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射流控制压缩着火预混合燃烧模拟研究

射流控制压缩着火预混合燃烧模拟研究

作者：马宝光大连理工大学

学位级别：硕士

当今社会所面临的两大紧迫任务是节约能源和环境保护。传统的汽油机和柴油机燃烧方式都很难同时降低氮氧化物和碳烟的排放,所以有必要开发研究新型低排放的燃烧方式。近年来大量研究表明：内燃机预混合压燃方式具有低排放高效的特点。... 详细信息

当今社会所面临的两大紧迫任务是节约能源和环境保护。传统的汽油机和柴油机燃烧方式都很难同时降低氮氧化物和碳烟的排放,所以有必要开发研究新型低排放的燃烧方式。近年来大量研究表明：内燃机预混合压燃方式具有低排放高效的特点。但诸多问题阻碍着其商业化的进程。为解决着火相位控制的核心问题,本文提出了正十六烷燃料射流控制压缩着火(Jet Controlled Compression Ignition, JCCI)方法,其主要原理为：将主燃料在压缩冲程早期全部喷入缸内,形成高质量预混合气;采用较低压缩比,保证预混合气不会自燃;上止点附近向缸内喷入少量正十六烷燃料,射流引燃预混合气,主动控制其压缩着火相位,实现高效低排放的目的。论文以CF186(A)柴油机为研究对象,利用AVL Fire三维CFD软件模拟研究了早喷柴汽油混合物,并通过少量的正十六烷射流引燃预混合气这一过程。结果表明： (1) JCCI燃烧是可控的低温预混合燃烧,喷入缸内的正十六烷射流能够引燃柴汽油预混合气,并控制其着火相位。正十六烷与柴汽油混合物的喷射时刻对于缸内燃烧有重要影响,在上止点前15℃CA喷入正十六烷时,缸内着火相位最晚,提前或者延迟喷射,着火相位都将提前。 (2)可以实现同时降低NOx排放和碳烟排放,在中低负荷时,NOX排放降低90%以上,碳烟排放降低6%以上;在较高负荷时,NOx排放降低75%以上,碳烟排放降低45%以上。随着废气再循环率的增加,缸内着火相位延后,放热率和缸内爆发压力峰值降低,缸内最高温度降低,燃烧持续期延长。 (3)正十六烷的燃油量比例增加,着火相位先延迟然后提前,低热值比例为33.7%时,着火相位最晚。

关键词：射流控制压缩着火废气再循环数值模拟正十六烷

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射流控制压缩着火燃烧系统的模拟研究

射流控制压缩着火燃烧系统的模拟研究

高等学校工程热物理第二十届全国学术会议

作者：王一聪隆武强田江平张强何爽孟相宇马宝光大连理工大学内燃机研究所

为解决柴油机预混合燃烧着火相位控制难题,本文结合实机实验数据,运用AVL FIRE程序对射流控制压缩着火燃烧系统进行了模拟研究,分析了流场运动情况、着火及燃烧过程。结果表明:点火室内的燃烧产物以射流的方式冲击主燃烧室内柴油预混合... 详细信息

为解决柴油机预混合燃烧着火相位控制难题,本文结合实机实验数据,运用AVL FIRE程序对射流控制压缩着火燃烧系统进行了模拟研究,分析了流场运动情况、着火及燃烧过程。结果表明:点火室内的燃烧产物以射流的方式冲击主燃烧室内柴油预混合气,促进了主燃烧内的流场运动,促进了柴油预混合气的混合过程;主燃室内的柴油预混合气被从点火室内喷出的燃烧产物迅速引燃,实现了柴油预混合燃烧着火相位的主动控制;主燃烧室内的柴油预混合气具有预混合多点自燃和低温燃烧的特点。

