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燃烧室结构对天然气转子发动机燃烧过程的影响

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机械工程学报 2015年第22期51卷 141-151页

作者：范宝伟潘剑锋黄俊肖曼姚嘉琪江苏大学能源与动力工程学院镇江212013 中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所无锡214063

以一台由端面进气汽油转子发动机改装而来的预混天然气转子发动机为研究对象,在FLUENT软件的基础上通过编程实现转子发动机三维网格的偏心运动,并选择合适的湍流模型、燃烧模型以及详细的CHEMKIN化学反应机理,建立基于化学反应动力学的... 详细信息

以一台由端面进气汽油转子发动机改装而来的预混天然气转子发动机为研究对象,在FLUENT软件的基础上通过编程实现转子发动机三维网格的偏心运动,并选择合适的湍流模型、燃烧模型以及详细的CHEMKIN化学反应机理,建立基于化学反应动力学的端面进气天然气转子发动机三维动态数值模拟模型。通过与试验数据进行对比和分析,验证模型的可靠性。在此基础上,研究燃烧室结构对端面进气天然气转子发动机的缸内流场、温度场和中间产物浓度场的影响。结果表明,当燃烧室凹坑布置于转子曲面长度方向的前端和转子曲面宽度方向的中心时,燃烧过程同时利用了燃烧室后部的滚流以及燃烧室中部高速流区对火焰的加速作用,缸内整体燃烧速率最大。同时,其缸内压力最大以及中间产物OH的生成量也最大,其压力峰值比中置凹坑燃烧室提高了19.9%,但其NO质量分数仍在0.5%以内。

关键词：燃烧室结构天然气端面进气转子发动机流场燃烧过程三维动态模拟

燃烧室结构对微热光电系统能量转换的影响分析

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兵工学报 2011年第7期32卷 866-871页

作者：唐爱坤潘剑锋薛宏李晓春邵霞李德桃江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 江苏省流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013 美国加州工业大学机械工程系加州洛杉矶ca91768

针对微热光电系统,设计了4种结构的平行板燃烧室,在考虑辐射表面温度分布的不均匀性和空间辐射角系数的前提下,构建了系统能量转换模型并编制了相应的计算程序。通过计算得出不同结构的平行板燃烧室对系统能量转换的影响,重点分析了喷... 详细信息

针对微热光电系统,设计了4种结构的平行板燃烧室,在考虑辐射表面温度分布的不均匀性和空间辐射角系数的前提下,构建了系统能量转换模型并编制了相应的计算程序。通过计算得出不同结构的平行板燃烧室对系统能量转换的影响,重点分析了喷口形状、多孔介质、催化剂的使用等条件改变时辐射外壁面的温度分布、辐射能光谱分布、各子环节效率和系统整体电能输出。结果表明:在微燃烧室中,多孔介质的填充、扩展型喷口的开设、催化剂的使用均能提高其外壁面的平均温度,同时也能改变温度分布特别是最高温度区域的位置,这也导致单色辐射力和有效辐射能均依次增加;基于3种改进结构燃烧室的系统在能量转换的各方面均优于采用圆形喷口直通道燃烧室的系统,其中扩展型喷口内部催化结构的燃烧室在相同燃料输入时能使系统整体效率提高56.6%,功率密度达到0.87W/cm3.

关键词：工程热物理燃烧室结构微热光电系统能量转换模型电能输出

燃烧室结构对固液火箭发动机燃速和性能的影响

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航空动力学报 2013年第8期28卷 1914-1920页

作者：王鹏飞饶大林田辉蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191

对不同燃烧室结构固液火箭发动机进行了二维轴对称一体化数值计算,计算结果表明:燃速随前燃室的增长而增大,增幅越来越小,特征速度和真空比冲随前燃室的增长先增大后趋于平稳.后燃室的长度对燃速没有影响,特征速度和真空比冲随后燃室的... 详细信息

对不同燃烧室结构固液火箭发动机进行了二维轴对称一体化数值计算,计算结果表明:燃速随前燃室的增长而增大,增幅越来越小,特征速度和真空比冲随前燃室的增长先增大后趋于平稳.后燃室的长度对燃速没有影响,特征速度和真空比冲随后燃室的增长而增大.相同氧化剂质量流率下,药柱长径比不影响燃速沿轴向分布,平均燃速随药柱长径比的增大而增大,增幅越来越小,最终趋于平稳,特征速度随药柱长径比的增大先增大再减小,在长径比为10.0附近达到最大值.相同理论氧燃比下,燃速随长径比的增大而增大,但不影响燃速的分布趋势;燃烧效率随着长径比的增大先减小再增大;实际氧燃比随长径比的增大而逐渐减小,且变化趋势逐渐缓慢.

