程中的温度相差较小,因此,其仿真结果能够对柴油机排气测温提供一定的参考。