一、柴油机中混合气形成的研究(论文文献综述)
董世军[1](2018)在《乙醇/柴油双燃料预混低温燃烧模式试验和数值模拟研究》文中认为双燃料预混低温燃烧模式可以同时降低发动机尾气中的碳烟和NOx排放,并且可以保证较高的热效率。此外,双燃料燃烧模式可以实现良好的燃烧相位和放热速率控制,有利于发动机向高负荷工况拓展。因此,双燃料预混低温燃烧模式具有满足未来更加严格排放法规的潜力。然而乙醇/柴油双燃料燃烧模式存在UHC(unburned hydrocarbon)和CO排放过高,以及发动机循环波动较大的问题,并且目前对其混合气着火以及燃烧过程机理的认识仍不清晰。本文采用试验和数值模拟相结合的方法研究了乙醇/柴油双燃料发动机的燃烧和排放特性,并且分析了双燃料燃烧模式下混合气的燃烧机制。本文首先采用激波管试验装置研究了乙醇-正庚烷二元掺混燃料的化学反应机理以及滞燃期,并在此基础上分析了双燃料发动机中燃料分层特性对混合气滞燃期梯度的影响。结果表明,双燃料发动机中混合气燃料分层特性可以形成较大的滞燃期梯度。对于乙醇-正庚烷掺混燃料,固定乙醇当量比(0.3),增大正庚烷含量,混合气当量比小于1.0时,正庚烷含量增大可以有效减小掺混燃料滞燃期;而当混合气当量比高于1.0时,正庚烷含量进一步增大对滞燃期影响不明显。其次,在双燃料发动机中,预混乙醇可以抑制柴油的低温反应,但预混乙醇同时提高了直喷燃油区域的混合气当量比,因此乙醇预混合气直接影响直喷燃油的着火以及碳烟排放。本文基于数值模拟研究了定容燃烧弹中预混乙醇/空气和异辛烷/空气氛围下正庚烷喷雾的燃烧和排放特性,并分析了预混燃料性质,预混燃料当量比以及环境温度等因素的影响。结果表明,在预混乙醇/空气氛围下,接近化学当量比的区域混合气最先着火,而混合气当量比进一步增大(燃料活性进一步提高)的区域滞燃期反而较长。这主要是由于直喷正庚烷蒸发降低了混合气局部温度,从而抑制了高当量比区域混合气低温放热。同时初始着火区域混合气当量比主要由环境温度和压力决定,而随着乙醇预混当量比增大,接近化学当量比的区域混合气活性降低,从而导致滞燃期增大。此外,预混乙醇抑制正庚烷喷雾碳烟生成的效果对环境温度较为敏感。而对比高温环境下预混乙醇/空气和异辛烷/空气氛围中的正庚烷喷雾碳烟排放结果,表明乙醇分子中含氧的特性对碳烟排放影响较小。在上述研究基础上,本文研究了预混燃料性质以及预混燃料比例对双燃料发动机燃烧和排放特性影响。结果表明,预混乙醇对双燃料发动机燃烧相位的影响更加明显,并且乙醇/柴油双燃料发动机在较高的负荷下仍可以实现较为缓和的燃烧放热,因此乙醇预混方式更有利于双燃料发动机向高负荷工况拓展。但乙醇预混方式下UHC和CO排放更高,并且相同负荷下发动机循环波动率高于汽油预混方式,主要是由于乙醇预混合气的燃烧过程对混合气初始温度波动较为敏感。最后,本文基于发动机试验研究了直喷喷孔数对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,并结合发动机试验和数值模拟研究了乙醇/柴油双燃料燃烧模式混合气的燃料分层特性,包括预混乙醇比例、直喷正时以及直喷喷孔数目对燃料分层的影响,进而分析了相应的燃料分层影响着火和燃烧过程的机制。结果表明减小喷孔数有助于降低乙醇/柴油双燃料发动机缸内爆压以及最大压力升高率。主要是由于喷孔数较小时直喷燃油沿气缸周向和径向的分布均存在明显的梯度,从而降低了乙醇预混合气的燃烧速率。此外,试验结果表明混合气燃料分层在很大程度上影响发动机循环波动,而保证混合气的着火正时稳定性对于保证发动机的燃烧稳定性较为关键。此外,研究结果表明当保证相同的燃烧相位以及缸内爆压时,采用较高的乙醇预混比例结合推迟的主喷正时,可以实现更加稳定的着火,进而可以降低双燃料发动机循环波动率。
田维[2](2010)在《高速直喷柴油机混合气形成动态特性及其对燃烧过程的影响》文中指出为了实现对高速直喷式高压共轨柴油机混合气形成过程及放热率的主动控制。寻找出理想的放热规律和浓度场分布,以及浓度分布特性和放热规律对性能和排放的影响规律。利用GT-suit软件研究了高压共轨喷射系统中的电磁控制系统、液压力控制系统、喷油器针阀和喷孔参数对喷油规律的影响;对燃烧室结构进行了参数化,利用FIRE软件研究了缩口燃烧室的缩口比、径深比和中以凸台对缸内气流运动强度及气流运动强度保持性的影响;并在前述研究的基础之上研究了喷油器流量特性、喷孔参数、喷雾位置、喷射压力和喷射正时与缩口燃烧室匹配时缸内浓度场及燃烧过程的变化。结果表明,通过对缩口燃烧室结构的优化并与高压共轨喷射系统进行合理匹配可以控制混合气形成过程,从而实现对混合气浓度场分布特性和放热规律的控制。提出了通过控制目标放热率来控制柴油机的燃烧过程的方法,并给出了以燃烧噪声、经济性和排放来确定目标放热率的思路。采用在计算网格中设置虚拟采样点的方法对缸内浓度、温度和各排放物的生成速度进行了量化。由此研究了反应区域内的浓度、温度、浓度梯度和温度梯度对soot和NOX的影响规律,并绘制了快速NO生成速率的Φ-T图。
赵霏阳[3](2013)在《柴油机低温燃烧实现超低碳烟排放的机理研究》文中研究指明随着世界范围内的内燃机保有量日益增加,内燃机排气污染物对人类健康以及城市环境的破坏问题也日益突出。排放法规对发动机碳烟排放量以及碳烟颗粒尺寸的要求日益严格。柴油机低温燃烧技术通过协同控制燃烧过程中混合与化学反应参数,可以实现高的热效率与超低的碳烟排放。这要求更深入了解碳烟生成机理,提高CFD模拟计算的预报精度。本研究以发动机试验研究为基础,从前驱物气相化学动力学和颗粒动力学两方面构建了适用于柴油机低温燃烧过程中碳烟生成预报的多步现象学碳烟模型MSP-CH。基于对碳烟生成机理的理解,乙炔在碳烟前驱物PAH生成以及碳烟表面生长过程中占有重要作用。因此在碳烟模型中耦合了乙炔化学动力学简化模型,用以预报发动机复杂燃烧环境下乙炔的生成历程。修正的HACA机理作为碳烟生成的核心理论,描述氢原子解吸附-乙炔分子添加的碳烟表面生长过程,并考虑了未燃碳氢自由基对激活碳烟活化表面的作用。本研究提出了一个新的关于碳烟颗粒活化表面比例分数αCH的表达式,综合考虑了柴油机低温燃烧过程中混合气浓度与温度的分层分布对碳烟表面活化程度的影响,从而实现了对于不同混合气分层燃烧过程中碳烟生成的预报。研究结果表明,碳烟表面生长是影响碳烟质量积累的重要过程,而碳烟表面生长速率主要取决于碳烟表面活化表面积的比例分数αCH与单位面积生长速率RCH。在柴油机低温燃烧过程中,随着EGR率增加,尽管碳烟前驱物的生成量增加,但是燃烧温度降低使得RCH大幅减慢,这是导致碳烟表面生长速率降低的主要原因,进而影响最终的碳烟排放降低。混合气不均匀程度会促进浓混合气与未燃碳氢的形成,使得αCH与RCH增加,这是导致碳烟表面生长速率增加的主要原因,进而导致碳烟的生成量增加。在混合气相对均匀的工况下,混合气浓度以及αCH分布比较均匀,较高的αCH分布在低温、浓混合气的区域;随着混合气浓度不均匀程度增加,αCH出现在浓混合气区域,而燃烧温度对αCH分布的影响退居成为次要因素。在柴油机“高密度-低温”燃烧模式下重点研究了热力学状态参数、组分以及混合气浓度对碳烟生成特性的影响。增加充量密度可以有效的改善着火前混合气的均匀程度,降低乙炔生成量的同时减小了碳烟表面的活化程度,使得碳烟表面生长速率降低。同时提高充量密度增加了进气中氧气的绝对量,加速了碳烟的氧化过程,有利于进一步降低碳烟排放。随着初始氧浓度降低,乙炔的最大生成量降低;而燃烧后期乙炔的净生成量保持在较高的水平上。由未燃碳氢(乙炔、UHC自由基)浓度以及燃烧温度共同决定的RCH降低,而浓混合促进αCH增加。这样使得碳烟表面生长速率随着初始氧浓度的降低呈现出先减小而后增大的趋势。初始氧浓度降低增强了“CO冷藏”的程度,削减了碳烟的氧化能力,导致CO以及碳烟的排放量增加。
