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纯氢及掺氢燃料转子发动机研究进展

重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第4期38卷 212-228页

作者：祝健雷健柴森王怀宇马泽东史程燕山大学车辆与能源学院河北秦皇岛066004 北京理工大学机械与车辆学院北京100081 新加坡国立大学工程学院新加坡117575 中国北方车辆研究所北京100072

针对氢燃料在转子机方面的应用进行了综述,旨在探索转子机的可持续发展之路。凭借火焰速度快和淬火距离短的特点,氢气能够改善转子机由于燃烧室狭长、面容比大而导致的不完全燃烧,降低油耗与排放;由于进气、做功与排气处于不同工作腔且... 详细信息

针对氢燃料在转子机方面的应用进行了综述,旨在探索转子机的可持续发展之路。凭借火焰速度快和淬火距离短的特点,氢气能够改善转子机由于燃烧室狭长、面容比大而导致的不完全燃烧,降低油耗与排放;由于进气、做功与排气处于不同工作腔且无进/排气门结构,转子机更能避免氢点火能量低而引起的早燃和回火现象,从而有效提升热效率,改善发动机做功能力。

关键词：转子发动机氢燃料碳中和燃烧排放

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转子发动机径向密封片的研究综述

工程科学学报 2022年第8期44卷 1406-1424页

作者：纪常伟杨振宇杨金鑫汪硕峰黄雄辉常珂北京工业大学能源与动力工程学院北京100124

径向密封片作为转子发动机最重要的密封部件,安装在转子的三个顶点,径向密封片直接暴露在高温高压燃气中,存在振拍、漏气和磨损三大关键问题,这些问题会导致称为“魔鬼爪痕”的缸体振纹的出现,这些问题直接影响转子发动机的工作性能和... 详细信息

径向密封片作为转子发动机最重要的密封部件,安装在转子的三个顶点,径向密封片直接暴露在高温高压燃气中,存在振拍、漏气和磨损三大关键问题,这些问题会导致称为“魔鬼爪痕”的缸体振纹的出现,这些问题直接影响转子发动机的工作性能和使用寿命.NSU、Mazda等公司对径向密封片的发展做出巨大,开发了多种型号径向密封片并采用了多种材料.随着材料技术的发展,一些新型材料与表面处理工艺可以应用于径向密封片,例如:碳纤维、石墨烯等纳米材料,激光表面处理、新型涂层等工艺.本文综述了NSU、Mazda和Curtiss-Wright在径向密封片上取得的成果,最后结合新型结构、新型材料与处理工艺,对径向密封片的未来发展提出建议.

关键词：转子发动机径向密封片密封性能结构设计材料

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转子发动机偏心轴的轻量化设计与仿真研究

兵器装备工程学报 2022年第10期43卷 241-248页

作者：耿琪王学德何光宇杨正浩空军工程大学等离子体动力学重点实验室西安710038

为提高小型航空转子发动机的功重比,通过优化偏心轴结构并将材料由铸铁换为轻型合金的方法,降低偏心轴的质量50.1%。采用ANSYS软件虚拟样机,对偏心轴进行了动力学仿真,分析运动学参数和力学特性,获得其模态和振动特性。结果表明,改进后... 详细信息

为提高小型航空转子发动机的功重比,通过优化偏心轴结构并将材料由铸铁换为轻型合金的方法,降低偏心轴的质量50.1%。采用ANSYS软件虚拟样机,对偏心轴进行了动力学仿真,分析运动学参数和力学特性,获得其模态和振动特性。结果表明,改进后轴的最小固有频率对应的激振转速为17 312.4 r/min,大于轴的设计转速6 500 r/min,不发生共振。对偏心轴的关键承力部位采用高强度合金可提高强度,最大应力降低6.5%。

关键词：轻量化转子发动机偏心轴模态振动强度分析

径向密封泄漏作用下喷射策略对柴油转子发动机燃烧过程的影响

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内燃机工程 2023年第3期44卷 34-43页

作者：陈涛雷基林邓晰文张勇王汝雁李红昆明理工大学云南省内燃机重点实验室昆明650500 云南西仪工业股份有限公司昆明650114

为进一步提升柴油转子发动机的性能,对柴油转子发动机缸内燃烧过程进行了研究。此外,考虑到转子发动机在实际工作过程中难以避免的径向泄漏,建立了一种考虑径向密封泄漏的周边进气转子发动机三维动态计算模型,并对模型进行了验证。结合... 详细信息

