基于正交设计法的直喷式柴油机燃烧系统参数优化匹配研究

通过多维仿真,应用正交设计法对直喷式柴油机燃烧系统参数进行了优化匹配,通过极差分析得出了各因素对有效功率、NOx和soot三种不同优化目标的影响效应及权重大小,通过交互作用分析获得了耦合参数对优化目标的具体影响,两种分析方法均能得出不同优化目标对应的优化参数组合,且优化结果差别不大.对不同优化目标影响权重最大的因素有所不同,但主要集中在涡流比、喷孔数(喷孔直径)和喷油压力三个参数.     

小型直喷式柴油机燃烧室内喷雾碰壁的试验研究

本文采用透射光衰减法研究了小型直喷式柴油机燃烧室内喷雾碰壁特性，并与大气开放条件下和定容燃烧模型室内的研究结果进行了比较。在喷雾碰壁前后，当量喷雾锥角突然增大，然后减小。在正常涡流比条件下，燃烧室内涡流显著地影响壁面油柬的扩展，但未碰壁油束的弯曲量很小。着火前，在燃烧室内喷嘴附近混合气最不均匀。     

喷雾夹角对柴油机性能影响的数值模拟

为研究喷雾夹角对柴油机性能的影响,应用STAR-CD程序对不同喷雾夹角的燃烧过程进行三维数值模拟.计算结果表明喷雾夹角决定了油束在燃烧室的空间分布和燃油与壁面的碰撞参数,进而影响到燃油的雾化与燃烧.当碰撞距离增加,燃油雾化时间增加.当撞壁入射角度减小,燃油壁面涂布能力增强,促进燃油蒸发雾化.当油束将燃烧室有效容积等分时,油气混合均匀,具有良好的燃烧效果.     

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。     

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。     

室内可见光通信发光二极管阵列发射性能的研究

提出了一种基于Lambert辐射模型的发光二极管光源阵列发射天线光照度计算模型,对室内可见光通信发射天线进行了优化设计.分析了光源的空间分布形式、光源间距、光源中心光束与系统光轴夹角以及空间分布层间距等因素对光照度均匀性的影响.通过仿真模拟和分析,得到了圆形阵列天线在照度均匀性和通信传输信号稳定性方面都优于相同光源数目的矩形阵列天线,并且提高了10%左右;同时得出了在满足室内照明情形下,发光二极管阵列发射天线照度均匀度随光源间距及光源中心光束与系统光轴夹角的增加均呈现出先增加后减小的变化趋势,因此,光源间距和光源中心光束与系统光轴夹角均存在最优值;照度均匀度随空间分布层间距的减小而增加,并给出了5 m×5 m×3 m普通房间内发射天线阵列设计参数的最优值,使发射性能得到了优化,同时节省光源数13%,降低了成本.这些研究为发射天线系统的设计提供了理论依据,具有实用价值.     

四气门发动机可变涡流稀薄燃烧特性研究

本文研究了可变涡流对四气门发动机稀薄燃烧特性的影响情况。在稀薄燃烧情况下,发动机负荷大小对CO和HC排放的影响不大,对NOx排放的影响主要表现在对13～17空燃比范围内NOx排放的影响,负荷越大,NOx排放越大;对空燃比小于13或大于17以后的NOx排放影响较小。阀片位置对发动机排放特性的影响较小,对发动机的燃油经济性存在一定影响,这是因为不同阀片位置的进气涡流比不同所致,同时也表明较强的涡流运动对燃油经济性更有利。涡流运动在不同转速条件下对发动机燃油经济性的影响情况不同,它更有利于改善低速条件下的燃油经济性。     

级联积分球辐射源角度均匀性研究

为了设计和制造高角度均匀性的积分球辐射源,需要提供优化的设计参数。基于空腔的辐射传输理论,建立了基于级联积分球结构的发光单元光出射度分布的仿真模型,并获得了朗伯型发光单元安装位置和级联积分球辐射源角度均匀性之间的关系。仿真结果表明：理想情况下,采用2个朗伯型级联子球作为发光单元,对称安装在与级联积分球辐射源出光口法线方向成10°夹角位置时,通过球心与出光口法线方向成±20°夹角观测区域内的角度均匀性可以达到0.03%的水平。最后,通过实验测量级联子球在30°夹角位置时级联积分球辐射源的角度均匀性,发现实验结果与仿真结果接近一致。因此,通过优化发光单元的类型和安装位置,可以有效提升积分球辐射源的角度均匀性。     