姚广涛[4](2005)在《预混合压燃发动机混合气形成与燃烧过程研究》文中认为预混合均质压燃着火(HCCI)方式避免了碳烟和NOx的生成条件,因而生成的碳烟和NOx的排放量很少。这种燃烧接近等容燃烧,有很高的热效率,被认为是未来取代传统发动机燃烧方式最有前途的技术之一,是目前内燃机界的研究热点。本文通过试验观察与模拟计算相结合的研究方法,对柴油在不同的氛围中混合气形成与着火和燃烧过程进行了深入地研究,揭示了预混合压燃混合气形成与着火的特点,分析了不同参数对实现预混合压燃燃烧过程的影响,提出了在不同条件下,实现预混合压燃燃烧过程的条件。大量试验研究发现:柴油机在中小负荷时,碳烟和NOx排放极低。通过对柴油机在部分负荷时混合气形成与着火特点的研究发现:在一定条件下,柴油机在着火前,已没有可见的油滴存在,实际上属于预混合压燃燃烧。这一研究结果说明:柴油机在部分负荷时,之所以碳烟和NOx极低,除与传统的认为此时混合气浓度比较稀有关外,还与此时燃烧过程为预混合压燃有重要的关系。为了深入研究柴油在不同的氛围中实现预混合压燃燃烧过程时,燃油蒸发、混合气形成以及着火与燃烧过程的特点,本文首先采用先进的激光测试技术和高速CCD建立了一套发动机可视化装置,直接观测和记录实际发动机中柴油在纯空气、天然气-空气、CO2-空气环境中雾化、蒸发以及着火和燃烧过程。试验研究结果表明:在不同的氛围中,柴油喷油量在一定范围内,均可以实现预混合压燃燃烧;柴油在天然气-空气和CO2-空气氛围中,着火滞燃期比在纯空气中长,且着火点的数量更多,因此,燃烧过程更接近预混合均质压燃燃烧。本文通过对实际发动机中柴油在不同的氛围中实现预混合压燃与预混合均质压燃(HCCI)燃烧过程进行对比,发现前者燃烧过程为柴油在具备着火条件的几个点同时着火,然后引燃周围的混合气,这与HCCI的无边界着火明显不同。为了分析柴油在不同的氛围中混合气形成与着火和燃烧的规律,确定实现柴油预混合压燃的条件,本文将目前广泛采用的KIVA程序改造为可以进行单、双燃料内燃机工作过程的数值模拟,提出了柴油引燃预混合天然气发动机引燃油着火预测修正的Shell模型,以Arrhenius公式为基础,综合湍流对化学动力学的影响,提出了一个新的燃烧模型。模拟计算结果表明:柴油机不同的喷油提前角均对应一个使燃油在着火前实现完全蒸发的最大喷油量;柴油在天然气-空气中着火滞燃期比在纯柴油中长,可以在相对较多的引燃油量下,实现预混合压燃。
郑清平[5](2006)在《压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究》文中认为本文提出了一种新的压燃式天然气发动机燃烧系统。为了使高辛烷值的天然气实现压缩着火,该系统采用了高压缩比、电热塞助燃和燃烧室壁面喷涂隔热层等技术措施,并采用了进气预热。为了克服高辛烷值天然气在压缩着火和燃烧过程中出现的失火和敲缸现象,该燃烧系统采用了分隔室式燃烧室结构和天然气复合供气系统,从而实现了主、副燃烧室内的混合气浓度分层和温度分层,有效地控制了着火时刻及燃烧速度,拓展了发动机的运行范围。为了进一步改善发动机的起动性,扩展稀燃界限,增大高负荷运行范围,采用了助燃添加剂和热EGR的技术措施,取得了明显的效果。本文介绍了这一压燃式天然气发动机燃烧系统的研制和开发工作,其中包括新型燃烧系统的构思、燃烧室形状和隔热结构设计、复合供气系统设计、EGR系统设计、助燃添加剂供给系统设计等。本文介绍了作者对这一燃烧系统进行的模拟计算和燃烧机理分析。为对这一燃烧系统进行模拟计算,研究其燃烧机理和影响因素,首先建立了由23种物质和42个基元反应式组成的天然气化学动力学简化机理,并将该机理与CFD模拟软件相结合对压缩着火天然气发动机的燃烧过程进行了模拟计算。模拟计算结果表明,复合供气模式能够通过进气温度、进气终了缸内混合气浓度、电热塞温度、高低压供气量、高压喷气起始时刻等参数的优化组合在燃烧室内形成合理的混合气浓度分层和温度分层,实现了两级燃烧,扩大了发动机的运行范围。进气温度、电热塞温度及供气量等运行参数对压缩着火天然气发动机的着火和燃烧过程影响较大,它们主要是通过改变主、副室内混合气温度分层和浓度分层效果来影响着火和燃烧过程的;燃烧室几何形状对燃烧性能的影响主要是通过气流运动起作用的。涡流对着火的影响要强于湍流,湍流的主要作用在于促进提高燃烧速度,缩短燃烧持续时间。本文还介绍了作者在原理样机上进行的试验研究,试验结果与模拟计算相吻合。试验结果表明,进气道低压供气模式最容易起动,其次为复合供气模式,缸内高压供气模式难以起动。当压力升高率超过0.65MPa/℃A时,发动机出现轻微敲缸现象,而当压力升高率超过0.78MPa/℃A时,发动机出现较强烈的敲缸现象。发动机运行范围受到失火和敲缸的限制。二叔丁基过氧化物添加剂的加入由于能在较低的温度下分裂出自由基,同时又能在低温下放出热量,从而加快了连锁反应的速度,故对天然气的着火有明显的改善作用;采用热EGR可推迟着火时刻,降低燃烧速度,有利于克服发动机燃烧敲缸,扩大高负荷运行范围。
李刚[6](2019)在《车用IBE/柴油混合燃料喷雾和燃烧特性研究》文中指出近年来,代用燃料在车辆上的使用因可以降低排放、缓解能源压力而备受关注。丙酮-丁醇-乙醇(ABE)混合液是发酵生产生物丁醇的中间产物,可以被直接用作车用代用燃料以避免丁醇生产过程中产生的高昂的分离和提纯成本,但ABE中的丙酮腐蚀性大、闪点极低,不适合作为燃料使用。利用生物发酵技术,ABE可以被转化为由异丙醇、丁醇及乙醇(IBE)组成的混合液。与ABE相比,IBE更适合被用作车用代用燃料。大多情况下,代用燃料的使用可以使碳烟排放降低,但NOx排放升高。低温燃烧是一种可以有效降低车用发动机排放的机内净化技术,具有同时降低碳烟和NOx排放的潜力。当前对其开展的研究大多以发动机台架实验为主,很少涉及具体的喷雾与火焰发展过程,而关于IBE/柴油混合燃料喷雾燃烧的研究更少。为研究车用IBE/柴油混合燃料的喷雾燃烧过程,本文构建了一台预混加热式定容燃烧弹,研究了IBE/柴油混合燃料和纯柴油的差异;IBE中各组分的比例、IBE与柴油混合比;正丁醇、IBE及ABE的差异等对燃料喷雾燃烧的影响。试验过程中,定容燃烧弹的环境温度变化范围为800K-1200K、环境氧浓度的变化范围为13%-21%,覆盖了低温燃烧、常规燃烧和有无EGR下柴油机的缸内环境参数。此外,本文还对柴油机燃用IBE/柴油混合燃料时的性能、燃烧及排放进行了研究,以验证定容燃烧弹所得结果。不同环境温度和氧浓度条件下的容弹试验结果表明,随环境温度或氧浓度降低,所有测试燃料的喷雾、燃烧及火焰发展过程呈现出一些一般性规律,即液态贯穿距离和喷雾面积均增大,最大燃烧压力和峰值放热率均升高或均降低,滞燃期延长,燃烧持续期缩短或延长,燃烧相位推迟,火焰举升高度和油气混合区域均增大。所有测试燃料的火焰自然发光强度随环境温度或800K和1000K温度下的氧浓度降低依然表现出相似的规律,即降低。但在1200K高温下,随着氧浓度降低却呈现出一些差异,即对于柴油和小混合比的燃料,其火焰自然发光强度降低,而对于纯正丁醇、IBE、ABE及IBE80,其火焰自然发光强度升高。不同燃料的容弹试验结果表明,燃料理化特性对喷雾、燃烧及火焰发展过程的影响在低温下较明显,但高温下不太显着。添加IBE到柴油中,可以改善燃料的喷雾特性,使液态贯穿距离缩短、喷雾面积减小;混合比越大,改善效果越明显,但燃烧压力和放热率降低,不利于发动机热效率的保持;与柴油相比,IBE/柴油混合燃料火焰举升高度较长,油气混合区域较大,火焰自然发光强度较低。对比不同组分的IBE/柴油混合燃料,可以发现,随着IBE中异丙醇含量的增多,被测燃料的液态贯穿距离缩短,喷雾面积减小,火焰举升高度略微延长,自然发光强度显着降低。此结果表明,增加IBE组分中异丙醇的比例有利于改善喷雾特性,降低碳烟排放。正丁醇、IBE及ABE的喷雾特性总体上较为相近,只有在800K低温工况下表现出差异,具体表现为ABE的液态贯穿距离和喷雾面积最小,IBE次之,正丁醇较大。与IBE和ABE相比,正丁醇的自然发光强度最大。在1000K温度下,ABE的自然发光强度略大于IBE,而1200K温度下明显大。由柴油机台架试验结果可知,柴油中掺混IBE可以有效降低碳烟排放,但NOx排放升高。随着进气道氧浓度的降低,NOx排放明显降低,碳烟排放升高。但对于混合比为30%的IBE/柴油混合燃料,碳烟排放随进气道氧浓度降低而升高的程度很小。这表明配合适当比率的EGR,缸内直喷IBE/柴油混合燃料可以同时降低NOx和碳烟排放。