关键词：射流控制压缩着火点火室预混合

来源： cnki会议评论

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点火室式柴油机射流控制压缩着火模拟研究

点火室式柴油机射流控制压缩着火模拟研究

作者：李强大连理工大学

学位级别：硕士

柴油机作为热效率最高的动力机械装置之一,在不断发展的同时其排放也受到了法规的严格限制。为了应对法规的限制,与柴油机有关的各种技术也在不断发展,其中柴油机预混合燃烧技术已经可以实现高效清洁的燃烧过程,尤其是极低的氮氧化物(N... 详细信息

柴油机作为热效率最高的动力机械装置之一,在不断发展的同时其排放也受到了法规的严格限制。为了应对法规的限制,与柴油机有关的各种技术也在不断发展,其中柴油机预混合燃烧技术已经可以实现高效清洁的燃烧过程,尤其是极低的氮氧化物(NOx)排放,因此逐渐成为柴油机燃烧研究的热点,但是柴油机预混合燃烧着火相位的控制还是难以解决。本文在河柴重工HLT132预混合燃烧柴油机上采用了一种带有点火室的射流控制压缩着火(JCCI:Jet Controlled Compression Ignition)的方式控制着火相位,并且对缸内燃烧和NOx排放等情况进行了数值模拟研究。射流控制压缩着火的原理是主燃室内的柴油预混合气被点火室内气体燃料经过燃烧产生的高温活性基所引燃。为了给JCCI柴油机的设计和优化提供理论依据,文中利用ProE建立JCCI柴油机的三维模型,利用AVL Fire模拟分析了JCCI柴油机工作时的流场、当量比、温度场、OH活性基以及NOx的分布情况。计算了JCCI柴油机在4个工况下的缸内压力,温度,放热率等数据。文章中采用的计算方案如下：柴油机采用较低的几何压缩比,并采用进气门晚关策略降低柴油机有效压缩比,降低活塞运动到上止点时主燃室内的最高温度,以保证柴油预混合气在活塞运动到上止点前不能被压缩着火。采用早喷策略,喷油提前角为60℃ABTDC,以保证得到较均匀的柴油预混合气。设计了点火室和点火室的天然气(NG)燃料供给系统。点火室内混合气由火花放电点燃,形成射流,触发主燃室内压缩着火。模拟结果表明：JCCI柴油机可以实现低温燃烧,能够有效降低NOx排放,点火室内燃烧产生的高温射流能够有效控制主燃室内柴油预混合气的着火相位。JCCI柴油机的放热率具有两个峰值,分别由点火室和主燃室内的燃烧形成。点火室内燃烧形成的高温射流提高了主燃室内的混合气温度,加上射流对主燃室内混合气的扰动和高温活性基的作用,直接触发了主燃室内的预混合气着火。在中高负荷时,适当降低有效压缩比,点火室射流也能起到主动控制着火相位的作用。在全负荷时引入EGR可以有效降低JCCI柴油机的燃烧速率和NOx的排放。

关键词：柴油机点火室射流控制压缩着火 NOx排放

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射流温度对高温气体射流控制压缩着火的影响

中南大学学报（自然科学版） 2019年第7期50卷 1729-1735页

作者：祝佩田华孟相宇崔靖晨田江平隆武强大连理工大学内燃机研究所辽宁大连116024 大连理工大学化工机械与安全学院辽宁大连116024

为了解决柴油预混合压燃着火相位的控制难题,采用高温气体射流控制压缩着火(jet controlled compression ignition,JCCI)的方法,其通过射流喷入一定量的高温气体来触发缸内处于着火临界状态的预混合气自燃,从而实现着火相位的有效控制... 详细信息