关键词：固液火箭发动机燃烧室结构前燃室后燃室长径比数值计算

燃烧室结构对煤油预燃裂解气旋转爆轰特性的影响

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兵工学报 2024年第8期45卷 2837-2850页

作者：韩家祥白桥栋邱晗郑权翁春生南京理工大学瞬态物理全国重点实验室江苏南京210094

在固定来流条件下,改变旋转爆轰燃烧室宽度和出口阻塞比,实验研究上述结构对煤油预燃裂解气与空气旋转爆轰传播特性的影响。实验结果表明:适宜的燃烧室宽度和出口宽度能够促进旋转爆轰波(Rotating Detonation Wave,RDW)的稳定自持传播,... 详细信息

在固定来流条件下,改变旋转爆轰燃烧室宽度和出口阻塞比,实验研究上述结构对煤油预燃裂解气与空气旋转爆轰传播特性的影响。实验结果表明:适宜的燃烧室宽度和出口宽度能够促进旋转爆轰波(Rotating Detonation Wave,RDW)的稳定自持传播,当燃烧室宽度为20 mm和26 mm,燃烧室出口宽度为4~8 mm时,煤油预燃裂解气和空气能够成功起爆并能稳定传播,增加燃烧室的宽度,RDW传播速度和稳定性均有提升;随着出口阻塞比增加,RDW传播模态经历了稳定单波模态、间断单波模态和双波同向模态,阻塞比的增加能提升燃烧室末端反射激波的强度,促进多波头的产生,RDW传播速度和压力随着阻塞比的增加,经历了升高后降低的变化。

关键词：煤油预燃裂解气旋转爆轰燃烧室结构传播模态

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燃烧室结构对液体燃料MILD燃烧影响的数值模拟

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江苏大学学报（自然科学版） 2022年第6期43卷 650-656页

作者：杜敏孙文涛王跃成张帅平江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013

高速空气射流卷吸高温烟气回流并与反应物快速掺混再燃烧是实现MILD (moderate or intense low-oxygen dilution)燃烧的重要特征,为了实现常温空气条件下液体燃料的MILD燃烧,燃烧室结构参数的优化设计与内部流场组织是关键.采用数值模... 详细信息

高速空气射流卷吸高温烟气回流并与反应物快速掺混再燃烧是实现MILD (moderate or intense low-oxygen dilution)燃烧的重要特征,为了实现常温空气条件下液体燃料的MILD燃烧,燃烧室结构参数的优化设计与内部流场组织是关键.采用数值模拟研究了燃烧室高度、燃料和空气喷嘴位置分布对流场、温度场分布和NO_(x)排放的影响规律.结果表明:燃烧室高度通过影响空气射流的速度衰减和燃烧室内部的循环率,决定了燃烧室内整体气流的循环情况;空气喷嘴和燃油喷嘴的位置变化,决定了燃料在燃烧室内的分布以及与高温烟气的混合情况;当空气喷嘴和燃油喷嘴相对距离较小时,强烈的回流会使燃料在燃烧室内的分布更加均匀,烟气稀释新鲜反应物的能力增强,进而使燃烧室内燃烧缓和,峰值温度下降,热力型NO排放降低;当空气喷嘴远离燃烧室出口时,集中的大面积回流区域使反应物在燃烧室内均匀分布,整体的燃烧反应更加均匀和缓和,有利于MILD燃烧的实现.

关键词：液体燃料 MILD燃烧烟气循环燃烧室结构数值模拟

N_2O/HTPB固液发动机燃烧室结构对药柱燃面退移特性的数值模拟

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固体火箭技术 2018年第6期41卷 715-720页

作者：张梦龙张悦徐松林中国人民解放军91550部队

针对采用N_2O/HTPB推进剂的某固液火箭发动机,分析研究燃烧室长径比、前燃室长度、补燃室长度以及喉径等结构参数对固体燃料热解表面燃面退移速率的影响。通过建立一种基于流场与固体燃料之间耦合传热和PDF燃烧模型的数值计算方法,并经... 详细信息

针对采用N_2O/HTPB推进剂的某固液火箭发动机,分析研究燃烧室长径比、前燃室长度、补燃室长度以及喉径等结构参数对固体燃料热解表面燃面退移速率的影响。通过建立一种基于流场与固体燃料之间耦合传热和PDF燃烧模型的数值计算方法,并经算例验证后,说明此数值模拟方法的合理性和正确性。因此,应用此数值模拟方法分别计算了燃烧室各结构参数对固体燃料热解表面退移速率的影响:药柱长径比对燃面退移速率影响较大,随着药柱内径的不断增大,退移速率逐渐减小;随着前燃室长度的增大,燃面退移速率也相应增加,但幅度较小;而补燃室长度以及喉径对退移速率基本无影响。适当增加补燃室长度,可增强氧化剂与燃料热解气体的掺混效果,从而提高燃烧效率。