胡东[7](2012)在《高强化柴油机燃烧室对燃烧过程及性能影响的仿真研究》文中研究说明高强化柴油机的基本特征,即高转速,高喷压和高增压,决定了要对柴油机燃烧系统的设计提出新的要求,即在较短的时间内完成油气的充分混合和燃烧。油、气、室三系统参数对缸内气流运动、混合和燃烧过程均有较大的影响,进而影响到柴油机的性能。燃烧室是油气混合和燃烧直接发生的场所,与喷油和进气系统的合理匹配可以大大改善柴油机的性能。研究燃烧室对缸内气流运动、油气混合和燃烧过程的影响规律,对于实现高强化柴油机快速混合和快速燃烧的目标具有十分重要的意义。本文基于某高强化柴油机实验平台,利用CFD软件FIRE对其缸内工作过程进行了仿真研究,建立了计算网格,选定了仿真相关的数学模型、初始条件和边界条件,并与实验数据进行对比,验证了仿真结果的准确性。首先,选取了两种撞壁射流型燃烧室与原燃烧室进行对比研究,确定了适用于高强化柴油机的燃烧室型式为传统ω型燃烧室。其次,对所选取的传统ω型燃烧室进行参数化分析和设计,提炼出可唯一决定燃烧室形状的五个独立变量,分别研究各独立变量对缸内气流运动、混合气形成、燃烧过程及性能的影响,研究发现口径比、出口角度和凹坑半径的影响最大,凸台的影响较小。最后,对各独立变量与油束夹角的交互影响进行了研究,以指示功率为目标确定各交互作用对柴油机动力性的影响规律,同时缩小各相关参数的寻优范围,研究发现口径比与油束夹角对性能的交互影响远大于其他结构参数。基于正交设计法对燃烧系统多参数进行了优化匹配研究,采用三种不同的分析方法明确了各燃烧系统参数对柴油机性能影响的权重或显着性大小,获得了三种性能较优的燃烧系统参数优化匹配方案,并开展了最优方案与原机型的对比分析,发现通过正交设计后可以显着改善高强化柴油机的缸内燃烧过程,提高柴油机的动力性。
肖森林[8](2016)在《宽馏程燃料及燃烧边界条件对压燃式发动机燃烧及排放的影响研究》文中认为针对传统柴油机混合时间短、混合气形成不均匀难以同时降低NOx和PM排放的问题,预混合压缩着火燃烧模式作为内燃机未来实现高效清洁燃烧的重要手段,受到国内外研究者的普遍关注。利用理化特性介于汽油和柴油之间的宽馏程燃料,实现汽油机预混合气形成方式和柴油机的压缩着火方式统一化的燃烧模式,可以同时发挥汽油机和柴油机在经济性和排放性方面各自的优点,将是未来内燃机实现高效清洁燃烧的有效途径。本文以提高内燃机热效率、同时降低NOx和PM为目标,提出了宽馏程燃料与燃烧边界条件协同作用的内燃机燃烧过程优化控制的思想,通过台架试验与仿真计算相结合的研究手段,探求宽馏程燃料、EGR、燃油喷射参数的自变量、组合变量结合实现内燃机燃烧过程控制参数优化的方法和技术。揭示宽馏程燃料、喷射参数、缸内活化条件、温度条件对压燃式发动机燃烧过程的影响规律和影响机理,寻求宽馏程燃料与燃烧边界条件协同作用的内燃机燃烧过程优化控制策略,探索同时降低NOx和碳烟排放、改善燃烧的定容性、提高燃烧热效率的燃烧控制方法,减少发动机的原始排放污染物。首先,构建了压燃式发动机燃烧与排放研究的测控系统平台,并构建了研究宽馏程燃料燃烧与排放特性的三维CFD化学反应动力学数值模型。通过台架试验与数值仿真系统地研究了宽馏程燃料的燃烧与排放特性。结果表明,喷油正时直接决定了燃料雾化过程与燃烧过程所历经的热氛围以及能量的转化效率,对燃烧与排放有着重要的影响。等容度、燃烧效率与壁面传热损失是影响指示热效率的三个主要因素,最优的指示热效率需要达到三者之间的平衡。宽馏程燃料由于挥发性改善、着火性降低,有助于延长滞燃期并促进燃油与空气混合,有利于在滞燃期内形成比例较大的均质预混合气,从而有利于实现预混合压缩着火燃烧模式。此外,宽馏程燃料中汽油比例增加,相应降低了混合燃料中重烃组分比例,在相同的条件下使用宽馏程燃料有利于大幅降低碳烟排放。但是,使用宽馏程燃料易出现过度混合,形成较多过稀混合气区,导致CO与HC排放较高,与柴油相比指示热效率降低,但仍明显高于汽油机。基于所提出的缸内边界条件参数分布不均性的概念,进行了数值计算研究,结果表明滞燃期内宽馏程燃料中汽油组分的不均匀性明显低于柴油组分,高挥发性的汽油成分有利于促进低挥发性柴油成分的蒸发,同时也抑制了活性较高组分的低温化学反应,宽馏程燃料的着火主要是由活性高的柴油组分触发。其次,通过优化燃料的馏程范围和十六烷值,协同控制缸内燃烧的活化氛围和热氛围,探究了同时降低微粒和NOx排放的燃烧过程控制方法与策略,揭示了燃料化学及缸内活化热氛围对燃烧及排放的影响机理。研究表明,随着再循环废气量的增加,进气氧浓度降低,缸内燃烧温度得到有效控制,柴油的NOx排放随之降低,其碳烟排放明显增大,NOx与Soot之间的Trade-off关系较为明显,而采用宽馏程燃料,在NOx排放明显降低的同时碳烟排放也能维持在较低的水平。在小负荷工况,当EGR率超过20%之后,不完全燃烧现象明显增加,导致燃烧效率较低。基于试验与仿真计算的结果,通过燃料特性与燃烧条件的优化,在中等负荷与小负荷工况,得到了基于同时降低NOx与Soot排放以及兼顾燃油经济性的最优控制策略,实现了对燃料特性与缸内活化氛围及热氛围的优化。燃油喷射边界条件是影响发动机混合气形成、燃烧、排放及性能的重要因素,基于燃料特性与缸内活化氛围及热氛围的优化策略,进一步开展了喷油参数与宽馏程燃料协同控制改善压燃式发动机燃烧与排放特性的研究。研究结果表明,采用宽馏程燃料最佳燃油喷射边界条件与传统柴油燃料存在一定差异,宽馏程燃料降低了对于喷油参数调节的敏感性。中等负荷工况下,喷油压力提高,对于宽馏程燃料的碳烟排放改善效果不明显,相反NOx排放会相应增加,同时会导致局部区域过度混合,引发反应链中断,不完全燃烧产物增加。对于预喷射量的研究表明,当采用小预喷量(预喷量为6%)时,不同预喷间隔角对缸内热氛围与活化氛围的调节作用有限,从而对宽馏程燃料主喷阶段的油气混合过程及燃烧过程影响较小。适当加大预喷量(预喷量分别为10%、20%、30%,预喷间隔为30°CA),随着预喷量的增加,对于纯柴油预喷引起明显的冷焰和热焰组成的两阶段放热反应,而宽馏程燃料的预喷只出现有冷焰而无热焰的单阶段放热反应,产生大量的非完全燃烧产物的活性自由基,有利于促进燃烧的开展。当预喷量增加至30%时,预喷的喷雾前端已经撞击到活塞顶面,易形成壁面油膜,导致碳烟的生成。总的来说,对于柴油和宽馏程燃料,随预喷量增加NOx排放都有减小的趋势,而柴油的碳烟排放随预喷量的增加而增加,宽馏程燃料的碳烟排放增加的趋势减弱,总体变化不大。最后,基于宽馏程燃料与燃烧边界条件协同作用实现内燃机燃烧过程优化控制的目标,进一步结合CFD、Taguchi法和ANOVA技术的优化方法,从燃烧理论与优化理论出发,开展了寻求同时改善NOx、Soot以及燃油消耗率的最佳折衷方案的研究。研究结果表明,对于应用宽馏程燃料的发动机,中等负荷工况时,在最优参数及水平的组合下,相比参考的初始边界条件,NOx排放有小幅减少,幅度在2%以内,碳烟排放与指示燃油消耗率都有不同程度的降低。对于小负荷工况,在最优参数及水平的组合下,NOx排放与碳烟排放相比参考的初始边界条件降低效果明显,同时并未恶化指示燃油消耗率,从而使得NOx排放、碳烟排放及燃油经济性形成最佳折衷。
