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Mg-O_2和Mg-CO_2预混气燃烧特性及热声振荡的数值模拟研究

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推进技术 2019年第2期40卷 363-375页

作者：杨亚晶谢伟魏衍举西安交通大学航天学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西西安710049

基于金属镁在高超声速飞行器及火星探测器上的应用,为探讨金属燃料在不同氧化剂环境中的燃烧特性及热声不稳定性机理,开展了数值模拟研究。考虑镁蒸气与O_2和CO_2两种氧化剂的剧烈反应区,构建了预混燃烧的二维燃烧室模型,详细探讨了预... 详细信息

基于金属镁在高超声速飞行器及火星探测器上的应用,为探讨金属燃料在不同氧化剂环境中的燃烧特性及热声不稳定性机理,开展了数值模拟研究。考虑镁蒸气与O_2和CO_2两种氧化剂的剧烈反应区,构建了预混燃烧的二维燃烧室模型,详细探讨了预混气当量比、预混气初温及入口速度等对燃烧特性及热声振荡特性的影响规律,并与CHEMKIN计算结果进行了比较分析。结果表明,较高的当量比下燃烧室的燃烧速率更快,燃烧平衡温度更高,此外增加预混气初温能加快燃烧室燃烧速率,而更高的入口速度会使燃烧室的压力振荡从低频高振幅振荡向高频低振幅振荡转化。燃烧室的压力振荡同时存在轴向振荡和径向振荡,振荡曲线为高频振荡和低频振荡的不同组合。入口速度对燃烧室压力振荡有较大影响,入口速度越快,振荡频率越高,而声压级越低。此外,预混气当量比和预混气初温对燃烧室的压力振荡也有一定影响。

关键词：金属燃料镁燃烧机理热声振荡

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声致液滴失稳动力学研究

物理学报 2024年第20期73卷 220-230页

作者：刘贺杨亚晶唐玉凝魏衍举西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 西安交通大学航天学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

声场中液滴稳定性理论的完善对超声雾化技术和超声悬浮技术的发展具有重要价值.本文通过实验、理论、数值模拟相结合的方式,研究了驻波声场(19.8 kHz)中的液滴失稳现象及其动力学机制.结果表明,随着声场强度的增大,液滴失稳模式由圆盘... 详细信息

声场中液滴稳定性理论的完善对超声雾化技术和超声悬浮技术的发展具有重要价值.本文通过实验、理论、数值模拟相结合的方式,研究了驻波声场(19.8 kHz)中的液滴失稳现象及其动力学机制.结果表明,随着声场强度的增大,液滴失稳模式由圆盘失稳转变为边缘锐化失稳,更重要的是,液滴在失稳过程中其赤道面扩张加速度存在自发增大的现象.经分析,本文揭示了液滴变形过程中其赤道处声辐射负压与长径比之间的正反馈机制,前者与后者的二次方成正比,阐明了液滴自加速失稳的形成原因.之后,建立了包含表面张力和考虑正反馈机制的声辐射压力的液滴界面平衡方程,最终得到了声致液滴失稳的无量纲判据,即当声韦伯数Wea≤1时,液滴界面保持平衡;Wea>1时,赤道声吸力大于表面张力,液滴发生失稳,该理论判据与实验结果吻合良好.

关键词：超声驻波液滴失稳动力学

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醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放研究

农业机械学报 2014年第11期45卷 40-46页

作者：刘方杰苗家轩刘圣华魏衍举徐斌吴健河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003 西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

通过对发动机排气管隔热保温,在JL368Q3型电喷汽油机上开展了醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放的研究,采用气相色谱-氦离子化检测器(PDHID)快速检测方法检测发动机的醇醛排放。结果表明:与排气管保温前相比,排气管保温后醇排放降低... 详细信息

通过对发动机排气管隔热保温,在JL368Q3型电喷汽油机上开展了醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放的研究,采用气相色谱-氦离子化检测器(PDHID)快速检测方法检测发动机的醇醛排放。结果表明:与排气管保温前相比,排气管保温后醇排放降低,低负荷工况下(Tc<850 K)醛排放变化不大,中高负荷工况下(Tc≥850 K)醛排放降低,醇醛排放降幅随排气温度升高而变大。排气管保温延长了排气在高温下的反应时间,有利于未燃醇、醛的快速氧化,转速为4 000 r/min、负荷高于21 N·m时(Tc≥900 K),排气管保温后未燃醇、醛排放降低70%以上。排气温度和高温下的氧化反应时间对醇醛的氧化影响较大。

