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跨/超临界下真实燃料喷射模型的构建及模拟

工程热物理学报 2022年第11期43卷 3103-3109页

作者：马杰刘宏升解茂昭李亮大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室大连116024 潍柴动力股份有限公司潍坊261041

本研究以开源软件OpenFOAM为平台,基于真实流体状态方程与高压修正的热动力学输运模型,通过修改PIMPLE算法,构建出一个新的多组分跨/超临界射流模型,并通过一维对流问题考察了模型有效性;在此基础上,结合RANS模型对跨/超临界下正庚烷/... 详细信息

本研究以开源软件OpenFOAM为平台,基于真实流体状态方程与高压修正的热动力学输运模型,通过修改PIMPLE算法,构建出一个新的多组分跨/超临界射流模型,并通过一维对流问题考察了模型有效性;在此基础上,结合RANS模型对跨/超临界下正庚烷/氮气的喷射和混合过程进行了数值模拟。结果表明:在跨临界工况下,尤其在伪沸点附近,射流对温度的变化非常敏感,伪沸腾现象维持着气液界面出现连续的高密度梯度区,其对跨临界射流的演变起着决定性作用;在超临界工况下,伪沸腾现象的消失导致射流与周围流体的混合更加充分。

关键词：跨/超临界工况伪沸腾真实流体状态方程热动力学模型

正庚烷HCCI燃烧下多环芳烃生成机理与影响因素分析

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大连理工大学学报 2012年第2期52卷 183-190页

作者：曾文解茂昭沈阳航空航天大学动力与能源工程学院辽宁沈阳110136 大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

通过修改化学动力学软件SENKIN,建立了正庚烷均质充量压缩点燃(HCCI)燃烧过程数值模拟的单区模型.利用此模型对正庚烷HCCI燃烧下芳烃(苯、萘、菲及芘)的生成及演变规律进行了详细分析.同时,分析了过量空气系数、进气初始压力和发动机转... 详细信息

通过修改化学动力学软件SENKIN,建立了正庚烷均质充量压缩点燃(HCCI)燃烧过程数值模拟的单区模型.利用此模型对正庚烷HCCI燃烧下芳烃(苯、萘、菲及芘)的生成及演变规律进行了详细分析.同时,分析了过量空气系数、进气初始压力和发动机转速对多环芳烃形成规律的影响.计算中采用了正庚烷的燃烧与分解、多环芳烃生成的详细反应机理(共包括107种组分、542个基元反应).结果表明,在低温反应阶段并没有苯(A1)、萘(A2)、菲(A3)、芘(A4)生成;当进入高温反应阶段后,苯、萘、菲、芘的浓度迅速升高至峰值,然后均陡直下降为零.随着过量空气系数的增大,苯的摩尔分数峰值降低,但菲的摩尔分数峰值变化较小.同时,苯、萘、菲的摩尔分数随进气初始压力的降低而降低;随着发动机转速的下降,苯的摩尔分数先降低后增加,萘的摩尔分数却是先增加后降低,而菲的摩尔分数却持续降低.

关键词：多环芳烃正庚烷均质压燃数值模拟

均质压燃(HCCI)发动机数学模拟:进展与挑战

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大连理工大学学报 2004年第2期44卷 157-165页

作者：解茂昭大连理工大学动力工程系辽宁大连116024

均质压燃(HCCI)发动机由于其突出的优越性已成为世界范围的研究热点,数学模拟在其中发挥着日益重要的作用.因此,对近年来HCCI数学模拟研究的进展做了较全面的评述.着重介绍了化学反应动力学模型的研究方法和最新成果.对HCCI发动机计算... 详细信息

均质压燃(HCCI)发动机由于其突出的优越性已成为世界范围的研究热点,数学模拟在其中发挥着日益重要的作用.因此,对近年来HCCI数学模拟研究的进展做了较全面的评述.着重介绍了化学反应动力学模型的研究方法和最新成果.对HCCI发动机计算机模拟的发展现状按单区模型、多区模型和多维模型分别进行了讨论.前二者在HCCI总体燃烧特性预测与分析方面已取得了显著的成绩;而后者由于计算机资源的限制,目前尚处于发展初期.最后,针对该领域存在的问题和今后重点研究方向提出了建议.