魏胜利[9](2010)在《直喷式柴油机涡流室燃烧系统的研究》文中认为小型高速柴油机长期以来在我国农村经济的发展中发挥着至关重要的作用。随着能源与环保问题日益严峻,非道路用压燃式发动机的排放标准也应运而生。而涡流室式柴油机由于其在排放与噪声方面的优势,在农用机中占有的比重在扩大。尽快开发面向“三农”的经济适用、环保节能的新型柴油机已成为内燃机工作者的迫切任务。本文结合直喷式和涡流燃烧室柴油机的优点,创造性地提出了一种新型的直喷式柴油机涡流室燃烧系统(DISCCS:Direct-Injection Swirl Chamber Combustion System)。即:在直喷式柴油机的活塞上设置涡流燃烧室,活塞中央大凸台导向面与喉口导向面形成涡流室通道,处于通道下方的凹坑成为涡流室。压缩行程中,活塞顶上方产生的挤流由相对狭窄的通道进入涡流室,在其内形成有规律的纵向涡流运动;而喷雾的一部分或全部与燃烧室壁相碰撞,二次雾化后,进入涡流室,与空气快速混合;着火后,涡流室内压力升高,使得燃烧火焰与部分未燃混合气冲出涡流室,在其上部空间与空气再次混合充分燃烧。这样既保持了涡流室柴油机排放低的优点,又因为减少了气缸盖的传热损失,而有较高的热效率。针对所提出的新型燃烧系统,本文开展了如下研究工作:(1)应用三维CFD软件FIRE 2008对不同方案的燃烧室中喷雾分布、混合气形成与燃烧过程进行了数值模拟研究。结果表明:涡流燃烧室中央凸台大小、通道宽度对燃烧和排放有较大影响。气流强度并非越强越好,而是对排放存在最优值。适当的气流强度能改善混合气形成质量,过强的气流会导致混合气分布不均匀。(2)比较了不同孔数油嘴及油嘴伸出缸盖长度对混合气形成及燃烧的影响。在涡流燃烧室中,采用4×0.36×140°油嘴的性能总体要好于6×0.30×140°油嘴。4×0.36×140°油嘴伸出长度为1.8mm的性能要好于伸出长度为2.8mm、3.8mm的油嘴。减少油嘴伸出长度,增加了喷雾扩散范围,使燃烧室内的空气得到充分利用,提高了油气混合质量,从而降低了碳烟排放。(3)在单缸135柴油机上,对直喷式涡流室燃烧系统进行了发动机性能实验。在采用4×0.36×130°油嘴,供油提前角Ofs=8°CA BTDC情况下,在10%-25%、75%-90%负荷工况时,NOx与碳烟排放均低于原机。涡流室燃烧系统出现了较为明显的双峰放热率特征。放热第一率峰值低于原机,燃烧中期,在燃烧涡流及逆挤流作用下,其第二峰值高于原机。(4)为了研究新的燃烧系统在增压下的性能,开发了模拟增压系统。利用螺杆式空压机出来的压缩空气引入进气道,以提高进气密度。在不同增压压力下,采用原机燃烧室与涡流燃烧室进行了性能实验。实验发现,模拟增压可同时降低NOx与碳烟排放,并改善燃油经济性。在压力为1.8bar,采用6×0.3×150°油嘴,θfs=8°A BTDC情况下,原机燃烧室在90%负荷油耗为223.1g/kW·h(降低了16%),此时NOx为219ppm(降低了81%),Soot为0.2BSU(降低了64%)。由于压气机出来的气体温度高于环境温度15°左右,相当于提高了进气温度,从而缩短了滞燃期。(5)废气再循环是一种低成本的降低NOx排放技术。为此开发了并联文丘里管废气再循环系统。利用文丘里管引入废气与增压进气进行混合。采用涡流燃烧室进行了性能实验,结果发现:EGR可以明显降低NOx排放,但会使Soot增加。有EGR时,使滞燃期延长,缸内最高压力的对应曲轴转角后移,并导致放热率第一峰值升高。
何旭,伍岳,马骁,李雁飞,齐运亮,刘泽昌,徐一凡,周扬,李熊伟,刘聪,冯海涛,刘福水[10](2020)在《内燃机光学诊断试验平台和测试方法综述》文中指出活塞式内燃发动机是现代工业中应用最为广泛的动力机械装置。由于其内部燃料喷射、蒸发、燃烧等复杂的工作过程会对发动机的结构可靠性、能量利用效率和污染物生成产生极大影响,研究内部过程的物理机理并确定控制策略对于发动机的设计和改进具有重要的科学意义和实用价值。近年来,为更加深入理解发动机内部工作过程,研究人员广泛采用光学诊断试验技术来测量发动机缸内流动和燃烧特性。本文首先介绍了各类用于模拟发动机工作过程的试验台架(如定容燃烧弹、快速压缩机、光学发动机等)。在此基础上,分析了各类光学诊断技术的基本原理及其在发动机研究中的应用。光学诊断技术分为两类进行讨论,分别是基于传统光学的传统诊断技术(如纹影法、双色法等)和基于激光的先进诊断技术(如粒子图像测速法、激光诱导荧光法等)。光学诊断技术可在多尺度下测量缸内温度、物质浓度、液滴粒径等参数,为准确评估发动机喷油、蒸发、燃烧过程提供试验依据。更重要的是,光学诊断技术为更加深入理解高温高压环境下流动、燃烧的物理/化学机理提供了可能性,为开发高功率、高能效、低排放的先进发动机提供可靠的试验手段,同时为研究人员未来开展基础试验研究、更加深入地理解发动机工作过程提供指导。
二、柴油机中混合气形成的研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、柴油机中混合气形成的研究(论文提纲范文)
(1)乙醇/柴油双燃料预混低温燃烧模式试验和数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 传统内燃机面临的问题 |
1.2 内燃机新型燃烧模式 |
1.3 双燃料预混低温燃烧模式国内外研究现状 |
1.4 目前双燃料燃烧模式研究中存在的问题 |
1.5 本文主要内容及结构 |
2 试验装置和研究方法 |
2.1 发动机试验台架 |
2.2 激波管试验台架 |
3 基于激波管乙醇-正庚烷二元燃料化学反应机理及滞燃期研究 |
3.1 乙醇-正庚烷混合燃料化学反应机理验证 |
3.2 掺混比例对乙醇-正庚烷混合燃料滞燃期影响 |
3.3 双燃料燃烧模式下燃料分层特性对混合气滞燃期梯度影响 |
3.4 本章小结 |
4 预混乙醇/异辛烷氛围下正庚烷喷雾燃烧特性的数值模拟研究 |
4.1 简化反应机理组建及验证 |
4.2 数值计算模型及验证 |
4.3 预混乙醇/空气氛围下正庚烷喷雾燃烧特性 |
4.4 预混乙醇/空气和异辛烷/空气氛围下正庚烷喷雾燃烧特性对比 |
4.5 本章小结 |
5 乙醇/柴油和汽油/柴油双燃料发动机燃烧和排放特性 |
5.1 试验研究工况 |
5.2 乙醇/柴油和汽油/柴油双燃料发动机燃烧过程数值模拟分析 |
5.3 预混比例对双燃料发动机燃烧和排放特性影响 |
5.4 乙醇/柴油和汽油/柴油双燃料发动机循环波动特性 |
5.5 本章小结 |
6 混合气燃料分层对乙醇/柴油双燃料发动机燃烧和排放影响 |
6.1 直喷喷孔数对乙醇/柴油双燃料发动机燃烧排放影响的试验研究 |
6.2 乙醇/柴油双燃料发动机混合气燃料分层特性 |
6.3 燃料分层对乙醇/柴油双燃料发动机循环波动的影响 |
6.4 本章小结 |
7 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 主要创新点 |
7.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 攻读博士学位期间发表的主要论文 |
附录2 博士生期间参与的课题研究情况 |
(2)高速直喷柴油机混合气形成动态特性及其对燃烧过程的影响(论文提纲范文)
提要 |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.1.1 能源现状 |
1.1.2 环境污染问题 |
1.1.3 柴油机在节能减排方面的优势及其发展概况 |
1.2 柴油机主要有害排放物及生成机理 |
1.2.1 NOX的生成机理 |
1.2.2 碳烟的生成机理 |
1.3 柴油机燃烧控制技术现状及发展趋势 |
1.3.1 高效低排放燃烧技术现状 |
1.3.2 柴油机的发展方向 |
1.4 本论文的主要研究内容、意义 |
1.4.1 本论文主要研究内容 |
1.4.2 本论文的意义 |
第2章 燃油喷射系统参数对喷油规律的影响 |
2.1 高压共轨喷射系统(HPCR) |
2.1.1 BOSCH 高压油泵 |
2.1.2 BOSCH 共轨管 |
2.1.3 BOSCH 电控喷油器 |
2.1.4 高压共轨喷射系统参数 |
2.2 试验条件及其GT 仿真模型 |
2.2.1 试验条件 |
2.2.2 GT-SUITE 仿真软件介绍 |
2.2.3 仿真模型及验证 |
2.3 喷油器电磁控制系统参数对喷油规律的影响 |
2.3.1 衔铁芯弹簧刚度系数对喷油规律的影响 |
2.3.2 衔铁芯弹簧预紧力对喷油规律的影响 |
2.3.3 衔铁芯质量对喷油规律的影响 |
2.3.4 电磁力对喷油规律的影响 |
2.4 喷油器液力控制系统参数对喷油规律的影响 |
2.4.1 阀控制室容积对喷油规律的影响 |
2.4.2 进回油节流孔孔径大小对喷油规律的影响 |
2.5 喷油嘴参数对喷油规律的影响 |
2.5.1 针阀质量对喷油规律的影响 |
2.5.2 喷孔数和孔径对喷油规律的影响 |
2.6 本章小节 |
第3章 燃烧室结构参数及其对缸内流场的影响与评价 |
3.1 燃烧室结构参数化及必要性 |
3.1.1 燃烧室结构参数化的意义 |
3.1.2 燃烧室结构设计及特征参数 |
3.2 数值模拟的必要性和可行性 |
3.2.1 数值模拟的必要性 |
3.2.2 数值模拟的可行性 |
3.3 燃烧室实体模型及计算模型 |