为进一步提升柴油转子发动机的性能,对柴油转子发动机缸内燃烧过程进行了研究。此外,考虑到转子发动机在实际工作过程中难以避免的径向泄漏,建立了一种考虑径向密封泄漏的周边进气转子发动机三维动态计算模型,并对模型进行了验证。结合该计算模型,研究了柴油喷射时刻和喷射持续期对燃料分布及燃烧过程的影响。结果表明:当喷射时刻为上止点前80°曲轴转角且喷射持续期为50°曲轴转角时可获得较好的燃烧和排放特性。与原方案相比,缸内峰值压力提升了11.38%,碳烟和CO生成量分别降低了78.71%和92.72%,NO_(x)和CO_(2)生成量有所增加。

关键词：柴油转子发动机喷射策略径向密封泄漏燃烧过程排放

周边气道形状对掺氢转子发动机缸内流场及燃烧性能的影响

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北京工业大学学报 2022年第7期48卷 762-772页

作者：马泽东纪常伟史程杨金鑫李欣刘建峰隗立国中国北方车辆研究所北京100072 北京工业大学汽车工程系北京100124 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

以复合进气转子发动机为研究对象,构建并验证了适用于转子发动机工作过程的CFD模型,探究了周边气道形状对转子发动机性能的影响.通过数值模拟的方法,对不同周边气道形状下氢气/汽油双燃料转子发动机的缸内流场和燃烧过程进行了研究.研... 详细信息

以复合进气转子发动机为研究对象,构建并验证了适用于转子发动机工作过程的CFD模型,探究了周边气道形状对转子发动机性能的影响.通过数值模拟的方法,对不同周边气道形状下氢气/汽油双燃料转子发动机的缸内流场和燃烧过程进行了研究.研究结果表明:进气后期缸内混合气受挤压作用出现回流现象,且此时的周边进气口面积越大,混合气的回流现象越明显;在上止点附近缸内会形成与转子运动方向一致的单向流;周边气道形状对点火时刻缸内混合气流速的影响不大,与气道形状为圆形时相比,当气道形状为三角形时,点火时刻缸内湍动能增加26.91%,峰值缸压提升了5.87%,同时,较高的缸内温度导致NOx生成量增多.

关键词：周边进气道形状氢气转子发动机缸内流场燃烧过程排放

不同氢气喷孔直径对汽油掺氢X型转子发动机性能及污染物排放影响

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西安交通大学学报 2023年

作者：张泽奇杜洋杨正浩高旭何光宇西安交通大学机械工程学院空军工程大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室

针对高效X型转子发动机汽油燃烧不充分的问题，提出了一种缸内直喷掺氢方法用于提升燃烧效率和发动机热力性能。建立了X型转子发动机三维CFD数值模型，通过缸压、放热率和功率实验数据验证了模型有效性，在喷氢总量、喷氢压力、喷氢开... 详细信息

针对高效X型转子发动机汽油燃烧不充分的问题，提出了一种缸内直喷掺氢方法用于提升燃烧效率和发动机热力性能。建立了X型转子发动机三维CFD数值模型，通过缸压、放热率和功率实验数据验证了模型有效性，在喷氢总量、喷氢压力、喷氢开始时刻相同的条件下，分析了氢气缸内直喷且汽油预混时氢气喷孔直径对发动机缸内流动、燃烧、热力性能以及污染物排放特性的影响，并与纯汽油预混式发动机性能进行对比，揭示了缸内直喷掺氢方法的优越性。结果表明，在小氢气喷孔直径(2 mm)下，火焰传播比较均匀，且在燃烧室两侧狭缝中都有较大的对称的火焰，燃烧更加充分，发动机指示热效率达到了最高37.07%，较不喷氢和大氢气喷孔直径(4 mm)分别提高了10.23%和7.85%。与大氢气喷孔直径相比，虽然小氢气喷孔直径下NOx排放量上升了21.12%，但是HC、碳烟排放量分别下降了79.08%和2.17%。因此，小氢气喷孔直径(2 mm)为最优喷氢策略，本研究为X型转子发动机的喷氢策略设计与优化提供了指导。