为了解决柴油预混合压燃着火相位的控制难题,采用高温气体射流控制压缩着火(jet controlled compression ignition,JCCI)的方法,其通过射流喷入一定量的高温气体来触发缸内处于着火临界状态的预混合气自燃,从而实现着火相位的有效控制。采用三维CFD耦合简化化学反应机理的方法,研究高温气体JCCI方式的着火和燃烧过程,分析射流温度分别为700,800,900和1 000K时对其燃烧和排放特性的影响。研究结果表明:在上止点附近射流喷入高温气体能触发缸内预混合气多点自燃;随着射流温度提高,高温反应始点前移,放热峰值升高;CA50前移,燃烧持续期缩短;此外,NOx排放逐渐增加,CO排放逐渐减少,soot排放量几乎为零。

关键词：柴油预混合射流控制压缩着火高温气体数值模拟

柴油射流控制柴油基燃料预混合气压缩着火相位的试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2018年第7期49卷 1815-1822页

作者：隆武强礼博李达田江平田华臧广辉戴宏伟大连理工大学内燃机研究所辽宁大连116024 大连理工大学船舶制造国家工程研究中心辽宁大连116024 辽阳新风科技有限公司辽宁辽阳111200

为了实现对柴油机预混合压缩着火相位的主动控制,提出柴油射流控制柴油基燃料压缩着火方案,并在1台改造的单缸自然吸气186FA柴油机上进行可行性试验研究。研究结果表明:在50%负荷试验条件下,柴油射流可以有效控制预混合气的着火相位;随... 详细信息

为了实现对柴油机预混合压缩着火相位的主动控制,提出柴油射流控制柴油基燃料压缩着火方案,并在1台改造的单缸自然吸气186FA柴油机上进行可行性试验研究。研究结果表明:在50%负荷试验条件下,柴油射流可以有效控制预混合气的着火相位;随着柴油射流正时的推迟,10%和50%累积放热对应曲轴转角CA10和CA50均呈线性规律变化,氮氧化物排放明显降低,碳烟排放几乎为零;随着预喷正时的推迟,放热率呈现由单峰较慢放热至双峰放热至最后的单峰快速放热的变化规律,且碳氢化合物和一氧化碳排放逐渐降低;在单峰快速放热情况下,压力升高率最大;增加柴油射流量,燃烧过程减缓,且会扩大柴油的扩散燃烧比例,导致碳烟排放增加。

关键词：预混合着火相位双直喷射流控制压缩着火柴油基燃料

射流控制柴油机预混合压缩着火相位和排放研究

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内燃机工程 2014年第3期35卷 21-25页

作者：隆武强张强田江平孟相宇田华王一聪大连理工大学内燃机研究所大连116024 大连理工大学船舶制造国家工程研究中心大连116024

为有效控制柴油机预混合压燃着火相位,提出了射流控制压燃(jet controlled compression ignition,JCCI)方法。将一台186F柴油机改装成JCCI发动机,并进行了燃烧相位控制和排放特性试验。结果表明:CA10和CA50在较大的范围内与点火定时呈... 详细信息

为有效控制柴油机预混合压燃着火相位,提出了射流控制压燃(jet controlled compression ignition,JCCI)方法。将一台186F柴油机改装成JCCI发动机,并进行了燃烧相位控制和排放特性试验。结果表明:CA10和CA50在较大的范围内与点火定时呈线性关系,说明在JCCI发动机中可实现对预混合燃烧相位的直接控制;在试验工况下JCCI发动机的NOx排放比原机降低较多,最大降幅超过90%;碳烟排放在低负荷与原机接近,中高负荷降低了92%;CO和THC排放比原机增加较多。

关键词：内燃机点火室预混合射流控制压缩着火

高压气体射流控制DME预混合压缩着火燃烧特性研究

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高压气体射流控制DME预混合压缩着火燃烧特性研究

作者：刘思成大连理工大学

学位级别：硕士

预混合压燃模式可以同时实现低氮氧化物(NO:Nitrogen Oxides)和低Soot排放,但是其燃烧过程难以有效控制。高压气体射流控制压缩着火(JCCI:Jet Controlled Compression Ignition)可以实现预混合压燃过程着火相位的有效控制。二甲醚(DME:D... 详细信息