3.3.1 FIRE 软件简介 |
3.3.2 建立计算模型 |
3.3.3 数学模型 |
3.3.4 边界条件 |
3.3.5 计算方法 |
3.3.6 模型验证 |
3.4 燃烧室参数对缸内流场的影响及评价 |
3.4.1 评价指标及算法 |
3.4.2 燃烧室中央凸台对气流特性的影响 |
3.4.3 缩口比对缸内气流运动特性的影响 |
3.4.4 燃烧室偏心布置及径深比对缸内流场的影响 |
3.4.5 燃烧室凸台高度对缸内流场的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 燃烧室结构形状与燃油喷射系统的匹配 |
4.1 喷油器流量特性和喷孔参数与柴油机的匹配 |
4.2 喷射位置对发动机性能的影响 |
4.3 燃烧室与喷射参数的匹配 |
4.3.1 燃烧室与喷射压力的匹配 |
4.3.2 燃烧室与喷射正时的匹配 |
4.4 本章小结 |
第5章 目标放热规律及其控制 |
5.1 压力升高率对放热规律的限制 |
5.2 排放和经济性对放热规律的限制 |
5.3 目标放热规律的分析 |
5.4 本章小结 |
第6章 缸内两相流场对燃烧过程及排放的影响 |
6.1 浓度场分布特性对燃烧过程及排放的影响 |
6.2 进气涡流比对缸内两相流场的影响 |
6.3 轨压对缸内两相流场的影响 |
6.4 喷射方式对缸内两相流场的影响 |
6.5 本章小结 |
第7章 全文总结及工作展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 工作展望 |
7.3 本论文的特色和创新之处 |
参考文献 |
攻读学位期间已发表的学术论文 |
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
(3)柴油机低温燃烧实现超低碳烟排放的机理研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 碳烟形成机理 |
1.2.1 前驱物的形成 |
1.2.2 碳烟颗粒成核 |
1.2.3 碳烟颗粒碰撞凝结/聚合 |
1.2.4 碳烟表面生长 |
1.2.5 碳烟的氧化 |
1.3 影响碳烟生成的燃烧边界条件 |
1.3.1 燃烧温度 |
1.3.2 压力 |
1.3.3 当量比 |
1.3.4 燃油结构 |
1.4 影响传统柴油机燃烧过程中碳烟生成的主要因素 |
1.4.1 燃烧环境因素对火焰浮起长度的影响 |
1.5 新概念柴油机燃烧降低碳烟排放的主要技术路线 |
1.5.1 φ-T 图与燃烧概念的发展 |
1.5.2 柴油新概念燃烧方式降低碳烟排放的主要技术路线 |
1.6 本课题研究的内容和意义 |
第二章 碳烟模型的发展 |
2.1 引言 |
2.2 经验模型 |
2.3 半经验模型 |
2.3.1 Surovikin 模型 |
2.3.2 Moss 模型 |
2.3.3 Fusco 模型 |
2.3.4 九步碳烟模型 |
2.4 详细模型 |
2.5 碳烟模型的数值计算方法 |
2.6 本章小结 |
第三章 数值模拟基础 |
3.1 引言 |
3.2 化学反应流体力学基本控制方程 |
3.3 化学反应动力学计算程序 |
3.4 湍流模型 |
3.4.1 湍流对化学反应的作用 |
3.5 喷雾模型 |
3.5.1 喷嘴模型 |
3.5.2 雾化模型 |
3.5.3 液滴的质量、热量传递 |
3.6 撞壁模型 |
3.7 蒸发模型 |
3.8 本章小结 |
第四章 一个新的适用于柴油机低温燃烧过程的多步现象学碳烟模型 |
4.1 引言 |
4.2 柴油机 PPC 燃烧试验系统 |
4.3 数值模拟模型 |
4.4 改进的多步现象学碳烟模型 |
4.4.1 乙炔化学动力学模型 |
4.4.2 改进的碳烟表面生长模型 |
4.4.3 MSP-CH 碳烟模型的框架 |
4.5 数值模拟模型验证 |
4.5.1 正庚烷激波管燃烧中碳烟的数值模拟 |
4.5.2 柴油机 PPC 燃烧过程的数值模拟 |
4.6 本章小结 |
第五章 柴油机部分预混燃烧过程中碳烟生成的主要影响因素 |
5.1 引言 |
5.2 柴油机部分预混燃烧试验工况 |
5.3 柴油机部分预混燃烧数值模拟模型 |
5.4 数值模拟计算结果分析与讨论 |
5.4.1 混合气均匀程度的评价 |
5.4.2 乙炔生成历程的预报 |
5.4.3 混合分层燃烧过程中碳烟生成机理的研究 |
5.4.4 燃烧边界条件对碳烟颗粒数密度的影响 |
5.5 本章小结 |
第六章 高密度-低温燃烧过程中碳烟生成特性的研究 |
6.1 引言 |
6.2 高密度-低温燃烧试验系统及运行工况 |
6.3 高密度-低温燃烧数值模拟结果分析与讨论 |
6.3.1 数值模拟模型验证 |
6.3.2 充量密度对碳烟生成特性的影响 |
6.3.3 进气氧浓度对碳烟生成特性的影响 |
6.3.4 “CO 冷藏”对于碳烟氧化的影响 |
6.4 本章小结 |
第七章 全文总结 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
(4)预混合压燃发动机混合气形成与燃烧过程研究(论文提纲范文)
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 预混合均质压燃燃烧系统的研究历程 |
1.3 柴油HCCI 发动机混合气形成方式与特点 |
1.4 内燃机均质压燃燃烧研究面临的问题 |
1.5 本课题的提出及主要解决的问题 |
第二章 发动机缸内燃油喷雾与燃烧过程试验研究装置 |
2.1 概述 |
2.2 内燃机缸内混合气形成与燃烧过程光学测试方法 |
2.3 试验系统设计 |
2.3.1 光学发动机 |
2.3.2 进气系统 |
2.3.3 光学系统 |
2.3.4 实验控制和数据采集系统 |
2.3.5 实验装置 |
2.4 本章小结 |
第三章 预混合压燃混合气形成与燃烧过程试验研究 |
3.1 引言 |
3.2 试验方案 |
3.3 柴油机不同负荷燃油喷雾与燃烧过程试验研究 |
3.3.1 着火前燃油蒸发状况 |
3.3.2 着火特征 |
3.3.3 着火滞燃期 |
3.4 进气引入部分天然气时柴油混合气形成与燃烧过程试验研究 |
3.4.1 引燃柴油混合气形成与着火过程 |
3.4.2 在天然气-空气中引燃柴油喷雾特性及天然气浓度对着火过程的影响 |
3.5 在CO_2-空气环境中柴油喷雾与燃烧过程试验研究 |
3.5.1 进气中加入CO_2 对柴油喷雾过程的影响 |
3.5.2 进气中加入CO_2 对柴油着火过程的影响 |
3.5.3 进气中加入CO_2 对柴油着火延迟期和燃烧持续期的影响 |
3.6 预混合压燃燃烧过程与HCCI 燃烧过程对比 |
3.7 本章小结 |
第四章 预混合压燃混合气形成与燃烧过程数学模型 |
4.1 引言 |
4.2 预混合均质压燃燃烧过程数学模型研究现状 |
4.3 气体流动过程以及燃油喷雾模型 |
4.3.1 气体流动过程模型 |
4.3.2 液滴蒸发模型 |
4.3.3 燃油喷雾模型 |
4.4 着火与燃烧模型 |
4.4.1 着火模型 |
4.4.2 燃烧模型 |
4.5 本章小结 |
第五章 预混合压燃混合气形成及燃烧过程的数学模型计算分析 |
5.1 引言 |
5.2 模型计算结果的试验验证分析 |
5.2.1 柴油和柴油引燃预混合天然气发动机燃烧过程模拟计算结果试验验证 |
5.2.2 柴油引燃预混合天然气着火模型验证 |
5.2.3 柴油引燃预混合天然气燃烧过程模型验证 |
5.3 柴油在纯空气和天然气-空气中混合气形成与燃烧过程计算分析 |
5.3.1 喷油前缸内气体状态比较 |
5.3.2 柴油机小负荷和柴油引燃预混合天然气发动机着火滞燃期分析 |
5.3.3 预混合天然气发动机中引燃柴油着火点模拟计算 |
5.3.4 柴油及柴油引燃预混合天然气发动机着火前燃油雾场分布 |
5.4 燃油喷雾特性对柴油引燃预混合天然气发动机混合气形成及燃烧过程影响 |
5.4.1 引燃油SMD 的影响 |
5.4.2 引燃油喷雾粒子群出口速度的影响 |
5.4.3 引燃油喷油提前角的影响 |
5.4.4 天然气所占比例的影响 |