关键词：内燃机 HCCI 数学模拟均质充量压缩点燃式发动机化学动力学

空气雾化柴油在多孔介质内稳定燃烧的实验研究

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上海交通大学学报 2023年

作者：刘宏升梁晓艳徐奕辰解茂昭大连理工大学能源与动力学院辽宁材料实验室

为了探索多孔介质内液体燃料燃烧特性，设计并搭建了基于空气雾化型供油方式的多孔介质液体燃烧系统，采用电预热点火方式成功实现了柴油喷雾的长时间自维持稳定燃烧和火焰定位。实验研究了柴油喷雾在球堆积床型多孔介质内燃烧的火焰特... 详细信息

为了探索多孔介质内液体燃料燃烧特性，设计并搭建了基于空气雾化型供油方式的多孔介质液体燃烧系统，采用电预热点火方式成功实现了柴油喷雾的长时间自维持稳定燃烧和火焰定位。实验研究了柴油喷雾在球堆积床型多孔介质内燃烧的火焰特性与温度场变化规律，讨论了空气流量、喷油量对温度分布的影响。实验结果表明：电预热系统具有良好的稳定性和可重复性，维持稳定燃烧所需的最低预热温度为719.2℃；在着火阶段和稳定燃烧阶段观察到了不同形态的火焰结构；燃烧器具有良好的温度响应性能；实现空气雾化柴油稳定燃烧的最佳当量比应在0.63～0.84之间。

关键词：液体燃料空气雾化型多孔介质稳定燃烧

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预混合燃烧系统中多孔介质作用数值研究

大连理工大学学报 2004年第1期44卷 70-75页

作者：杜礼明解茂昭大连理工大学动力工程系辽宁大连116024

根据气固两相局部非热平衡假设,建立了混合气在惰性多孔介质中预混合燃烧的一维数学模型,研究了不同情况下甲烷-空气的预混合气在多孔介质中燃烧时的温度分布和燃烧速率,并与自由空间中相应的值进行比较.结果表明,多孔介质的存在可以扩... 详细信息

根据气固两相局部非热平衡假设,建立了混合气在惰性多孔介质中预混合燃烧的一维数学模型,研究了不同情况下甲烷-空气的预混合气在多孔介质中燃烧时的温度分布和燃烧速率,并与自由空间中相应的值进行比较.结果表明,多孔介质的存在可以扩展混合气的燃烧极限,明显改善了燃烧室的换热性能,强化了对新鲜混合气的预热,降低了热量损失;在多孔介质中混合气的燃烧温度和燃烧室的温度明显升高,反应区厚度和燃烧速率显著增大.数值结果与其他研究者的实验结果是一致的.

关键词：预混合燃烧系统多孔介质数值模拟反应区厚度温度分布燃烧速率

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雾化模型对柴油喷雾大涡模拟的影响

内燃机学报 2010年第4期28卷 316-323页

作者：贾明解茂昭周磊大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

将大涡模拟(LES)湍流模型和几种不同的雾化模型纳入KIVA-3V程序中,研究了柴油的喷射和雾化过程。以燃油液相、蒸气相和混合气当量比的试验数据为依据,分别在不同工况下对比了TAB(Taylor Analogy Breakup)、MTAB(Modified TAB Model)、CA... 详细信息

将大涡模拟(LES)湍流模型和几种不同的雾化模型纳入KIVA-3V程序中,研究了柴油的喷射和雾化过程。以燃油液相、蒸气相和混合气当量比的试验数据为依据,分别在不同工况下对比了TAB(Taylor Analogy Breakup)、MTAB(Modified TAB Model)、CAB(Cascade Atomizationand Drop Breakup)和KH-RT(Kelvin Helmholtz Rayleigh-Taylor)4种雾化模型在LES模拟中的性能。结果表明KH-RT模型对燃油液相和蒸气相的贯穿距、蒸气区域分布形态的预测方面均与试验接近,好于其它3种雾化模型。TAB模型由于分裂后液滴粒径较小,计算得到的液相贯穿距过小,蒸气相浓度过大。MTAB模型和CAB模型预测得到的液相贯穿距与KH-RT模型相近,但混合气的当量比明显小于试验值。在均采用KH-RT雾化模型下,通过对比RANS和LES的模拟结果发现,RANS模型得到的蒸气贯穿距要明显小于试验值,同时无法预测蒸气区域边界的间歇性、不规律的涡团结构,而LES模型可以很好地捕捉这些特性。