关键词：醇类燃料发动机醇醛排放排气管保温

醇类燃料点火提前角对汽油机性能和排放的影响

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农业机械学报 2008年第1期39卷 33-36页

作者：魏衍举吴刚陈岳刘圣华西安交通大学汽车工程系

通过旋转分电器外壳改变点火提前角来研究其对燃用M20甲醇-汽油和E20乙醇汽油(甲醇、乙醇体积分数均为20%)混合燃料电喷汽油机的性能和排放的影响。试验结果表明:汽油机燃用M20和E20时最高压力点比纯汽油分别提前1°CA(曲轴转角)和0.5°... 详细信息

通过旋转分电器外壳改变点火提前角来研究其对燃用M20甲醇-汽油和E20乙醇汽油(甲醇、乙醇体积分数均为20%)混合燃料电喷汽油机的性能和排放的影响。试验结果表明:汽油机燃用M20和E20时最高压力点比纯汽油分别提前1°CA(曲轴转角)和0.5°CA,最佳点火提前角分别提前约2°CA和1°CA;随着点火提前角的增大,燃用2种燃料的汽油机性能和排放变化趋势相似,均表现为扭矩和功率增大,能量消耗率降低,CO、HC和NOx排放量增加。

关键词：汽油机性能排放点火提前角醇类燃料

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甲醇氧化生成甲醛排放的影响因素

内燃机学报 2014年第2期32卷 166-171页

作者：刘方杰刘圣华魏衍举徐斌吴健马志豪河南科技大学车辆与交通工程学院河南洛阳471003 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

利用发动机排气温度环境和气相色谱-氦离子化检测器（PDHID）快速检测方法,在流反应器中研究了甲醇氧化生成甲醛排放的影响因素.结果表明：试验条件下甲醇起始氧化温度约为723,K,温度高于933,K时甲醇氧化主要受温度的影响,流速反映的反... 详细信息

利用发动机排气温度环境和气相色谱-氦离子化检测器（PDHID）快速检测方法,在流反应器中研究了甲醇氧化生成甲醛排放的影响因素.结果表明：试验条件下甲醇起始氧化温度约为723,K,温度高于933,K时甲醇氧化主要受温度的影响,流速反映的反应时间是次要因素.甲醛随温度升高呈先增加后降低趋势,甲醛的生成和氧化主要受温度影响,试验条件下甲醛生成和氧化的临界温度区间为848,~882,K,临界温度时甲醛浓度最高.低于临界温度时甲醛浓度随流速增加而降低,高于临界温度时延长甲醛的反应时间有利于降低甲醛排放.无氧环境下甲醇氧化和甲醛生成受到抑制,甲醛随过量空气系数增大而增加.M 10发动机排气管保温后在中高负荷时甲醇、甲醛排放明显降低.

关键词：甲醇甲醛排放温度气相色谱仪

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黏性涡环的失稳与多级分叉行为

西安交通大学学报 2022年第4期56卷 83-90页

作者：张亚杰杜睿恒魏衍举杨亚晶西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

为了探究液滴撞击液池形成涡环的长期演化行为,以不同浓度的甘油水溶液为对象,研究其在滴入水池后的形态变化,通过高速摄像机对整个过程进行捕捉,发现其由初始液滴形态转变为涡环再到涡环失稳的一系列演化行为,之后分析其失稳与分叉的... 详细信息

为了探究液滴撞击液池形成涡环的长期演化行为,以不同浓度的甘油水溶液为对象,研究其在滴入水池后的形态变化,通过高速摄像机对整个过程进行捕捉,发现其由初始液滴形态转变为涡环再到涡环失稳的一系列演化行为,之后分析其失稳与分叉的变化规律与主要影响因素。最后建立了涡环下沉速度的物理模型并进行了数学推导,建立了涡环前锋与尾部的运动无量纲表达式。研究表明,液滴入池后形成的涡环均不会一直稳定生长,而是在某一时刻发生失稳,失稳时刻与液滴本身属性有关。涡环解体为数个下沉的“手指”,在其下沉一定距离后,“手指”前锋沿其运动方向的垂向发生分叉,分叉后继续下沉,并重复出现自相似的分叉行为,且新产生的分叉前锋开始会获得一定程度的相对加速,最终涡环分解为一簇形如“皇冠”的分叉树。自始至终,其前锋与尾部运动均符合衰减运动的规律。本文对于由液滴撞击液池形成的涡环在池中的演变过程进行了时间和空间的拓展,且其由稳定涡环到突然失稳从而转变为分叉树的行为对流体中最复杂的湍流现象的形成机理具有一定的启发意义。

关键词：黏性涡环衰减失稳分叉

甲醇汽油发动机醇醛排放特性及其影响因素研究

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西安交通大学学报 2011年第1期45卷 1-4,63页

作者：魏衍举刘圣华刘方杰朱赞刘杰西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

在一台JL368Q3汽油机上分别燃用汽油和M10(甲醇、汽油体积比为1∶9)甲醇汽油混合燃料,并利用气相色谱仪(氦离子化检测器)实验研究了甲醇和甲醛的排放特性及点火提前角对醇、醛排放的影响.结果表明,甲醇排放来源于燃油,其受最高燃烧温度... 详细信息