5.5 柴油在纯空气和天然气-空气中预混合压燃条件 |
5.5.1 柴油在纯空气中预混合压燃条件 |
5.5.2 柴油在天然气-空气中预混合压燃条件 |
5.6 本章小结 |
第六章 工作总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 今后工作展望 |
参考文献 |
发表论文和科研情况说明 |
致谢 |
(5)压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 前言 |
1.2 天然气发动机发展历程及前景 |
1.3 天然气作为发动机燃料的主要优点及其主要特性 |
1.4 天然气发动机技术研究现状 |
1.4.1 火花点燃式天然气发动机 |
1.4.2 CNG/柴油双燃料引燃式天然气发动机 |
1.4.3 压燃式天然气发动机 |
1.5 CFD 模拟计算在发动机开发中的应用现状 |
1.5.1 化学动力学机理 |
1.5.2 CFD 多维模拟软件 |
1.5.3 CFD 与化学动力学耦合的数值模拟技术研究现状 |
1.6 课题的研究意义和内容 |
第二章 CFD 计算模型及数值计算方法 |
2.1 湍流流动模型 |
2.1.1 湍流流动的基本控制方程组 |
2.1.2 湍流物理量时均值定义及运算规则 |
2.1.3 湍流 Reynolds 时均方程 |
2.1.4 k-ε湍流模型 |
2.2 化学动力学模型 |
2.2.1 化学动力学基本原理 |
2.2.2 天然气的化学反应动力学过程 |
2.2.3 天然气化学动力学简化模型 |
2.2.4 简化机理有效性的验证 |
2.3 CFD 与化学动力学机理的耦合 |
2.4 数值计算方法 |
2.4.1 有限容积离散方法 |
2.4.2 多变量耦合方程的求解—SIMPLE 解耦方法 |
2.4.3 网格结构 |
2.4.4 初始条件和边界条件 |
2.5 本章小结 |
第三章 发动机燃烧系统设计、试验、模型验证及模拟计算中若干问题的研究 |
3.1 复合供气压缩着火天然气发动机设计 |
3.1.1 燃烧室结构 |
3.1.2 天然气复合供气系统 |
3.1.3 辅助措施 |
3.1.4 计算机控制系统 |
3.2 复合供气天然气发动机试验结果 |
3.2.1 试验台架组成 |
3.2.2 喷气速率的标定 |
3.2.3 复合供气压燃式天然气发动机的实验分析 |
3.3 模型的验证 |
3.3.1 计算网格 |
3.3.2 模型有效性验证 |
3.4 模拟计算中若干问题的研究 |
3.4.1 着火时刻的判断 |
3.4.2 网格对计算的影响 |
3.4.3 计算步长 |
3.5 本章小结 |
第四章 压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算 |
4.1 不同供气模式下着火和燃烧机理分析 |
4.1.1 进气道供气模式下着火和燃烧机理分析 |
4.1.2 缸内供气模式下着火和燃烧机理分析 |
4.1.3 复合供气模式下着火和燃烧机理分析 |
4.2 燃烧室几何形状对气体流动的影响 |
4.2.1 连接通道直径对气流运动的影响 |
4.2.2 连接通道倾度对气流运动的影响 |
4.2.3 通道位置对气流运动的影响 |
4.2.4 连接通道形状对气流运动的影响 |
4.2.5 副燃烧室形状对气流运动的影响 |
4.3 燃烧室几何形状对燃烧特性的影响 |
4.3.1 通道直径对燃烧过程的影响 |
4.3.2 通道倾角对着火和燃烧过程的影响 |
4.3.3 通道位置对着火和燃烧过程的影响 |
4.3.4 通道形状对着火和燃烧的影响 |
4.3.5 副室形状对着火和燃烧的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 扩大压燃式天然气发动机运行范围的研究 |
5.1 改善压燃式天然气发动机起动性及扩展稀燃界限的研究 |
5.1.1 助燃添加剂改善发动机起动性和稀燃界限的试验研究 |
5.1.2 助燃添加剂改善着火性能机理的 CFD 研究 |
5.2 扩大压燃式天然气发动机高负荷运行范围的研究 |
5.2.1 扩大压缩着火天然气发动机高负荷运行范围的CFD 研究 |
5.2.2 扩大复合供气天然气发动机运行范围的试验研究 |
5.3 本章小结 |
第六章 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 未来工作展望 |
创新点 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
附录 |
致 谢 |
(6)车用IBE/柴油混合燃料喷雾和燃烧特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
缩略语 |
符号 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 车用生物代用燃料综述 |
1.3 生物丁醇及其上游产物ABE、IBE的研究现状 |
1.4 低温燃烧技术的研究进展 |
1.5 汽车发动机喷雾与燃烧测量技术简介 |
1.5.1 汽车发动机喷雾和燃烧测量设备 |
1.5.2 汽车发动机喷雾和燃烧测量方法 |
1.6 本文研究目的和主要研究内容 |
第二章 试验装置与数据处理 |
2.1 定容燃烧弹实验平台 |
2.1.1 工作原理 |
2.1.2 结构组成 |
2.1.3 供油系统 |
2.1.4 控制系统 |
2.1.5 光学测试系统 |
2.1.6 附属机构 |
2.2 液滴蒸发容弹 |
2.2.1 结构组成 |
2.2.2 液滴悬挂系统 |
2.3 发动机实验台架与TEM |
2.3.1 发动机实验台架 |
2.3.2 TEM |
2.4 混合燃料物性估算 |
2.4.1 汽化潜热和饱和蒸气压 |
2.4.2 粘度和表面张力 |
2.5 数据处理 |
2.5.1 喷雾图像处理 |
2.5.2 火焰图像处理 |
2.5.3 碳烟图像处理 |
2.5.4 液滴蒸发图像处理 |
2.5.5 燃烧压力处理 |
2.6 本章小结 |
第三章 IBE/柴油混合燃料与纯柴油喷雾和燃烧特性对比研究 |
3.1 蒸发喷雾特性对比研究 |
3.1.1 实验燃料与工况 |
3.1.2 喷嘴喷油特性 |
3.1.3 不同环境温度下蒸发喷雾对比研究 |
3.1.4 不同混合比下蒸发喷雾对比研究 |
3.2 喷雾燃烧对比研究 |
3.2.1 实验燃料与工况 |
3.2.2 喷雾特性对比研究 |
3.2.3 燃烧特性对比研究 |
3.2.4 火焰发展过程对比研究 |
3.3 本章小结 |
第四章 IBE掺混比与组分比例对喷雾和燃烧特性影响研究 |
4.1 掺混比的影响研究 |
4.1.1 实验燃料与工况 |
4.1.2 喷雾特性对比研究 |
4.1.3 燃烧特性对比研究 |
4.1.4 火焰发展过程对比研究 |
4.2 组分比例的影响研究 |
4.2.1 实验燃料与工况 |
4.2.2 喷雾特性对比研究 |
4.2.3 燃烧特性对比研究 |
4.2.4 火焰发展过程对比研究 |
4.3 本章小结 |
第五章 IBE与 ABE及正丁醇的蒸发与喷雾燃烧特性对比研究 |
5.1 液滴蒸发特性 |
5.1.1 实验燃料与工况 |
5.1.2 液滴蒸发过程 |
5.2 喷雾燃烧特性对比研究 |
5.2.1 实验燃料与工况 |
5.2.2 喷雾特性对比 |
5.2.3 燃烧特性对比 |
5.2.4 火焰发展过程对比 |
5.3 本章小结 |
第六章 基于FILE与 TEM测量技术的碳烟生成过程和结构研究 |
6.1 基于FILE技术的碳烟生成过程研究 |
6.1.1 实验燃料与工况 |
6.1.2 碳烟生成过程 |
6.2 基于TEM技术的碳烟微观结构研究 |
6.2.1 实验燃料与工况 |
6.2.2 碳烟微观结构 |
6.3 本章小结 |
第七章 柴油机燃用IBE/柴油混合燃料的燃烧与排放特性研究 |
7.1 喷射策略影响研究 |
7.1.1 实验燃料与工况 |
7.1.2 主喷射正时的影响 |
7.1.3 预喷射正时的影响 |
7.2 进气道氧浓度的影响 |
7.2.1 实验燃料与工况 |
