二甲醚HCCI燃烧高温反应动力学分析

应用单区燃烧模型对二甲醚均质压燃燃烧的化学反应动力学过程进行了数值模拟研究。通过分析在内燃机压燃燃烧边界条件下二甲醚高温氧化反应过程中的关键基元反应速度、关键中间产物以及自由基的浓度随曲轴转角的变化,得到了二甲醚燃烧氧化的高温反应途经。结果表明,二甲醚均质压燃燃烧具有明显的两阶段放热特性,即低温反应放热和高温反应放热。高温反应阶段又可分为蓝焰反应阶段和热焰反应阶段,其中蓝焰反应阶段是甲醛氧化成CO的过程,热焰反应主要是CO氧化成CO2的过程。二甲醚氧化产物之一甲酸(HOCHO)在蓝焰反应阶段分解生成CO2。     

HCCI燃烧过程化学发光光谱研究

在一台经改装单缸光学发动机机上,进行不同喷油策略和进气温度条件下均质压燃(HCCI)燃烧化学发光光谱实验研究。实验保证循环供油量一定,燃用正庚烷作为燃料,转速600 r.min-1,进气压力0.1MPa,控制2个不同的进气温度:95和125℃。化学发光光谱研究结果表明,低温反应阶段化学发光很弱,主要源于甲醛光谱;低温反应后期-负温度系数区-高温反应初始阶段主要发光来源还是甲醛光谱;高温反应阶段发光主要来源于CO—O*连续谱,同时在CO—O*连续谱上出现OH,HCO,CH,HCHO谱峰;高温反应后期化学发光明显减弱。与-30°ATDC喷油相比,-300°ATDC喷油时CO—O*连续谱发光强度更大,HCO和OH生成量更多,燃烧反应进行程度更深。较高进气温度下CO—O*连续谱发光强度更大,HCO和OH生成量更多。     

空气/天然气λ对QHCCI燃烧过程影响的研究

本文采用天然气气口顺序喷射、柴油引燃方式实现了基于天然气的准均质压燃着火燃烧过程（ＱＨＣＣＩ），本文研 究了气口喷射天然气／空气过量空气系数（λ）ＱＨＣＣＩ对燃烧过程的影响，分析了各种排放产物及燃油经济性同过量空气 系数（λ）、停缸数和引燃柴油量的关系。通过燃烧优化，发动机ＮＯｘ、颗粒和ＮＭＨＣ排放均达到了欧Ⅱ排放指标。     

基于详细化学反应机理的DME发动机三维湍流燃烧模拟

采用基于详细化学反应机理的三维湍流燃烧数值模拟,研究直喷柴油机燃用二甲基醚(DME)的伴有化学反应的流动燃烧现象.模拟预测的缸内压力随曲轴转角的变化及NO排放浓度与实验相符.分析了计算所得的曲轴转角随缸内流场速度、温度和组分浓度的分布历程,结果表明甲醛在低中温下相对稳定,随着温度的升高,氧化反应加速进行,而由于流动及壁面传热等效应,甲醛作为不完全燃烧产物存在于排气中.     

正庚烷复合均质压燃的燃烧与排放特性研究

本文对参比燃料正庚烷(n-heptane)在一台单缸柴油机上进行了复合均质压燃试验,在缸内直喷正庚烷的同时使用电控燃油喷射系统控制进气道的正庚烷喷射量,以达到控制和改善HCCI着火和燃烧的目的.研究了常温常压下,不同预混合比例和不同负荷的正庚烷复合HCCI燃烧和排放特性.研究发现:在保持NOx排放较低的情况下(100×10-6),这种燃烧方式可以有效的拓宽HCCI的运行范围,大幅降低HC排放(平均降低1/3),同时对降低小负荷时的CO排放也有明显效果.     