在一台JL368Q3汽油机上分别燃用汽油和M10(甲醇、汽油体积比为1∶9)甲醇汽油混合燃料,并利用气相色谱仪(氦离子化检测器)实验研究了甲醇和甲醛的排放特性及点火提前角对醇、醛排放的影响.结果表明,甲醇排放来源于燃油,其受最高燃烧温度影响较大,该排放将随着发动机转速和排气温度的升高而降低.甲醛由碳氢和甲醇在排气管中经氧化而生成,其排放量随着发动机转速和排气温度的提高而增加.汽油机的甲醛排放量随着转矩的增大先增后减,在中、高负荷时,M10发动机甲醛排放量为汽油机的1.5～4.5倍,随着发动机转速的提高,这2种负荷下的甲醛排放量差距减小.

关键词：甲醇汽油发动机甲醛排放点火定时

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醇酯类燃料液滴蒸发特性的影响研究

可再生能源 2021年第7期39卷 860-866页

作者：张美娟魏衍举王忠无锡职业技术学院汽车与交通学院江苏无锡214121 江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

文章设计了液滴蒸发试验装置,选用硝酸酯作为十六烷值改进剂,在高温管式炉上通过挂滴法观察了单个硝酸酯-甲醇溶液液滴的蒸发过程。采用高速摄像机和图像处理技术,研究了硝酸酯掺混比和环境温度对硝酸酯-甲醇溶液液滴蒸发特性的影响规... 详细信息

文章设计了液滴蒸发试验装置,选用硝酸酯作为十六烷值改进剂,在高温管式炉上通过挂滴法观察了单个硝酸酯-甲醇溶液液滴的蒸发过程。采用高速摄像机和图像处理技术,研究了硝酸酯掺混比和环境温度对硝酸酯-甲醇溶液液滴蒸发特性的影响规律。研究结果表明:在液滴蒸发过程中,液滴的蒸发基本符合D2定律;当硝酸酯的掺混比为10%,温度从100℃增大到500℃时,蒸发常数K逐渐增加,(D/D_(0))^(2)的平均值从0.4825mm^(2)/mm^(2)增大到0.5782 mm^(2)/mm^(2);当温度为100℃和400℃时,纯甲醇液滴的蒸发速率最快,15%硝酸酯-甲醇混合溶液液滴的蒸发速率最慢;当温度为400℃时,硝酸酯的掺混比对4种溶液液滴的蒸发特性影响较小。

关键词：甲醇液滴十六烷值蒸发特性硝酸酯

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商用纯甲醇发动机的非常规排放特性研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第10期57卷 1022-1029页

作者：魏衍举石自航张亚杰刘圣华西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

甲醇作为一种清洁、来源广泛的碳中性燃料,可有效助力我国“双碳”战略目标的实现.本文在一台由天然气机改造而来的进气道喷射火花点燃式纯甲醇商用发动机上研究了负荷、转速、废气再循环(EGR)率及喷油策略对非常规甲醇甲醛排放的影响.... 详细信息

甲醇作为一种清洁、来源广泛的碳中性燃料,可有效助力我国“双碳”战略目标的实现.本文在一台由天然气机改造而来的进气道喷射火花点燃式纯甲醇商用发动机上研究了负荷、转速、废气再循环(EGR)率及喷油策略对非常规甲醇甲醛排放的影响.对不同工况下所采尾气由GC-2010气相色谱仪直接进行检测.检测过程组合使用非放射性脉冲放电氦离子化检测器(PDHID)和氢火焰离子化检测器(FID),并使用Gs-OxyPLOT强极性毛细柱,提高了出检速度和准确率.结果表明:发动机非常规排放物主要为甲醇和甲醛,其排放量最高分别可达5000×10^(-6)和1000×10^(-6),二者占污染物总量的97%.喷射策略会直接影响甲醇/空气混合气的形成质量,进一步影响到缸内的燃烧质量,进而对非常规排放造成影响,最佳喷射时刻(360°CA)对应的热效率(BTE)比最低热效率提升了约5%,而对应的甲醇和甲醛排放可降低为原来的50%.此外,将甲醇直接向进气阀背面喷射可提升雾化质量,从而使排放降低.此外甲醛来源于未燃甲醇的后氧化过程,发动机转速、负荷以及EGR率本质上通过影响缸内及排气管中的温度以及尾气的停留时间来影响未燃甲醇和甲醛的排放.随着排气温度的升高,未燃甲醇排放降低,而甲醛排放先增加后降低.

关键词：纯甲醇商用发动机非常规排放废气再循环