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天然气发动机点火室结构优化模拟研究

农业装备与车辆工程 2020年第4期58卷 46-51页

作者：刘添隆武强曹建林大连理工大学内燃机研究所辽宁省大连市116024

为改善大缸径稀燃天然气发动机的点火可靠性,在一台缸径为320mm的点火室式天然气发动机上,应用三维CFD软件CONVERGE进行了数值模拟,分析了点火室喷孔个数、锥形喷孔以及中心喷孔对天然气发动机燃烧和排放性能的影响。研究表明:7孔点火... 详细信息

为改善大缸径稀燃天然气发动机的点火可靠性,在一台缸径为320mm的点火室式天然气发动机上,应用三维CFD软件CONVERGE进行了数值模拟,分析了点火室喷孔个数、锥形喷孔以及中心喷孔对天然气发动机燃烧和排放性能的影响。研究表明:7孔点火室火焰射流分布更为均匀合理,且在功率和排放上都优于原机;锥形喷孔方案有利于提高火焰射流的贯穿距,提高功率和热效率,并降低NOX排放;中心喷孔方案的优化效果与中心喷孔的直径有关,中心喷孔直径为1.5mm和2.5mm时,可以提高发动机功率并降低NO_X排放。

关键词：天然气发动机点火室稀燃结构参数数值模拟

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JCCI发动机预混合着火与燃烧过程的模拟

内燃机学报 2014年第4期32卷 302-308页

作者：隆武强王一聪张强何爽孟相宇田江平大连理工大学内燃机研究所辽宁大连116024

结合实机试验数据,运用AVL FIRE程序分析了射流控制压缩着火燃烧方式的着火过程及废气再循环(EGR)率和柴汽油掺混比例对燃烧过程的影响.结果表明:主燃烧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... 详细信息

结合实机试验数据,运用AVL FIRE程序分析了射流控制压缩着火燃烧方式的着火过程及废气再循环(EGR)率和柴汽油掺混比例对燃烧过程的影响.结果表明:主燃烧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：柴汽油混合燃料射流控制压缩着火点火室预混合废气再循环

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

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岩手炭窑的构筑

吉林林业科技 1991年第5期20卷 45-47页

作者： <特种黑木炭研制>课题组

本文介绍了日本岩手黑炭窑的构筑方法和技术要点,并与国内黑炭窑对照比较,对其结构特点作出分析,评价。

关键词：炭化室窑底点火室炭头排烟口保温设施日照条件挡火墙排湿重粘土

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射流引燃预混合气过程数值模拟

射流引燃预混合气过程数值模拟

作者：付佳聪大连理工大学

学位级别：硕士

随着排放法规的日益严格,高效清洁的替代燃料受到越来越多的关注。天然气具有污染低、抗爆性能好、储量丰富等优点。采用射流引燃的方式可以通过射流火焰提供更多的活性基和点火能量来加快气体燃料的燃烧速率,从而提高气体燃料的燃烧效... 详细信息

随着排放法规的日益严格,高效清洁的替代燃料受到越来越多的关注。天然气具有污染低、抗爆性能好、储量丰富等优点。采用射流引燃的方式可以通过射流火焰提供更多的活性基和点火能量来加快气体燃料的燃烧速率,从而提高气体燃料的燃烧效果和稀薄极限。采用三维CFD软件建立了与已有实验装置相同的带有点火室的定容燃烧装置模型,采用实验数据对模拟计算模型和模型参数进行标定,并开展了多种参数对射流引燃过程影响规律的数值模拟计算研究。本文主要研究了点火室的喷孔直径、容积大小、喷孔个数和长径比等结构参数以及预混合气当量比、初始温度和初始压力等混合气参数对射流引燃过程的影响。结果表明:增大点火室喷孔直径会使射流火焰进入主燃室的时刻提前,但是由于点火室与主燃室之间形成的压力差较小,因此射流火焰在主燃室中的传播速度较慢;当点火室的喷孔直径过小时由于喷孔处节流作用严重会导致射流火焰在喷孔处发生淬熄,无法进入主燃室中引燃其中的预混合气。在保持点火室长径比不变的情况下增大点火室容积可以增大点火室与主燃室之间的压力差,加快射流火焰在主燃室中的传播速度,但是由于射流火焰在点火室中的传播距离较长,因此喷射进入主燃室的时刻较晚,会形成一定的点火延迟。点火室长径比较小时,射流火焰在点火室中传播距离较短,因此可以更早地引燃主燃室内的预混合气,但是由于点火室内的燃烧不充分而导致射流火焰中的点火能量较少,引燃主燃室内预混合气的速度较慢;点火室长径比过大时则会由于射流火焰在点火室中的传播距离较长而导致部分点火能量损失和进入主燃室的时刻延迟而不利于引燃主燃室内的预混合气。在保持喷孔截面积不变的情况下,适当增加喷孔个数可以加快射流火焰引燃主燃室内预混合气的速度,但是当喷孔数过多时则会导致喷孔直径过小而引起淬熄。适当提高点火室中预混合气的当量比有利于拓展主燃室中稀薄混合气的稀燃极限。提初始温度和初始压力可以缩短燃烧持续时间,加快主燃室中预混合气的燃烧速度。