预混合压燃模式可以同时实现低氮氧化物(NO:Nitrogen Oxides)和低Soot排放,但是其燃烧过程难以有效控制。高压气体射流控制压缩着火(JCCI:Jet Controlled Compression Ignition)可以实现预混合压燃过程着火相位的有效控制。二甲醚(DME:Dimethyl Ether)和柴油类似,属于高十六烷值燃料,相比柴油其氧含量较高,燃烧过程中Soot排放较少。DME可再生,是一种理想的柴油替代燃料。而在高压气体JCCI模式下DME的燃烧与排放特性还有待进一步研究,基于此本文使用CFD模拟软件Converge,建立高压气体射流作用于定容弹内工质和DME预混合气的CFD模型,模拟研究了高压气体射流作用下定容弹内最大局部温升的情况及其对DME燃烧过程的影响规律,研究结果总结如下:(1)研究了进气通道长度、工质初始压力和初始温度三个影响因素对高压气体射流作用下定容弹内最大温升的影响规律。随着进气通道长度的增加,高压气体对初始工质的压缩越剧烈,使得定容弹内最大局部温升逐渐升高。随着初始压力的降低,压差增大,射流对初始工质的压缩效果更明显。但压差过大时会产生正激波,从而影响气体的流动。初始温度越高,初始工质的密度越小,射流进气速度越快,最大局部温升也就越高。(2)研究了射流条件中的射流压力和射流持续期对高压气体JCCI模式下DME燃烧过程的影响规律。随着射流持续期的延长,射流阶段对预混合气的压缩越剧烈,燃烧始点(SOC:Start of Combustion)逐渐提前。但是较长的射流持续期带入更多的“低温”气体,混合后降低了混合气的局部温度和当量比,使得后期燃烧速率下降,放热率峰值降低,燃烧持续期延长,NO生成减少。由于较长射流持续期下的SOC比较靠前,燃烧过程受“低温”气体混合的影响较小,燃烧过程中的高温区域更广,促进了一氧化碳(CO:Carbon Monoxide)和总碳氢化合物(THC:Total Hydrocarbon Compounds)的氧化。射流压力提高,压差增大,对初始工质的压缩更剧烈。然而受“低温”气体混合的影响,随着射流压力的升高,放热率峰值下降,燃烧持续期延长,NO生成减少,CO生成和THC总量则增加。(3)研究了预混合气初始条件中的初始当量比和初始温度对高压气体JCCI模式下DME燃烧过程的影响规律。初始当量比的升高,加快了燃烧的进程,SOC逐渐提前,燃烧过程局部温度升高,促进了NO的生成和CO、THC的氧化。随着初始温度的提高,SOC逐渐提前,有利于燃烧的进行。但是较高的初始温度下燃烧温度同样更高,促进了NO的生成以及CO和THC的氧化。

关键词：预混合压燃高压气体射流控制压缩着火二甲醚数值模拟

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射流控制柴油预混合压缩着火系统的研究

射流控制柴油预混合压缩着火系统的研究

作者：王一聪大连理工大学

学位级别：硕士

以“均质预混合压燃,低温燃烧”为特点的新一代发动机燃烧理论,同时达到了PM和NOx的超低排放,并实现了高热效率。但是柴油机预混合燃烧的实用化仍然受到预混合气制备、着火相位和燃烧速率控制、负荷范围的拓展等三个问题的阻碍,其中着... 详细信息