7.2.2 燃烧特性 |
7.2.3 有效热效率 |
7.2.4 排放特性 |
7.3 本章小结 |
第八章 总结与展望 |
8.1 总结 |
8.2 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
(7)高强化柴油机燃烧室对燃烧过程及性能影响的仿真研究(论文提纲范文)
致谢 |
中文摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 选题的背景和意义 |
1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
1.2.1 柴油机燃烧室研究状况 |
1.2.2 柴油机燃烧系统优化匹配研究状况 |
1.3 论文的主要工作 |
2 柴油机工作过程数学模型 |
2.1 基本方程 |
2.2 缸内湍流流动模型 |
2.3 蒸发及喷雾模型 |
2.3.1 蒸发模型 |
2.3.2 喷雾破碎模型 |
2.3.3 湍流耗散模型 |
2.3.4 液滴相互作用模型(液滴聚合碰撞模型) |
2.3.5 喷雾壁面相互作用模型(壁面模型、碰壁模型) |
2.4 着火及燃烧模型 |
2.4.1 着火模型 |
2.4.2 燃烧模型 |
2.5 本章小结 |
3 高强化柴油机工作过程多维仿真分析 |
3.1 计算对象及模型建立 |
3.1.1 计算对象 |
3.1.2 几何模型建立及网格划分 |
3.2 计算条件 |
3.3 数学模型选取及参数校准 |
3.3.1 EBU模型和WAVE模型参数的校准 |
3.3.2 模型参数确定及误差分析 |
3.4 计算结果分析 |
3.4.1 高强化柴油机燃烧过程仿真结果分析 |
3.4.2 喷雾和燃烧对缸内气流运动的影响 |
3.5 本章小结 |
4 燃烧室型式对高强化柴油机燃烧过程的影响研究 |
4.1 ω型燃烧室形状对燃烧过程的影响分析 |
4.1.1 ω型燃烧室对缸内气流运动的影响分析 |
4.1.2 ω型燃烧室对混合气形成的影响分析 |
4.1.3 ω型燃烧室对燃烧过程及性能的影响分析 |
4.2 撞壁射流型燃烧室对燃烧过程的影响分析 |
4.2.1 撞壁射流型燃烧室对缸内气流运动的影响分析 |
4.2.2 撞壁射流型燃烧室对混合气形成的影响分析 |
4.2.3 撞壁射流型燃烧室对燃烧过程及性能的影响分析 |
4.3 油束落点对燃烧过程的影响分析 |
4.3.1 油束落点对缸内气流运动的影响分析 |
4.3.2 油束落点对混合气形成的影响分析 |
4.3.3 油束落点对缸内燃烧过程及性能的影响分析 |
4.4 本章小结 |
5 高强化柴油机燃烧室结构参数对燃烧过程的影响研究 |
5.1 燃烧室结构的参数化分析及设计 |
5.1.1 燃烧室结构的参数化 |
5.1.2 高强化柴油机燃烧室的变参数设计 |
5.2 口径比对燃烧过程的影响分析 |
5.2.1 口径比对对缸内气流运动的影响分析 |
5.2.2 口径比对混合气形成的影响分析 |
5.2.3 口径比对燃烧过程及性能的影响分析 |
5.3 出口角度对燃烧过程的影响分析 |
5.3.1 出口角度对缸内气流运动的影响分析 |
5.3.2 出口角度对混合气形成的影响分析 |
5.3.3 出口角度对燃烧过程及性能的影响分析 |
5.4 凹坑半径对燃烧过程的影响分析 |
5.4.1 凹坑半径对缸内气流运动的影响分析 |
5.4.2 凹坑半径对混合气形成的影响分析 |
5.4.3 凹坑半径对燃烧过程及性能的影响分析 |
5.5 凸台高度对燃烧过程的影响分析 |
5.5.1 凸台高度对缸内气流运动的影响分析 |
5.5.2 凸台高度对混合气形成的影响分析 |
5.5.3 凸台高度对燃烧过程及性能的影响分析 |
5.6 凸台半径对燃烧过程的影响分析 |
5.6.1 凸台半径对缸内气流运动的影响分析 |
5.6.2 凸台半径对混合气形成的影响分析 |
5.6.3 凸台半径对燃烧过程及性能的影响分析 |
5.7 本章小结 |
6 高强化柴油机燃烧系统多参数优化匹配研究 |
6.1 燃烧室与油束夹角对性能的交互影响研究 |
6.1.1 口径比与油束夹角对性能的交互影响研究 |
6.1.2 出口角度与油束夹角对性能的交互影响研究 |
6.1.3 凹坑半径与油束夹角对性能的交互影响研究 |
6.1.4 凸台高度与油束夹角对性能的交互影响研究 |
6.1.5 凸台半径与油束夹角对性能的交互影响研究 |
6.2 基于正交设计法的高强化柴油机燃烧系统参数优化匹配研究 |
6.2.1 因素和水平的确定 |
6.2.2 正交表的选取和设计 |
6.2.3 正交方案设计及结果 |
6.2.4 极差分析 |
6.2.5 方差分析 |
6.2.6 优化结果对比 |
6.3 本章小结 |
7 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(8)宽馏程燃料及燃烧边界条件对压燃式发动机燃烧及排放的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 能源危机与环境污染 |
1.2 日趋严格的排放法规 |
1.3 内燃机的节能减排技术 |
1.3.1 传统燃烧方式 |
1.3.2 多种节能减排技术 |
1.3.3 新型燃烧方式 |
1.4 内燃机燃料的研究现状 |
1.4.1 双燃料燃烧模式 |
1.4.2 混合燃料燃烧模式 |
1.4.3 光学测试研究 |
1.4.4 仿真计算研究 |
1.5 本文研究的意义及内容 |
第2章 试验测控系统与仿真分析平台构建 |
2.1 试验测控系统 |
2.1.1 试验系统布置 |
2.1.2 试验用发动机 |
2.1.3 试验主要设备仪器 |
2.1.4 试验燃料 |
2.2 仿真分析平台 |
2.2.1 CFD求解内燃机燃烧问题的基本控制方程与常用思路 |
2.2.2 燃烧室网格划分及计算步长设定 |
2.2.3 模型设定 |
2.2.4 边界条件与初始条件的确定 |
2.2.5 求解器参数设定 |
2.2.6 计算模型验证 |
2.3 本章小结 |
第3章 宽馏程燃料的燃烧与排放特性 |
3.1 研究背景 |
3.2 试验研究方案 |
3.2.1 不同喷油正时下的研究方案 |
3.2.2 不同燃烧中心下的研究方案 |
3.2.3 试验分析方法 |
3.3 仿真研究方案 |
3.3.1 宽馏程燃料化学反应机理 |
3.3.2 化学反应机理耦合多维CFD计算原理 |
3.3.3 参数分布的不均性 |
3.4 喷油正时对燃烧与排放特性的影响 |
3.4.1 喷油正时对燃烧特性的影响 |
3.4.2 喷油正时对排放特性的影响 |
3.4.3 喷油正时对指示热效率的影响 |
3.5 不同负荷下宽馏程燃料的燃烧与排放特性 |
3.5.1 中负荷工况下宽馏程燃料的燃烧与排放特性 |
3.5.2 小负荷工况下宽馏程燃料的燃烧与排放特性 |
3.5.3 燃烧中心对燃烧与排放的影响 |
3.6 宽馏程燃料燃烧过程的机理研究 |
3.6.1 燃料特性对参数分布的不均匀性的影响 |
3.6.2 宽馏程燃料燃烧过程主要组分的变化历程 |
3.6.3 燃料的挥发性对燃烧与排放影响的仿真研究 |
3.7 小结 |
第4章 EGR与宽馏程燃料协同控制改善压燃式发动机排放特性 |
4.1 研究背景 |
4.2 试验研究方案 |
4.3 仿真研究方案 |
4.4 EGR和宽馏程燃料对压燃式发动机燃烧与排放影响的试验研究 |
4.4.1 中负荷工况EGR对燃烧与排放的影响 |
4.4.2 小负荷工况EGR对燃烧与排放的影响 |
4.5 中等负荷时EGR和宽馏程燃料对燃烧与排放影响的仿真研究 |
4.5.1 燃烧过程中燃料的分布 |
4.5.2 不同EGR率时的温度与氧气浓度变化历程 |
4.5.3 不同EGR率时的NO与Soot变化历程 |
4.5.4 EGR对CO排放的影响 |
4.6 小负荷时EGR和宽馏程燃料对燃烧与排放影响的仿真研究 |
4.6.1 燃烧过程中燃料的分布 |
4.6.2 不同EGR率时的温度与氧气浓度变化历程 |
4.6.3 不同EGR率时的NO与Soot变化历程 |
4.6.4 EGR对CO排放的影响 |
4.7 基于EGR与宽馏程燃料协同控制的优化策略 |