关键词：点火室射流引燃预混合气数值模拟

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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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射流引燃预混合气着火过程可视化研究

射流引燃预混合气着火过程可视化研究

作者：任中永大连理工大学

学位级别：硕士

新能源汽车发展如火如荼,但传统能源发动机依旧有其不可替代的广泛使用领域。为进一步优化内燃机的燃烧模式,改善内燃机清洁能源使用率,本文在射流控制压缩着火(Jet Controlled Compression Ignition)思想的指引下对点火室式射流引燃预... 详细信息

新能源汽车发展如火如荼,但传统能源发动机依旧有其不可替代的广泛使用领域。为进一步优化内燃机的燃烧模式,改善内燃机清洁能源使用率,本文在射流控制压缩着火(Jet Controlled Compression Ignition)思想的指引下对点火室式射流引燃预混合气过程进行了研究。希望通过点火室式射流系统的应用拓展天然气发动机稀燃极限,从而优化天然气发动机热效率和尾气排放。本文基于定容可视化实验平台,采用纹影与直接摄影法对点火室射流引燃预混合气着火及燃烧过程进行了研究。实验主要对点火室射流出现时刻、主燃室可燃混合气被引燃时刻、主燃室着火位置、主燃室早期火焰发展情况、点火室压力变化情况进行了分析。本文主要研究了点火室几何参数和可燃混合气参数对点火室式射流点火系统工作特性的影响规律。点火室几何参数包括点火室喷孔直径、点火室容积和点火室喷孔数量。混合气参数包括可燃混合气燃空当量比、压力和温度等。实验结果表明:点火室喷孔直径增大会使主燃室滞燃期减小,点火位置下移;当点火室喷孔孔径较大时会有可见火焰直接射出点火室,在燃料浓度较小情况下增大喷孔直径可改善点火性能;点火室孔径增大导致射流火焰大范围喷出点火室时,主燃室滞燃期减小,但点火区域集中,无法实现大范围同时着火,主燃室火焰发展速率慢,最高燃烧压力较低;调整喷孔直径使射流产物无大量明火时,主燃室着火区域分散,火焰发展速率大;调整喷孔直径使着火区域为主燃室中部位置时,主燃室火焰发展最快,最高燃烧压力最大;点火室喷孔直径过小时主燃室可燃混合气无法被引燃。增大点火室容积会导致主燃室滞燃期增大,但射流产物更多,范围分布更广,可以提供更大的点火能量,使主燃室火焰快速燃烧,到达更高的燃烧压力。在面容比不变条件下,通过增多点火室喷孔数量可实现对点火形式及位置调整,使点火形式实现非大量明火直接引燃的多区域同时引燃,这对主燃室燃烧压力的增加有一定的促进作用。点火室燃空当量比降低会导致点火室可燃混合气燃烧速度变慢,引燃能力下降,主燃室滞燃期增大;通过点火室可燃气加浓,可实现增大点火能量,加快点火响应,扩大稀燃范围的目的。定容条件下,提高预混合气压力可使点火室式射流点火系统引燃稀薄混合气能力增强;定容且压力不变条件下,温度300K到500K范围内,预混合气初始温度增高不利于点火室式射流点火系统的点火,点火室射流点火能量下降,主燃室滞燃期增大。

关键词：射流引燃可视化定容燃烧点火室稀薄燃烧

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射流火焰淬熄及引燃预混合气数值模拟

射流火焰淬熄及引燃预混合气数值模拟

作者：侯德福大连理工大学

学位级别：硕士

替代燃料的使用是减缓大量使用化石能源带来的能源危机和环境污染问题的重要途径,也是我国未来能源经济发展的重要内容。射流引燃系统通过提供高额点火能量和缩短火焰传播路径加快燃烧速度,是解决代用气体燃料燃烧速率较慢和稀薄燃烧火... 详细信息