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。     

废气再循环和添加剂对高辛烷值燃料HCCI燃烧的影响

本文对废气再循环(EGR)和十六烷值改进荆-过氧化二叔丁基(DTBP)对高辛烷值燃料HCCI燃烧的影响进行了研究。实验结果表明:辛烷值为90的燃料(RON90)只能在高温高负荷下才能运行HCCI燃烧模式;在其中加入少量的DTBP后,RON90实现HCCI燃烧的工况范围向低温低负荷下大幅度拓展。加入添加剂后,低负荷性能改善的同时,浓混合气的着火时刻可以通过EGR将含添加剂燃料的着火时刻推迟到上止点附近,从而大幅度提高热效率,降低了燃料消耗率。     

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。     

HCCI工况下氨氢混合物燃烧的直接数值模拟

本文利用直接数值模拟方法对均质压燃(HCCI, Homogeneous Charge Compression Ignition)工况下氨氢混合物的着火和燃烧特性进行了研究。结果表明,着火首先从局部孤立区域处发生,随后发展到整个计算区域;最高燃烧温度和热释率随着掺氢比的增加而增加;通过与零维计算结果对比,发现湍流和热分层使得氨氢混合物着火提前。利用直接数值模拟数据计算了反应锋面的位移速度,并据此分析了自着火和火焰传播这两种燃烧模式。发现在低掺氢比的情况下,燃烧模式以自着火为主;而在高掺氢比的情况下,燃烧模式以火焰传播为主。     

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。     

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。     

基于缸内直喷的汽油HCCI燃烧特性的研究

实现汽油机的均质混合气压燃(HCCI)的难点是精确地控制着火时刻、燃烧速率以及扩展高负荷运行范围.在缸内直喷汽油机(GDI)上试验研究了分层混合气和辅助火花点火对HCCI燃烧特性的影响,考察了对不同运行工况时的适应性.开展了负阀重叠与缸内多段喷油相结合控制HCCI着火稳定性的研究,考察了不同喷油控制策略对HCCI燃烧的影响,确定了HCCI运行工况范围.     

高温空气低燃气浓度燃烧过程的数值模拟研究

从工程实际出发,本文提出了高温空气低燃气浓度燃烧新技术,即充分利用烟气余热提高助燃空气温度,提高热能利用率;同时通过优化喷口结构,提高燃气射流速度,使燃气射流在同空气射流混合燃烧前卷吸大量炉内烟气,从而降低燃气射流中的可燃物浓度,进而降低氮氧化物的排放。通过数值模拟研究表明,通过燃气射流速度从24.56m/s提高到55.26m/s,可以降低NOx的排放;当围绕燃气喷口的六个圆形空气喷口改为两个矩形喷口时,燃气射流可从两侧卷吸更多的炉内烟气,形成低燃气浓度燃烧,从而大大降低了NOx的排放。     

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.     

发动机采用柴油／甲醇组合燃烧的性能研究

分别在增压和自然吸气式高速直喷柴油机上采用柴油/甲醇组合燃烧方式进行研究.试验结果表明,采用组合燃烧后发动机和纯柴油燃烧发动机相比,尾气中NOx和碳烟排放显著减少,消耗燃料的比能耗降低,组合燃烧用燃料的使用经济性优予原机;仅未燃碳氢和一氧化碳较原机有所增加,但是由于排气温度高于催化转换器起燃温度,可以通过催化转换器将其转化.     

燃用天然气合成油增压柴油机特性研究

在一台增压中冷柴油机上分别燃用常规柴油与代用燃料天然气合成油(GTL),供油提前角分别设为上止点前9°和12°CA,对比研究了燃用这两种燃料的柴油机动力性、经济性、燃烧和排放特性.与柴油相比,燃用GTL的柴油机有效功率和转矩不变,有效燃油油耗率降低,有效热效率相当;GTL的最高燃烧压力和放热率峰值均略低,GTL的着火时刻、缸压和放热率峰值出现时刻均略晚,燃烧持续期略长;与柴油相比,在试验工况下GTL平均降低了16.6%HC、14.5%CO、15.7%碳烟和15.1%NOx排放.试验结果显示GTL是一种有潜力的低排放代用燃料.     

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.     

燃料与冷却剂相互作用的数值模拟

本文通过对MIXA06实验的模拟来研究发生在核反应堆严重事故情况下的燃料与冷却剂相互作用(FCIs)细粒化混合过程.采用基于泰勒不稳定性的水力学细粒化模型,对这种高温熔融物与低温冷却剂接触时的强烈热物理作用过程进行数值计算和预测,研究在低韦伯数条件下水力学细粒化模型的适用性.计算结果和参数敏感性分析结果表明,水力学模型低估了熔融液滴的细粒化率.