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醇类添加剂及部分燃料分层对hcci燃烧影响的数值模拟研究

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醇类添加剂及部分燃料分层对HCCI燃烧影响的数值模拟研究

作者：朱素伟合肥工业大学

学位级别：硕士

均质充量压缩着火(hcci)作为一种高效、低温、低排放(尤其是NOx和碳烟)的第三种燃烧方式优势突出,结合了汽油机和柴油机的特点。但是hcci燃烧主要受化学动力学控制,存在着火时刻难以控制,负荷稍高会出现爆震的问题。通过改变混合气燃料... 详细信息

均质充量压缩着火(hcci)作为一种高效、低温、低排放(尤其是NOx和碳烟)的第三种燃烧方式优势突出,结合了汽油机和柴油机的特点。但是hcci燃烧主要受化学动力学控制,存在着火时刻难以控制,负荷稍高会出现爆震的问题。通过改变混合气燃料的性质来调节着火时刻具有操作简单、响应快等优点,有潜力成为控制hcci燃烧的手段。本文就燃料在均质压燃条件下放热特点的不同,用两种方法拓展hcci负荷范围,并对其进行了模拟计算。第一种方法是在具有双阶段放热规律(低温放热和主燃烧)的柴油中添加辛烷值高的乙醇。通过掺混不同摩尔比例的乙醇来控制柴油hcci的燃烧过程,其中柴油用正庚烷(n-Heptane)替代。利用多区模型数值模拟了掺混乙醇对放热率、最大压力升高率及排放的影响,比较了乙醇和EGR对柴油燃烧的影响作用。从化学动力学角度分析了添加乙醇后,柴油低温氧化反应中一些重要中间活性基OH、CH2O、H2O2的变化。结果表明：随着正庚烷中掺混辛烷值高的乙醇摩尔比例的增加,低温放热始点和高温放热始点均有延迟,当量比为0.3掺混乙醇摩尔比例为57%时,低、高温放热始点分别延迟2.4。和6.3。,最大压力升高率降低。排放中的氮氧化物和CO的量减少。但是过多的掺混乙醇,会导致平均指示压力减小。第二种方法采用具有单阶段放热规律(主燃烧)的汽油作为研究对象。利用化学气相动力学软件分析了不同进气压力、温度和外部EGR条件下,汽油燃料着火时刻与当量比(Φ)的关系。并结合CFD软件,建立发动机燃油喷雾模型。先预混大部分的燃料,然后在压缩冲程后期喷入少部分的燃料(最大不超过20%)实现部分燃料分层。通过改变喷油量和喷油时刻,研究部分燃料分层对汽油进气增压hcci的影响。结果表明：汽油作为单阶段放热燃料,在自然吸气条件下着火时刻基本上不随Φ的变化发生改变,部分燃料分层不能降低敲缸强度。但是在增压条件下,着火时刻对Φ变得敏感,而且在进气温度降低的情况下这种现象更明显,部分燃料分层能够有效降低敲缸强度。依次增加喷入的油量和延迟喷油时刻,营造不同的缸内当量比分布,能够控制敲缸强度,拓展高负荷范围。

关键词： hcci燃烧多区模型乙醇部分燃料分层数值模拟

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火花放电对hcci燃烧过程影响的研究

火花放电对HCCI燃烧过程影响的研究

作者：王静天津大学

学位级别：硕士

hcci燃烧作为一种新型的燃烧方式,具有低油耗,低排放的优点,但其燃烧过程难以控制和工况范围窄的缺点,限制了它在实际中的应用。通常间接控制hcci燃烧的手段灵活性和精确性不足。传统汽油机用的直接点火控制的手段,已发现能在CAI的边界... 详细信息

hcci燃烧作为一种新型的燃烧方式,具有低油耗,低排放的优点,但其燃烧过程难以控制和工况范围窄的缺点,限制了它在实际中的应用。通常间接控制hcci燃烧的手段灵活性和精确性不足。传统汽油机用的直接点火控制的手段,已发现能在CAI的边界工况起稳定燃烧的作用,并能够拓展hcci燃烧的工况范围,但在燃烧过程控制和进一步拓展工况范围方面,还缺乏成熟的理论和技术。本文首先建立数学模型,该模型考虑空燃比,废气再循环率,进气温度,进气压力,压缩比等参数,通过计算不同工况条件下的理论最小点火能量验证该条件下存在火焰传播过程的可能性。该计算结果证明,在hcci的工况条件下,即在缸内混合气稀薄均匀的条件下,有火焰传播过程存在的可能。提高点火能量能降低对缸内温度的要求。本文开发了一套电容式多脉冲点火系统,实现在发动机一个工作循环内火花塞连续多次点火。点火脉冲个数从一个到五个可调,点火脉冲间隔可调。通过实验研究了多脉冲火花助燃hcci的燃烧性质,和点火参数对火花助燃hcci燃烧的影响。实验结果表明:多脉冲火花助燃hcci燃烧的主体仍然是压缩自燃,但在前期燃烧部分有可能存在火焰传播的过程。在CAI能稳定工作的工况,火花对燃烧的影响不大。在CAI不能工作,而火花助燃hcci能稳定工作的工况,点火脉冲个数和脉冲间隔对燃烧有一定影响。在CAI不能工作,而火花助燃hcci也有失火趋势的工况,点火脉冲个数越多,点火脉冲间隔越小,发动机工作越稳定。