替代燃料的使用是减缓大量使用化石能源带来的能源危机和环境污染问题的重要途径,也是我国未来能源经济发展的重要内容。射流引燃系统通过提供高额点火能量和缩短火焰传播路径加快燃烧速度,是解决代用气体燃料燃烧速率较慢和稀薄燃烧火焰传播速度较慢的有效方法。为探究点火室射流火焰淬息和点燃预混合气过程的一般特性和点火室设计方法,本文采用可视化实验结合数值模拟的方法。采用纹影法和火焰自然发光法分别测量点火室射流发展过程和火焰发光强度,并通过仿真分析定容射流燃烧过程进一步认识射流引燃机制,最后通过发动机CFD数值模拟探究性提出小容积点火室的设计方法。可视化实验研究不同甲烷喷射量、环境温度和环境压力对点火室射流火焰结构及引燃预混合气过程的影响,仿真分析包括定容燃烧装置的混合气流动过程和点火室射流引燃过程。结果表明:混合气流动在点火时刻形成主燃室低当量比、点火室高当量比的分布特点;点火室射流火焰引燃预混合气过程是主燃室点火能量累积,射流湍流能量转换,射流高温区向低温区拓展的结果;点火室的混合气当量比控制对射流引燃系统的影响较大,精确控制点火室混合气当量比有利于预混合燃烧的着火相位控制,提高点火稳定性,拓宽点火室引燃主燃室预混合气的稀薄极限;增大环境压力,点火室射流提供的点火能量增大,主燃室预混合气燃烧始点提前,燃烧持续时间变短;相同压力条件下,射流引燃过程受温度和混合气浓度两个方面的影响,提高温度可以增大初期火焰传播速度。点火室设计方法研究基于一台改装的天然气发动机建立CFD仿真模型,模拟不同参数对发动机性能的影响,结果表明:射流引燃系统在较宽的点火提前角范围内能够保持较好的点火性能,在一定范围提前点火时刻,射流点火机构的点火性能越好;过大或者过小的点火室容积比都不利于主燃室燃烧速率,控制点火室容积比在3%附近可以有效提高点火室的点火性能,缩短主燃室燃烧持续期;点火室喷孔面容比对点火性能影响不明显,但是喷孔直径和喷孔长度对射流能量影响较大,适中的喷孔直径和长度有利于提高点火室性能;对于小缸径内燃机,深ω形燃烧室更有利于射流火焰在主燃室传播,燃烧持续期更短;增大喷孔夹角会缩短射流沿喷孔方向的传播距离,增大浅ω形燃烧室的放热率;喷孔数量通过改变射流点火能量的分布特性影响燃烧放热率,6喷孔点火室在小缸径内燃机中表现出较好的点火性能。

关键词：射流可视化定容燃烧点火室数值模拟

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柴油机预混合燃烧模式的着火相位控制研究

柴油机预混合燃烧模式的着火相位控制研究

作者：李魁春大连理工大学

学位级别：硕士

均质预混合燃烧柴油机以其良好的经济性、超低的NOx与碳烟排放成为内燃机热点课题之一。柴油预混合燃烧目前存在许多理论上和工程上的难题,其中着火相位难以控制问题尤为突出。为了控制预混合柴油机着火相位,提出点火室式预混合燃烧柴... 详细信息

均质预混合燃烧柴油机以其良好的经济性、超低的NOx与碳烟排放成为内燃机热点课题之一。柴油预混合燃烧目前存在许多理论上和工程上的难题,其中着火相位难以控制问题尤为突出。为了控制预混合柴油机着火相位,提出点火室式预混合燃烧柴油机概念,即：在发动机缸盖上设置点火室,通过通道与主燃室相连接。布置两套喷油系统,柴油喷油器布置在主燃室内,汽油喷油器与火花塞布置在点火室内。通过调节压缩比、缸内EGR等控制主燃室柴油混合气不被压燃,火花塞点燃点火室内汽油混合气后,点火室内的火焰从通道喷出,引燃主燃室内混合气。通过合理设计可以在全工况实现预混合燃烧着火相位可控,提高燃烧稳定性。本文对该系统发动机进行模拟分析,考察系统的可行性。根据CF186F发动机缸盖的结构图,在三维CAD软件中设计火花塞与喷油器的布置位置并建立模型,将模拟导入至AVL FIRE,结合发动机一维模拟软件AVL BOOST模拟得到的边界条件对发动机缸内气流运动、燃油雾化、燃烧及排放过程进行详细计算分析,对比了不同的主燃室喷油提前角、点火时刻、主燃室喷射次数以及柴油喷嘴的喷孔夹角对发动机性能产生的影响。模拟结果表明,本系统怠速时能使新鲜充量分布均匀;怠速工况时,主燃室喷油提前角在70°A-90°CA之间时本系统均可以获得良好的燃烧性能与排放性能;在20°CABTDC至上死点时点火电极附近混合气当量比为1.1左右,适合点燃与火焰传播,有较大的点火窗口;怠速时燃烧持续期为20°CA,缸内最高平均温度低于1800K,限制了NOx的大量生成;发动机各负荷下着火相位均可控,在80%负荷以下预混合气在上止点时未被压燃,更大的负荷需要加入外部EGR以使着火相位可以通过火花塞控制。本文所做的三维瞬态数值模拟研究在一定程度上有助于对点火室预混合燃烧柴油机燃烧排放规律的理解,并为接下来的实验研究提供参考。

关键词：预混合燃烧柴油机点火室数值模拟