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.     

多次喷射对重型柴油机影响的试验研究

本文在一台电控共轨柴油机上进行了多次喷射及多次喷射和EGR结合对重型柴油机影响的试验研究。EGR为基于VGT的高压冷却EGR系统。研究了不同喷射策略下喷射参数对柴油机性能和排放的影响。研究了EGR和多次喷射结合降低柴油机排放的效果;通过调整EGR率,将NO_x控制在2.0 g/(kW·h),研究喷射参数和EGR对柴油机的影响。研究结果表明,预喷射可以在小负荷时改善柴油机的NO_x、CO和比油耗,但在大负荷时没有明显的影响;两次预喷射可以促进油气混合;后喷射可以促进油气混合,提高碳烟的氧化速度,因而可以明显改善柴油机的烟度和CO;优化的喷射参数结合EGR可以显著降低NO_x和烟度。     

乙醇柴油混合燃料碳烟特性可视化研究

在一台电控共轨光学发动机上,采用高速摄影法,对不同掺混比例的乙醇柴油混合燃料进行研究,获取了缸内燃烧火焰图像,通过双色法得到表征碳烟总体分布的KL因子,分析了乙醇这种含氧生物质燃料对缸内燃烧过程和碳烟生成特性的影响。研究结果表明,随着乙醇掺入比例的增加,滞燃期相对延长,燃烧持续期缩短,火焰的亮度和分布面积都随之下降。KL因子的最高浓度降低,碳烟浓区的分布区域减小,碳烟的氧化进程加快。     

后喷时刻对柴油机燃烧影响的可视化研究

后喷可改善柴油机的颗粒物排放特性。在光学发动机上,保持总喷油量不变,变换不同主、后喷间隔时刻,对缸内燃烧过程进行高速摄影,研究后喷时刻变化对柴油机缸内燃烧特性的影响。将获取的缸内燃烧火焰图像,利用双色法计算得出缸内温度场和表征碳烟浓度的KL因子分布情况,并分析缸内燃烧温度和碳烟生成特性。研究表明,随主、后喷间隔角增加,温度分布及KL因子总量呈双峰分布,KL因子总量后期减少速度增加,即碳烟氧化速度加快。     

废气再循环氛围下柴油/甲醇二元燃料燃烧特征分析

本文在一台电控单体泵柴油机上开展废气再循环(EGR)氛围下柴油甲醇双燃料(DMDF)燃烧特征分析的研究。结果表明随着EGR率的增加,纯柴油模式时,燃烧持续期延长,而DMDF模式时,燃烧持续期缩短;EGR氛围下,中大负荷的甲醇替代率明显提高,拓展了DMDF的运行范围,中等替代率时,柴油甲醇燃烧过程中相互促进;较高替代率时,预混甲醇可以实现可控快速燃烧;在高速大扭矩时,由于EGR冷却器冷却能力有限,会发生甲醇自燃现象。     

柴油燃料HCCI燃烧影响因素的试验研究

本文采用在进气上止点附近进行柴油喷射,利用缸内高温残余废气促进燃油蒸发形成均质混合气,实现了柴油燃料的均质压燃(HCCI)。试验结果表明柴油燃料HCCI燃烧的放热规律呈现低温和高温放热两个阶段,并且NOx排放可以降低95%-98%。本文主要研究了影响HCCI燃烧的因素,指出负荷增大、进气温度增加和负气门重叠期的增加使HCCI着火提前,而外部EGR率的增大可以推迟着火。因此对于低温自燃性好的燃料,冷EGR是控制其HCCI着火燃烧过程的有效措施。     

液压自由活塞柴油机缸内燃烧过程研究

针对液压自由活塞柴油机的结构特点和运行特性,采用试验研究方法对缸内燃烧过程进行分析,提出了该柴油机燃烧过程的研究方法。重点研究了基于时间的缸压曲线和活塞位移曲线的处理方法,获得了基于时间的燃烧放热规律计算方法,分析讨论了在该活塞运动规律下的缸内燃烧特性,通过试验研究与仿真分析相结合的方法对韦伯经验放热模型进行了修正。研究结果为探索自由活塞柴油机的燃烧特性与运行机理提供了依据。     

6110柴油机进气过程流动的多维瞬态数值模拟研究

柴油机进气过程中气体流动是强瞬变的非定常三维湍流运动,直接影响到充气效率、缸内气流状态及进气道和缸内壁面换热,因而也影响到燃油雾化、燃烧及有害废气生成等,对柴油机的动力性、经济性起着重要作用。因此,本文利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机进气过程的气体流动进行多维瞬态数值模拟研究,通过计算可以得到不同时刻进气道和缸内流场分布,为柴油机进气系统的优化设计提供重要的理论依据。     

双蜡烛火焰振荡的纹影光学探究

两根相同的燃烧蜡烛17 mm的间距时，可以观察到它们火焰的同步和异步振动。为了探究蜡烛火焰振动原因，通过搭建反射式纹影光路，实现了蜡烛火焰气流场的可视化观察。随着两根蜡烛的靠近，双蜡烛火焰上方气流场会从无耦合的平流状态过度到相互耦合的湍流状态，而湍流区域向下扩散到火焰区域是导致火焰振动的原因。燃烧过程中火焰体积的不对称性涨落导致振荡火焰在同步与异步振荡之间切换；而燃烧过程中火焰周围气流的稳定，则会导致两振荡火焰解耦，湍流层上升离开火焰，火焰恢复稳定燃烧。     

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。