激光变焦扩束光学系统设计

主要介绍了激光变焦扩束系统的设计方法。以高斯光束的准直原理为基础,采用一个倒置的望远系统建立系统物理模型和微分方程,分析得到系统中变倍补偿组件的运动轨迹。然后以二组元变焦系统为例,在理想光学系统的基本目标参数上加入具体的光学参数,并利用软件优化校正像差,设计得到了一种结构紧凑,光束准直性好且成本较为低廉的变焦扩束光学系统。     

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.     

220 GHz均匀永磁聚焦行波管电子光学系统的设计与实验研究

电子光学系统是行波管的核心部件之一,在太赫兹频段,电子束通道很小,导致高电流密度电子束的传输非常困难。基于220 GHz折叠波导行波管慢波结构设计所需束流参数,根据理论分析和电磁仿真软件,设计了一款采用均匀永磁聚焦对电子束进行约束的电子光学系统。仿真结果显示,当电子束通道直径0.3 mm、长度31 mm时,在阴阳极压差20 kV的条件下阴极发射电流141 mA,电子流通率100%。根据设计结果封接了流通管,实验结果显示,当阴阳极压差20 kV时,阴极发射电流138.5 mA,收集极电流125.5 mA,电子流通率91%。     

一种新型的基于非成像光学的LED均匀照明系统

为解决发光二极管(LED)作为朗伯光源难以直接应用的问题,运用非成像光学设计方法,实现了一种新型的基于LED的均匀照明系统,它能够在一个特定位置的屏幕上形成一个具有特定尺寸的均匀圆形光斑。使用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件对该光学系统进行模拟仿真,结果显示屏幕上光斑的均匀度优于85%,系统效率高于82%。     

激光主动照明光学系统设计

为提高跟踪测量系统对暗弱目标的探测能力,设计一套自动化激光主动照明光学系统,对跟踪测量视场范围进行主动辅助照明。该系统在0.2~5 km距离处的照明直径均为10 m,计算出其在-20℃及+45℃的温度调焦量,照明仿真结果表明系统照明不均匀性15%。通过研究系统像差对照明均匀性的影响,以及对设计的调光组进行分析,得到调光组移动量与照明距离之间的理论关系,表明自动调节调光组位置即可实现不同照明距离处的均匀照明。设计和分析结果表明,该主动照明系统能够自动调节调光组位置,实现跟踪测量视场内的均匀照明,有利于跟踪测量系统对于暗弱目标的探测。     

电场引发的嵌有碳纳米管的黑索金复合材料分解模拟

以电场作为引燃条件对含能材料的分解过程进行了研究。利用黑索金(RDX)单晶结构，构建了镶嵌有碳纳米管(CNT)的黑索金(RDX)复合结构模型，利用反应分子动力学模拟研究了该材料在外电场下的响应。结果表明构建的复合结构在方向沿CNT 的匀强电场下，能够以CNT 为中心形成反应热点；随着热点的成长，形成了自发行进的燃烧层，可以分解掉整个体系。     

An experimental investigation of convective heat transfer at evaporation of kerosene and water in the closed volume

An evaporation of kerosene and water was investigated based on convective heat transfer in the experimental setup simulating a typical volume of the fuel tank of the launch vehicle. Basic criteria of similarity used in choosing the design parameters of the setup, parameters of the coolant and model liquids, were numbers of Reynolds, Prandtl, Biot, and Nusselt. The used coolants were gases, including air and nitrogen; in addition, at the stage of preliminary experiments, products of combustion of hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB) were considered. Boundary conditions were taken for the liquid located on the plate in the form of “drop” and at its uniform film spread in the experimental model setup. On the basis of experimental investigations, the temperature values were obtained for the system “gas-liquid-wall”, and areas of mass transfer surface and heat transfer coefficients of “gas-liquid” and “gas-plate” were determined for coolants (air and nitrogen) and for liquids (water and kerosene). The comparative analysis of the obtained results and the known data was carried out. Proposals for experiments using coolants based on HTPB combustion products have been formulated.     