关键词：计算流体力学大涡模拟柴油喷雾雾化模型

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利用RIF模型对内燃机燃烧过程的模拟

内燃机学报 2011年第5期29卷 398-404页

作者：刘戈解茂昭贾明大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

代表性互动小火焰(RIF)模型在计算准确性和经济性上的优势使它非常适用于内燃机燃烧过程的模拟.论述了RIF模型的基本原理,并在KIVA-3V2平台上补充了层流小火焰求解程序和β函数形式的概率密度函数积分程序,开发出KIVA-RIF软件,从而实现... 详细信息

代表性互动小火焰(RIF)模型在计算准确性和经济性上的优势使它非常适用于内燃机燃烧过程的模拟.论述了RIF模型的基本原理,并在KIVA-3V2平台上补充了层流小火焰求解程序和β函数形式的概率密度函数积分程序,开发出KIVA-RIF软件,从而实现了RIF模型的求解.应用正庚烷简化机理对一单缸Caterpillar,3400重型直喷柴油机在基准工况下的燃烧和污染物生成过程做了数值模拟,预测的着火延迟、缸内压力、放热率和污染物排放量与试验结果吻合良好,并根据模拟结果讨论了湍流对燃烧的影响和缸内火焰结构、污染物的分布.

关键词：柴油机燃烧 RIF模型污染物排放

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多孔介质内预混合超绝热燃烧的排放特性

大连理工大学学报 2004年第3期44卷 392-397页

作者：邓洋波解茂昭大连理工大学动力工程系辽宁大连116024

通过实验探讨了多孔介质内燃气和空气预混合超绝热燃烧降低NO、CO排放的机理.对多孔介质内预混合气体单向流动和往复流动两种情况下燃烧排放的NO、CO体积分数进行了测试,并系统地研究了预混合气体的当量比、流速、往复半周期对往复流动... 详细信息

通过实验探讨了多孔介质内燃气和空气预混合超绝热燃烧降低NO、CO排放的机理.对多孔介质内预混合气体单向流动和往复流动两种情况下燃烧排放的NO、CO体积分数进行了测试,并系统地研究了预混合气体的当量比、流速、往复半周期对往复流动燃烧(RSCP)排放特性的影响.结果表明,相对于单向流动,往复流动有更好的燃烧排放效果.往复流动燃烧半周期内CO排放量体积分数明显受当量比、流速、往复半周期的影响;而平均NO排放体积分数可达很低水平,通常保持在10×10-6以下.

关键词：多孔介质预混合燃烧超绝热燃烧单向流动往复流动燃烧 NO

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二气门汽油机缸内冷态流场的大涡模拟

工程热物理学报 2010年第11期31卷 1977-1979页

作者：曾文解茂昭沈阳航空航天大学动力与能源工程学院辽宁沈阳110136 大连理工大学能源与动力工程学院辽宁大连116024

通过修改发动机多维CFD计算程序KIVA-3V,建立了内燃机缸内冷态流场的大涡模拟(LES)计算模型。利用此模型对二气门汽油机进气与压缩过程中缸内流场进行了详细分析,并与κ-ε、RNGκ-ε模型进行了比较。结果表明与采用κ-ε、RNGκ-ε模... 详细信息

通过修改发动机多维CFD计算程序KIVA-3V,建立了内燃机缸内冷态流场的大涡模拟(LES)计算模型。利用此模型对二气门汽油机进气与压缩过程中缸内流场进行了详细分析,并与κ-ε、RNGκ-ε模型进行了比较。结果表明与采用κ-ε、RNGκ-ε模型计算时相比,采用LES计算时显示了更为复杂的湍流结构。同时,采用LES计算时除能得到有序的大尺度涡团结构外,还能捕捉到大量不规则的小涡团结构,而采用κ-ε、RNGκ-ε模型进行计算时,基本上捕捉不到不规则的小涡团结构。

关键词：大涡模拟湍流涡团结构 κ-ε模型 RNGκ-ε模型