关键词：固液火箭发动机退移速率燃烧室结构数值模拟

燃烧室结构和进气加湿对船用柴油机燃烧过程影响的数值模拟

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燃烧室结构和进气加湿对船用柴油机燃烧过程影响的数值模拟

作者：蔡玉洁天津大学

学位级别：硕士

随着环境问题日益严重,船用柴油机的污染问题受到关注。本文基于预混低温燃烧方式,通过控制油气混合程度和混合速率(燃烧室结构和喷油策略)加快燃油充分燃烧,提高燃烧效率。同时控制缸内燃烧温度历程(进气加湿)减少NOx排放。为了满足排... 详细信息

随着环境问题日益严重,船用柴油机的污染问题受到关注。本文基于预混低温燃烧方式,通过控制油气混合程度和混合速率(燃烧室结构和喷油策略)加快燃油充分燃烧,提高燃烧效率。同时控制缸内燃烧温度历程(进气加湿)减少NOx排放。为了满足排放法规,采用燃烧室结构、进气组分和喷油策略等油气室三者的综合匹配技术来降低NOx和碳烟排放。本研究采用商业软件AVLIRE搭建船用柴油机的三维仿真模型,对一款四冲程增压中冷船用柴油机进行数值模拟。研究燃烧室结构耦合喷油策略(预喷正时和主喷正时)及进气加湿耦合喷油策略对船用柴油机燃烧过程的影响。本文先研究了燃烧室结构耦合喷油策略对船机燃烧过程的影响。结果表明,浅坑型燃烧室G1、G2缸内空气扰动能力弱,燃烧不充分使得温度峰值低,因此,降低了 NOx排放。但是燃烧放热率缓慢,不利于燃烧定容度,有较高的碳烟排放。通过提前主喷时刻可以改善碳烟排放及热效率。深坑型燃烧室G3最高温度低,减少了 NOx排放。同时,大的涡流数促进了油气的混合,提高了燃烧性能且降低了碳烟排放。缩口型燃烧室G4在主喷时刻为-14℃A ATDC时有较小的NOx排放,主喷提前,NOx增大幅度较大。其次,通过进气加湿探究对船机低温燃烧的影响,并耦合预喷和主喷策略控制预混合气的生成。主喷时刻提前燃油与空气有更长的时间混合,提高了燃烧速率,增大燃烧定容度,以及提高燃烧热效率和降低碳烟排放。进气加湿降低了缸内温度,高比例的水油比可以实现低温燃烧,显著降低了 NOx排放。在水油比为2.0时,减少了约75%的NOx排放。通过耦合较大的预喷提前角和主喷提前角,也可以降低碳烟排放,得到4种计算方案,可折中NOx和碳烟排放并使得燃油消耗率也较低。最后,通过喷油策略、燃烧室结构及进气加湿等油气室三者匹配再耦合涡流比优化柴油机燃烧和排放性能。在主喷时刻-14℃A ATDC和水油比为2.0时,G0在0.5涡流比和G3匹配0.5及1.3涡流比,可以在降低碳烟排放的同时获得较低的NOx排放;在主喷时刻-20℃AATDC和水油比2.0时,G3匹配小涡流比0.5,可以降低NOx和碳烟排放。

关键词：船用柴油机燃烧室结构喷油策略进气加湿数值模拟

燃烧室结构和进气条件对船用柴油机燃烧和排放影响的数值模拟研究

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燃烧室结构和进气条件对船用柴油机燃烧和排放影响的数值模拟研究

作者：于刚天津大学

学位级别：硕士

随着能源危机和环境恶化的加剧,船用柴油机的排放法规也愈加严格,尤其体现在MARPOL公约对氮氧化物排放量的限制方面,因此在不损害发动机动力输出的情况下,如何降低柴油机的NOx排放成为一个研究热点。柴油机燃烧室结构对于缸内的气流运... 详细信息