微型火焰管中燃烧的研究

提出了一种新型的微动力机电系统观念,即微型热光电 TPV(thermo photovoltaic)系统。微型燃烧室是微型TPV系统中最重要的部分之一。为了获得较高的能量转换效率,需要使燃烧器壁面四周处于较高且分布均匀的温度状态。尺寸效应对微型燃烧室中的持续燃烧带来了很大的影响。为了分析微型燃烧器中燃烧的可行性和有关影响因素,在不同工况下进行实验。结果表明,在一定的流量和混合比范围内,可以在微型火焰管内维持稳定的燃烧,高温能够在燃烧室四周均匀分布。     

γ辐射多层组合屏蔽的蒙特卡罗方法模拟及其论证

应用蒙特卡罗（MC）方法通用软件(MCNP4B程序)建立多层组合模型, 模拟计算了γ辐射非均匀屏蔽的问题, 比较研究各种组合方法以确定最佳的方案。 同时对模拟结果与理论计算、 实验测量三者进行综合分析, 说明了三者结论的一致性, 也说明了用MC方法来模拟非均匀屏蔽的可行性和多层组合屏蔽设计的实际意义。 In this paper, the multi layer model was established to calculate γ radiation non uniform shielding problem, and various combinations of methods were investigated to determine the optimal option. At the same time, the comprehensive analysis of the simulation results, the theoretical calculation and the experimental measurements show that the consistency among them. Practical significance is also shown that the application of Monte Carlo method to simulate the non uniform shielding feasibility and multi layer shielding design.     

具有均匀天空背景的高精度静态星模拟器设计

为解决现有星模拟器只关注星图模拟精度而忽略天空背景模拟的问题,设计了具有均匀天空背景的高精度静态星模拟器.重点阐述星模拟器的组成和工作原理,详细论述光学系统优化设计方法.根据模拟器光学系统透镜大、精度高的特点,采用筒套筒的镜筒设计形式;为了保证星图模拟精度,采用激光直写技术制作星点板,刻划精度优于±1μm.测试结果表明:设计的具有均匀天空背景的高精度静态星模拟器的星图模拟精度优于3″,天空背景均匀性优于95％,满足导航敏感器的高精度地面标定与功能测试需求.     

Numerical analysis of self-excited tangential combustion instability for an MMH/NTO rocket combustor

This study presented the numerical simulation of the tangential combustion instability in a hypergolic liquid bipropellant rocket thrust chamber, which applied fuel liquid film cooling method and unlike impinging injectors. The liquid spray was modeled using Lagrangian approach, while the gas was regarded as Euler phase. Stress-blended eddy simulation and finite rate/eddy–dissipation model were adopted to simulate the turbulent combustion process. Consistent with the experiment results, this work successfully simulated the transformation of tangential combustion instability from standing mode to spinning mode. The mean pressure, amplitude and frequency of limit cycle oscillation were in good agreement with the experiment. There was a detailed analysis about the flow field, Rayleigh index, and driving mechanism of the combustion instability. It was found that the oscillation began with hot spots of heat release rate due to the interaction between the spray of impinging injectors and cooling fuel jet. More than that, cooling fuel jet also contributed to drive the oscillation. In the standing mode, injectors in the inner and outer rings drive the oscillation together, while the spinning mode is mainly driven by injectors in the outer ring. The pressure wave is subsonic and its Mach number is close to 1. It was shown that the pressure wave contained a complex structure divided into three parts. This led to the in-phase of the pressure along the axial direction and the double-peak characteristic of the downstream pressure signal. Besides, a positive feedback closed-loop system associated with periodic oxidizer/fuel ratio was believed to sustain the combustion instability. The oscillation can be maintained when pressure, heat release and oxidizer/fuel ratio are coupled together. The analysis results indicate that rotating detonation is an implication to tangential combustion instability.     

声场作用下甲烷部分预混火焰NOx生成特性实验研究

在Rijke管产生的强迫脉动驻波声场下,以甲烷层流部分预混火焰为研究对象,比较了脉动燃烧与稳态燃烧下NOx随当量比的变化规律,结合微细热电偶、火焰探针,讨论了火焰内部温度场和组分浓度变化,分析了脉动燃烧下NOx降低机理。结果表明脉动燃烧下甲烷部分预混火焰的NOx降低,其主要机理为：脉动燃烧下火焰的峰值温度低,温度分布均...