4.8 小结 |
第5章 喷射参数与宽馏程燃料协同控制改善压燃式发动机燃烧与排放特性 |
5.1 研究背景 |
5.2 试验研究方案 |
5.3 仿真研究方案 |
5.4 喷射参数和宽馏程燃料对压燃式发动机燃烧与排放影响的试验研究 |
5.4.1 喷油压力的影响 |
5.4.2 预喷间隔的影响 |
5.4.3 预喷量的影响 |
5.5 喷射压力和宽馏程燃料对压燃式发动机燃烧与排放影响的仿真研究 |
5.5.1 喷油压力对参数不均匀度的影响 |
5.5.2 不同喷油压力下喷雾过程中燃料的分布 |
5.5.3 不同喷油压力下NO与Soot变化历程 |
5.5.4 喷油压力对CO排放的影响 |
5.6 预喷间隔和宽馏程燃料对压燃式发动机燃烧与排放影响的仿真研究 |
5.6.1 预喷间隔对参数不均匀性的影响 |
5.6.2 不同预喷间隔下预喷过程中燃料的分布 |
5.6.3 不同预喷间隔下温度与氧气浓度变化历程 |
5.6.4 不同预喷间隔下NO与Soot变化历程 |
5.7 预喷量和宽馏程燃料对压燃式发动机燃烧与排放影响的仿真研究 |
5.7.1 不同预喷量下预喷过程中燃料的分布 |
5.7.2 不同预喷量下温度与氧气浓度变化历程 |
5.7.3 不同预喷量下NO与Soot变化历程 |
5.7.4 预喷量对CO排放的影响 |
5.8 小结 |
第6章 燃料特性协同燃烧边界条件的优化方法与策略 |
6.1 研究背景 |
6.2 优化方法概述 |
6.2.1 优化方法 |
6.2.2 因子试验 |
6.2.3 响应曲面分析 |
6.2.4 Taguchi法 |
6.3 基于CFD、Taguchi法和ANOVA技术的优化方法 |
6.3.1 CFD计算方法 |
6.3.2 基于Taguchi法的优化流程 |
6.3.3 ANOVA技术 |
6.3.4 计算结果与分析 |
6.4 燃料特性及喷油参数的燃烧边界条件优化 |
6.4.1 研究方法 |
6.4.2 中负荷工况燃烧边界条件的优化计算结果与分析 |
6.4.3 小负荷工况燃烧边界条件的优化计算结果与分析 |
6.5 小结 |
第7章 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 本论文的创新点 |
7.3 工作展望 |
参考文献 |
作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
致谢 |
(9)直喷式柴油机涡流室燃烧系统的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 非道路用发动机排放法规简介 |
1.2 柴油机排放污染物生成机理及控制技术 |
1.2.1 柴油机喷雾燃烧模型 |
1.2.2 柴油机排放物及危害 |
1.2.3 氮氧化物及碳烟生成机理 |
1.2.4 降低柴油机排放的技术 |
1.2.5 非道路用柴油机排放控制的研究 |
1.3 涡流室式柴油机的发展及应用 |
1.3.1 涡流室式柴油机的发展 |
1.3.2 涡流室燃烧系统在小型农用柴油机上的应用 |
1.4 本课题研究意义和内容 |
2 直喷式柴油机涡流室燃烧系统 |
2.1 涡流与挤流概述 |
2.1.1 涡流 |
2.1.2 挤流 |
2.2 碰撞喷雾 |
2.2.1 碰撞喷雾概述 |
2.2.2 碰撞喷雾的研究与发展 |
2.3 直喷式柴油机涡流室燃烧系统 |
2.3.1 传统涡流室式柴油机的涡流室设计 |
2.3.2 直喷式柴油机涡流室燃烧系统的提出 |
2.3.3 直喷式柴油机涡流室燃烧系统的核心思想 |
2.4 本章小结 |
3 直喷式柴油机涡流室燃烧系统的数值模拟 |
3.1 数值模拟基础 |
3.1.1 湍流流动模型 |
3.1.2 基本控制方程 |
3.2 柴油机数值模拟 |
3.2.1 柴油机数值模拟发展及模型分类 |
3.2.2 喷雾模型 |
3.2.3 燃烧过程子模型 |
3.3 直喷式柴油机涡流室燃烧系统数值模拟 |
3.3.1 计算对象及初始参数 |
3.3.2 直喷式柴油机涡流室燃烧系统模拟 |
3.4 本章小结 |
4 直喷式柴油机涡流室燃烧系统实验研究 |
4.1 涡流室燃烧系统实验装置及实验方案 |
4.2 涡流室燃烧系统实验结果分析 |
4.2.1 涡流燃烧室1实验结果分析 |
4.2.2 涡流燃烧室2实验结果分析 |
4.3 本章小结 |
5 模拟增压与EGR研究 |
5.1 模拟增压与EGR系统 |
5.1.1 柴油机增压概述 |
5.1.2 模拟增压系统设计 |
5.1.3 柴油机EGR概述 |
5.1.4 文丘里管EGR系统 |
5.2 并联文丘里管EGR系统设计 |
5.3 模拟增压与EGR实验研究 |
5.3.1 模拟增压实验系统实物图 |
5.3.2 模拟增压实验结果与分析 |
5.3.3 EGR实验系统实物图 |
5.3.4 EGR初步实验结果与分析 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
创新点摘要 |
参考文献 |
附录凸轮优化设计 |
1 前言 |
2 已知设计参数与核心设计思想 |
2.1 已知设计参数 |
2.2 核心设计思想 |
3 主要设计任务 |
4 ε_e及对应β的选择及凸轮型线设计 |
4.1 方案一(不改变燃烧室容积,只降低压缩比) |
4.2 方案二(减小燃烧室容积同时降低有效压缩比) |
5 方案评价及意见 |
攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
攻读博士学位期间发明专利情况 |
致谢 |
作者简介 |
(10)内燃机光学诊断试验平台和测试方法综述(论文提纲范文)
0 引言 |
1 试验平台 |
1.1 定容燃烧弹 |
1.1.1 点燃式定容燃烧弹 |
1.1.2 预燃加热式定容燃烧弹 |
1.1.3 内部加热式定容燃烧弹 |
1.1.4 流动加热式定容燃烧弹 |
1.2 快速压缩机 |
1.3 光学发动机 |
2 测试方法 |
2.1 纹影法 |
2.2 双色法 |
2.3 消光法 |
2.4 折射率匹配法 |
2.5 粒子图像测速 |
2.6 激光诱导荧光法 |
2.6.1 激光诱导荧光法基本原理 |
2.6.2 复合诱导荧光原理 |
2.6.3 部分特殊的LIF特性和相关技术 |
2.6.4 常用荧光物质和激光波长组合 |
2.6.5 激光诱导荧光法的典型应用 |
2.6.5. 1 混合气测量 |
2.6.5. 2 燃烧产物测量 |
2.6.5. 3 温度测量 |
2.6.5. 4 复合诱导荧光法喷雾测量 |
2.6.5. 5 油膜测量 |
2.7 激光诱导炽光法 |
2.8 相位多普勒粒子测试 |
3 总结与展望 |
四、柴油机中混合气形成的研究(论文参考文献)
- [1]乙醇/柴油双燃料预混低温燃烧模式试验和数值模拟研究[D]. 董世军. 华中科技大学, 2018(05)
- [2]高速直喷柴油机混合气形成动态特性及其对燃烧过程的影响[D]. 田维. 吉林大学, 2010(08)
- [3]柴油机低温燃烧实现超低碳烟排放的机理研究[D]. 赵霏阳. 天津大学, 2013(11)
- [4]预混合压燃发动机混合气形成与燃烧过程研究[D]. 姚广涛. 天津大学, 2005(07)
- [5]压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究[D]. 郑清平. 天津大学, 2006(05)
- [6]车用IBE/柴油混合燃料喷雾和燃烧特性研究[D]. 李刚. 长安大学, 2019(01)
- [7]高强化柴油机燃烧室对燃烧过程及性能影响的仿真研究[D]. 胡东. 北京交通大学, 2012(10)
- [8]宽馏程燃料及燃烧边界条件对压燃式发动机燃烧及排放的影响研究[D]. 肖森林. 吉林大学, 2016(08)
- [9]直喷式柴油机涡流室燃烧系统的研究[D]. 魏胜利. 大连理工大学, 2010(09)
- [10]内燃机光学诊断试验平台和测试方法综述[J]. 何旭,伍岳,马骁,李雁飞,齐运亮,刘泽昌,徐一凡,周扬,李熊伟,刘聪,冯海涛,刘福水. 实验流体力学, 2020(03)