随着能源危机和环境恶化的加剧,船用柴油机的排放法规也愈加严格,尤其体现在MARPOL公约对氮氧化物排放量的限制方面,因此在不损害发动机动力输出的情况下,如何降低柴油机的NOx排放成为一个研究热点。柴油机燃烧室结构对于缸内的气流运动和混合气形成有着显著影响,关系到柴油机的高效燃烧和清洁排放,因此缸内燃烧优化是决定NOx排放的根本因素。本文利用模拟手段进行了燃烧室结构和进气条件对缸内燃烧和排放的优化研究。以一款六缸增压中冷船用柴油机为原型,利用CONVERGE软件建立三维实体和网格模型,以此来探索燃烧室结构、进气增压、EGR和进气门关闭正时（IVCT）对船用柴油机燃烧、性能和排放的影响。设计了五种燃烧室结构,其中三种缩口结构,重点探究缩口结构在中等缸径船用柴油机上的适用性。研究结果表明,缩口结构和燃油油束动能的双重效应能够强化缸内紊流,促进油气混合,提高预混燃烧比例和扩散燃烧速率,实现快速燃烧。缩口结构燃烧室的CA50较小,燃烧等容度较高,其中径深比和缩口率越小,缸压峰值越大,指示功率和NOx排放量越高,而soot排放越低。随着进气增压度的增加,缸压峰值显著增加,缩口结构燃烧室的缸压峰值相位提前,原机缸压峰值相位推迟;原机的NOx和soot排放分别呈现先降低后增加和先增加后降低的变化趋势,在进气压力为3.91 bar时,缩口率和径深比最小的燃烧室（G5）的NOx和soot排放略高于原机。通过性能和排放的对比结果可知,采用恰当的缩口结构燃烧室能够实现高性能和低排放的目标。随着IVCT推迟和EGR率增加,燃油滞燃期延长,缸内最高燃烧压力和NOx排放不断降低。推迟10°CA的IVCT策略对降低缸内最高燃烧压力的效应优于20%的EGR率策略,而IVC T推迟对NOx排放降低的效应则不如增加EGR率显著。随着EGR率增加,由于燃烧室结构对滞燃期、涡流和挤流的影响,原机和燃烧室G5的缸内soot瞬时含量峰值呈现相反的变化趋势。耦合进气增压、EGR和IVCT后,燃烧室G5能够在保持最高燃烧压力略有增加的前提下,显著降低缸内NOx排放,并提高指示功率。从高性能和低NOx排放的角度分析,缩口结构燃烧室在中等缸径船用柴油机上具有较好的的适用性。

关键词：船用柴油机燃烧室结构进气增压 EGR 进气门晚关数值模拟

基于燃烧过程的高强化柴油机燃烧室结构与喷油参数匹配研究

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基于燃烧过程的高强化柴油机燃烧室结构与喷油参数匹配研究

作者：孙彦斌太原理工大学

学位级别：硕士

现代高强化柴油机的转速高、燃油喷射量大,因此需要在极短的时间内完成燃油的喷射、破碎、雾化、蒸发和混合过程。为了加快高强化柴油机缸内混合气形成的速率,提高混合气形成的均匀性,改善燃烧过程,一方面可以加大燃油喷射压力,提高燃... 详细信息

现代高强化柴油机的转速高、燃油喷射量大,因此需要在极短的时间内完成燃油的喷射、破碎、雾化、蒸发和混合过程。为了加快高强化柴油机缸内混合气形成的速率,提高混合气形成的均匀性,改善燃烧过程,一方面可以加大燃油喷射压力,提高燃油的雾化程度。另一方面需要对高强化柴油机的燃烧室形状和燃油喷射参数进行合理匹配。本文以高强化单缸柴油机为研究对象,基于燃烧过程的改善来提升其动力性能,本文采用AVL-FIRE进行数值模拟计算,研究了燃烧室形状和燃油喷射参数对高强化柴油机性能的影响。主要研究内容如下:（1）本文首先建立了单缸高强化柴油机的仿真计算模型,初始条件通过一维仿真获得,边界温度采用经验值。并将仿真缸压曲线与试验缸压曲线进行对比,最大误差低于3%。（2）在压缩比恒定的前提下,通过改变燃烧室结构参数（缩口直径、凸台高度、缩口深度）得到形状不同的燃烧室,对各燃烧室进行仿真计算,分析各结构参数对缸内燃烧过程的影响。结果表明:适当减小缩口直径、增大凸台高度能够增强缸内的湍流运动,改善燃烧,提升动力性能。通过改变燃烧室结构,指示功较原机的最大增幅达到了1.8%。（3）选取不同的喷油提前角进行缸内燃烧仿真,结果表明:随着喷油时刻的提前,指示功先升高后降低,喷油提前角为14°CA BTDC时,指示功最大,较原机提升了2.2%。选用合适的喷油提前角能够实现对燃烧相位的调整,使燃烧过程在合理的曲轴转角范围内进行,进而提高热效率,提升动力性能。（4）分别调整油嘴伸出高度、油束夹角进行仿真计算,结果表明:随着油嘴伸出高度的增加,动力性提升,采用1.5mm的油嘴伸出高度时,动力性较原机提升了2.72%;油束夹角的变化会导致喷雾轴向分布以及燃料着壁后运动趋势的变化。油束夹角过大和过小动力性能都有所下降,153°油束夹角时,指示功最大,较原机提升2.72%。（5）在喷孔总流通面积恒定的情况下,改变喷孔个数进行仿真。结果表明:喷孔数的变化会导致喷雾周向分布、贯穿距离以及索特平均直径的变化。喷孔数过多或过少都不利于动力性的提升,当喷孔数为12时,指示功最大,较原机提升2.72%。

关键词：高强化柴油机燃烧室结构喷油参数动力性能