分级燃烧稳定性的数值计算

发展低NOx燃烧技术,一个主要方法是通过分级燃烧组合燃烧过程来满足工况下的低污染排放要求.实现该技术的一个关键技术是如何在运行中避免或控制非稳定振荡燃烧.通过对分级燃烧系统的非稳态数值模拟,可以看列燃烧系统动态特性不仅与每个进口的安排有关,也和频率密切相关.通过构建火焰传递函数,可以定量分析火焰动态变化的大小和它们之间的相位关系.这些结果可以帮助我们在设计和运行分级燃烧系统时,防止可能出现的振荡燃烧,实现燃烧系统在全工况下安全、高效运行.     

进气加入CO2对直喷式柴油机燃烧的影响

在直喷式柴油机上研究了进气加入CO2气体对其燃烧特性以及发动机性能和排放品质的影响.研究结果表明,进气加入CO2,柴油机的混合气形成过程几乎不受CO2气体加入量的影响,主要反映在着火延迟期随着CO2加入量的增加而变长,燃烧持续期缩短,燃烧最高温度降低.同时导致柴油机的最大爆发压力和压力升高率降低,并且其出现的位置后移,充气效率下降,排气温度上升.加入CO2后,NOx排放有较大下降,HC、CO稍有增加,烟度受到的影响不大.     

采用简化燃烧室研究柴油机缸内流动

本文采用简化燃烧室研究柴油机燃烧室结构参数对涡流比的影响.简化燃烧室排除了实际燃烧室边界形状的复杂性,主要结构参数之间的可比性更强.研究表明,缸内总体平均涡流比遵循角动量守恒定律,由流体平均旋转半径、角动量、以及摩擦耗散决定.上止点附近,横截面上的平均涡流比除受上述三种因素影响外,还受燃烧室内涡环的影响,涡环的强弱取决于活塞凹坑形式;横截面切向速度分布因受涡环影响,而不能简单归结为刚体流与势流的组合.     

直喷式柴油机燃烧系统均匀优化设计的多维仿真研究

以直喷式柴油机的动力性和经济性为优化目标,对柴油机燃烧系统进行了基于均匀设计的多维仿真研究。通过回归分析的方法,综合考虑了柴油机的进气系统、喷油系统和燃烧室形状等参数,得到了燃烧系统参数的最优组合。结果表明:均匀设计法能以较少的仿真计算次数得到优化结果;通过回归分析和回归方程的分析得出,涡流比、油束夹角,以及涡流比和油束夹角的交互作用对柴油机的动力性和经济性影响最大;均匀设计的优化结果准确可靠,因此均匀设计法可以用于柴油机的多维仿真研究;涡流比和油束夹角的交互作用对油气混合有较大的影响。     

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.     

直喷式柴油机燃烧过程及碳烟生成的初步计算

依据已简化的包含多环芳烃生成的正庚烷气相详细化学反应机理,基于专业流体解析软件FLUENT6.3对直喷式柴油机压缩、膨胀冲程内的自燃和燃烧过程进行了动态模拟,得到了缸内平均温度、主要反应物以及中间产物多环芳烃生成量随转角变化的特性曲线.在数值上,计算得到以苯环质量为主的多环芳烃总生成量水平比试验测量结果约高出1~2个量级,但是在随转角变化的特性上,计算与试验测量曲线定性趋势一致.针对特定转角时刻主要火焰结构参数的截面分布,分析研究了柴油机缸内化学反应特性与流体流动相互作用下的空间分布特征.通过耦合详细碳烟粒子动力学模型,对碳烟表象尺寸进行了初步模拟.     

燃煤锅炉燃烧过程与NOx排放的模型与数值计算

本文以一台前墙布置有24只旋流燃烧器的350 MW燃煤电站锅炉为研究对象,对锅炉在100%、95%、85%、70%和50%额定负荷下的流动、燃烧和NOx排放进行了全炉膛数值模拟。模拟结果与锅炉运行和实测数据进行了全面比较并发现,除50%负荷外,其余工况两者符合情况良好。文中提出并采用了NOx模拟中相关的模型参数;对炉内空气量、炉温与NOx生成关系的计算结果表明, NOx的最终排放对温度的敏感性更强。     

6110柴油机喷雾过程的多维瞬态数值模拟研究

将柴油机全体燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到喷雾过程缸内计算的壁面边界条件.利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE,在进气压缩过程多维瞬态数值模拟基础上,对6110柴油机喷雾过程进行多维瞬态数值模拟研究.通过计算,着重分析缸内两相流动,燃油喷射、雾化以及喷雾粒子的空间分布等.     

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.     

甲烷微尺度催化燃烧的数值模拟

本文联合使用计算流体力学软件FLUENT和可以计算表面反应的化学反应动力学软件DETCHEM对有逆流换热的微尺度燃烧器进行了数值计算。计算中忽略空间反应。燃料-空气混合物的当量比为0.4,反应器壁面采用等温边界条件。计算结果表明,采用催化燃烧可以实现微尺度下通常情况下无法实现的甲烷稳定燃烧。通过适当设置催化表面,可以实现燃料低温、高效转变。甲烷的总转变率受流动状态、反应温度和催化表面的大小等因素的影响。     

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。     

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.     

溶有CO2燃油发动机NOx和碳烟排放的数值研究

本文在KIVA程序的基础上,建立了溶有CO2燃油低温着火模型、碳烟模型,修改了油滴的蒸发模型,并根据实测数据对溶有CO2燃油在缸内的喷射、蒸发、燃烧和燃烧排放物的生成过程进行了数值模拟,溶气燃油喷射时CO2析出过程产生的"微爆"作用促进了燃油的雾化,计算表明溶气燃油喷射形成的可燃混合气分布更均匀,从而改善了缸内局部高温和氧浓度分布不均的条件,减少了NOx和炭烟的生成.     

燃烧室部件传热空间非均匀性对缸内燃烧的影响

将所有燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组-润滑油膜)作为一个耦合体,在对耦合体进行三维传热数值模拟的基础上,利用分区求解、边界耦合法建立缸内工作过程与燃烧室部件的三维耦合计算模型,从而实现缸内工作过程与燃烧室部件的耦合三维仿真模拟,以此考察燃烧室部件传热空间非均匀性对缸内燃烧的影响。研究结果表明,燃烧室部件传热空间非均匀性在喷雾过程几乎对燃烧没有任何影响,可以忽略不计;燃烧过程后期,这种传热空间非均匀性才越来越明显,由此可以推断,燃烧室部件传热空间非均匀性的影响在排气过程将进一步加剧。