以“均质预混合压燃,低温燃烧”为特点的新一代发动机燃烧理论,同时达到了PM和NOx的超低排放,并实现了高热效率。但是柴油机预混合燃烧的实用化仍然受到预混合气制备、着火相位和燃烧速率控制、负荷范围的拓展等三个问题的阻碍,其中着火相位控制是核心问题,解决着火相位控制是突破负荷范围限制的必要前提。为达到柴油预混合压缩着火燃烧相位主动控制的目的,本文采用射流控制压缩着火(JCCI:Jet Controlled Compression Ignition)的新方法。实验采用的发动机由单缸风冷四冲程186F柴油机改造而成,改造原机缸头布置,在原机喷油器位置布置一点火室,点火室具有辅助LPG供给设备和点火系统。在缸头点火室附近布置直喷柴油喷油器,提供柴油预混合气。降低原机压缩比,改变燃烧室形状,使其适宜JCCI燃烧系统,保证柴油预混合气不能压缩自燃。由原机改装之后的发动机我们称为JCCI发动机。以实验为基础,建立JCCI系统的CFD三维模型,分析JCCI燃烧的气流运动情况及着火过程,研究EGR率及柴汽油掺混比例对JCCI系统的影响规律,由此来更加深入了解JCCI的特点,为下一步的实验及模拟研究打下基础。结果表明：点火室内的燃烧产物以射流的方式冲击主燃烧室内柴油预混合气,促进了主燃烧内的流场运动,促进了柴油预混合气的混合过程;主燃室内的柴油预混合气被从点火室内喷出的燃烧产物迅速引燃,实现了柴油预混合燃烧着火相位的主动控制;主燃烧室内的柴油预混合气具有预混合多点自燃和低温燃烧的特点;随着EGR率的增加,主燃烧室内着火时刻略有延迟,NOx排放下降;随着汽油比例的增加,放热减缓,火焰传播越来越显著,NOx排放下降。

关键词：射流控制压缩着火点火室预混合 EGR 柴汽油混合燃料

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高压空气射流控制柴油预混合气着火研究

高压空气射流控制柴油预混合气着火研究

作者：左明奇大连理工大学

学位级别：硕士

随着工业的进步,能源问题日益严重,人们环境保护意识不断提高,大家对发动机的效率和排放等性能提出了更高的要求。学者们提出了“均质预混合燃烧”这一新的内燃机燃烧理论。均质预混合燃烧可以很好地解决内燃机的效率和排放问题,但是仍... 详细信息

随着工业的进步,能源问题日益严重,人们环境保护意识不断提高,大家对发动机的效率和排放等性能提出了更高的要求。学者们提出了“均质预混合燃烧”这一新的内燃机燃烧理论。均质预混合燃烧可以很好地解决内燃机的效率和排放问题,但是仍面临着工况范围窄、燃烧速率和着火始点难以主动控制的难题。为实现均质预混合燃烧方式着火相位的主动精确控制,本文研究了高压空气射流控制柴油预混合气着火相位这一方法。其主要原理为：在进气冲程或压缩冲程,向气缸里喷入柴油,形成预混合气;调整发动机的有效压缩比,从而降低压缩上止点时预混合气的温度以及压力,让预混合气处于不能被直接压燃而又接近燃烧的临界状态;接近压缩终点时,向燃烧室里喷射一定量高压空气,与原柴油预混合气进行再次混合,同时压缩原来的柴油预混合气,使其局部温度和压力快速升高达到着火条件而燃烧,从而达到主动控制着火相位的目的。本文针对一个燃烧弹,通过模拟计算的方式,研究了高压气体喷气温度、喷气压力以及单向阀出口直径对燃烧弹内最大温升的影响。论文涉及的主要工作为：建立燃烧弹模型,利用三维CFD软件Fire进行计算。模拟分析了不同参数对燃烧弹内混合气的影响。结果表明,高压气体射流冲击燃烧弹内混合气,能使部分原气体温度迅速上升。喷气压力和温度的提高以及单向阀出口直径的扩大,均能使最大温升有一定的升高。喷气压力较小时,喷气压力的变化主导最大温升的变化;喷气压力较大时,喷气温度和单向阀出口直径的变化主导最大温升的变化。根据模拟计算结果,选择合适的参数,搭建了相应的实验系统。

关键词：柴油预混合气高压空气射流控制压缩着火数值模拟