关键词：转子发动机氢气直喷喷孔直径污染物热效率

燃烧室凹坑形状对汽油转子发动机燃烧过程的影响

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车用发动机 2022年第2期 40-46页

作者：赵云龙邓晰文冯战朱蕊东苏小斌昆明理工大学云南省内燃机重点实验室云南昆明650500 云内动力有限公司云南省内燃机高原排放重点实验室云南昆明650200

针对转子发动机缸内燃料燃烧效果不佳的问题,以一款预混式汽油转子发动机作为研究对象,采用计算流体力学的方法,建立转子发动机缸内流动与燃烧的三维数值仿真模型,并利用试验结果进行了对比验证。在此基础上,选取敞口式、直口式和缩口式... 详细信息

针对转子发动机缸内燃料燃烧效果不佳的问题,以一款预混式汽油转子发动机作为研究对象,采用计算流体力学的方法,建立转子发动机缸内流动与燃烧的三维数值仿真模型,并利用试验结果进行了对比验证。在此基础上,选取敞口式、直口式和缩口式3种不同类型的燃烧室凹坑,研究了燃烧室凹坑形状对缸内压力、温度、火焰传播及NO生成的影响。结果表明:在一定工况下,燃烧室凹坑形状对缸内燃料的燃烧过程有明显影响。其中,缩口式凹坑缩口处附近燃料不易被点燃,缸内燃料燃烧效果最差;敞口式可以更好地组织缸内的混合气流动,燃烧过程中利用了燃烧室内部较快的气体流速和高速流区对火焰的加速作用,燃料燃烧过程中火焰传播速度快,压力升高率大,进而增大了缸内整体燃烧速率;敞口式比直口式缸内最高燃烧压力提高6.8%,燃油消耗速率提高10.8%,NO质量分数仍在0.5%左右。

关键词：汽油转子发动机燃烧室燃烧过程

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甲醇汽油掺混比对转子发动机性能的影响研究

重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第8期37卷 48-55页

作者：章杨昊邓晰文冯战朱蕊东苏小斌昆明理工大学云南省内燃机重点实验室昆明650500 云内动力有限公司云南省内燃机高原排放重点实验室昆明650200

甲醇有着含氧量高、燃烧性能良好和排放清洁等特点,被认为是理想的发动机替代燃料。以一款周边进气转子发动机为研究对象,提出通用的等效方法,在GT-POWER中建立等效往复式三缸四冲程发动机仿真模型,并对仿真结果进行对比验证。在此基础... 详细信息

甲醇有着含氧量高、燃烧性能良好和排放清洁等特点,被认为是理想的发动机替代燃料。以一款周边进气转子发动机为研究对象,提出通用的等效方法,在GT-POWER中建立等效往复式三缸四冲程发动机仿真模型,并对仿真结果进行对比验证。在此基础上,研究甲醇替代比对转子发动机燃烧过程和性能的影响规律,研究结果表明:汽油中掺混甲醇可以提高混合气燃烧速率,可使得转子发动机的缸压提高并且燃烧相位提前。在甲醇掺混比低于50%时,随着掺混比增加,转子发动机性能提升明显,缸压峰值对应的曲轴转角接近上止点,发动机功率和扭矩较纯汽油分别提升13.6%和12.8%。在甲醇掺混比高于50%时,随着掺混比的增加,发动机燃烧相位过于提前,压缩负功增加,发动机动力性提升效果降低,在M100时发动机功率提升仅为5.9%。研究结果可为转子发动机使用甲醇燃料以提升性能提供一定参考。

关键词：转子发动机性能 GT-POWER 甲醇

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转子发动机热力过程数学模型

中南大学学报（自然科学版） 2008年第2期39卷 284-289页

作者：周乃君裴海灵张家奇陈宏德中南大学能源科学与工程学院湖南长沙410083

对转子发动机缸内燃烧过程进行分析,建立转子发动机热力过程数学模型的基本微分方程,并分阶段对方程进行简化,得到压缩期、燃烧期、膨胀期和换气期的质量和能量方程;以Matlab软件的Simulink为平台对单转子发动机热力过程进行仿真模拟,... 详细信息

对转子发动机缸内燃烧过程进行分析,建立转子发动机热力过程数学模型的基本微分方程,并分阶段对方程进行简化,得到压缩期、燃烧期、膨胀期和换气期的质量和能量方程;以Matlab软件的Simulink为平台对单转子发动机热力过程进行仿真模拟,并将仿真结果与***等所得结果进行比较。研究结果表明:仿真结果与***等所得结果有一定偏差且滞后约4-,但最大偏差不超过7%,证明所建立的数学模型可用于模拟仿真转子发动机的运行状况。

关键词：转子发动机数学模型热力过程