关键词： hcci燃烧火花助燃多脉冲点火

基于进气温度加热实现天然气发动机hcci燃烧的研究

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基于进气温度加热实现天然气发动机HCCI燃烧的研究

作者：王帅吉林大学

学位级别：硕士

hcci技术整合了点燃式发动机与压燃式发动机的优点,在保持较高的燃烧热效率的同时大范围的降低尾气中NOx与颗粒物的排放,是一种清洁高效的燃烧技术。天然气价格低廉,辛烷值高且是气体容易形成均质混合气,但其自燃点较高不易被压燃,限制... 详细信息

hcci技术整合了点燃式发动机与压燃式发动机的优点,在保持较高的燃烧热效率的同时大范围的降低尾气中NOx与颗粒物的排放,是一种清洁高效的燃烧技术。天然气价格低廉,辛烷值高且是气体容易形成均质混合气,但其自燃点较高不易被压燃,限制了其在hcci技术的应用。本文采用进气加热这种热管理方法来实现天然气发动机的hcci燃烧模式,对ZR180单缸机进行了改装,加装了天然气供给系统、电子控制系统及冷却系统,完成了试验台架的搭建及调试工作。实验中天然气在进气道内进行喷射,采用压燃的着火方式进行燃烧。通过实验的方法探究进气温度和过量空气系数对天然气发动机hcci燃烧模式的影响。其主要结论如下:(1)随着进气温度的升高,天然气发动机hcci燃烧模式的最大缸内压力、最大放热率、最大压力升高率都呈上升趋势,最大缸内温度呈下降趋势,其所对应的曲轴转角也发生了前移,其中压力升高率受影响最大,进气温度由180摄氏度增加到230摄氏度的过程中,压力升高率上升了57.2%。随着过量空气系数的增大,燃烧始点与燃烧重心都出现了前移的现象,主燃期缩短。(2)随着进气温度的升高,发动机hcci燃烧模式的平均指示压力和转矩都呈下降趋势,热效率下降的也较为明显。进气温度为180摄氏度时热效率出现最大值为34%。(3)随着进气温度的升高,发动机hcci燃烧模式的平均指示压力循环变动呈上升趋势,但平均指示压力循环变动的值一直保持10%以内,进气温度对循环变动的影响较大。(4)随着过量空气系数的增大,发动机hcci燃烧模式的缸内压力、放热率、压力升高率、缸内温度都呈下降趋势,其最大值所对应的曲轴转角也发生了后移,但是它们下降的速度各不相同,其中压力升高率受影响最大,过量空气系数从2.2增加到3.2的过程中,压力升高率下降了43.4%。随着过量空气系数的增大,燃烧始点与燃烧重心都出现了滞后的现象,主燃期增长。其主要原因是过量空气系数增大,缸内混合气变稀,燃烧速度变慢,导致燃烧相位滞后。(5)随着过量空气系数的增大,发动机hcci燃烧模式的转矩呈下降趋势,热效率呈上升趋势。1000r/min时,过量空气系数为2.6时,热效率最高其值为24.77%,1600r/min时,过量空气系数为3时,热效率最高其值为31.55%。较稀的混合气有利于提高发动机的热效率。(6)随着过量空气系数的增大,发动机hcci燃烧模式的平均指示压力循环变动呈下降趋势,且平均指示压力循环变动的值保持在一个较小的范围内,过量空气系数对循环变动的影响并不明显。

关键词：天然气发动机 hcci燃烧进气加热

液压自由活塞发动机hcci燃烧过程的实验研究

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液压自由活塞发动机HCCI燃烧过程的实验研究

作者：尹述君天津大学

学位级别：硕士

液压自由活塞发动机是内燃机技术、现代液压技术、电子控制技术的有机结合。随着能源危机和环境问题日趋严重,自由活塞发动机在热效率和排放方面具有巨大潜力,因而日益受到人们的关注。本文将hcci燃烧过程与液压自由活塞发动机相结合,... 详细信息

液压自由活塞发动机是内燃机技术、现代液压技术、电子控制技术的有机结合。随着能源危机和环境问题日趋严重,自由活塞发动机在热效率和排放方面具有巨大潜力,因而日益受到人们的关注。本文将hcci燃烧过程与液压自由活塞发动机相结合,希望起到取长补短的效果,并围绕提高发动机热效率这一目标,开展了多种燃料下的液压自由活塞发动机hcci燃烧实验,研究了燃料特性、控制参数、运行参数与发动机性能参数之间的内在关系和影响规律,探索提高自由活塞发动机hcci燃烧热功转化效率的途径。作者首先进行了实验系统的设计和改造,将对置式液压自由活塞发动机改造为单活塞式结构,并进行了高压小电磁阀结构的改进;进行了乙醚的hcci燃烧实验,分析讨论了缸体加热温度、燃料混合均匀度,以及不同混合气浓度和压缩比对乙醚hcci燃烧过程的影响,最终得到在当量比为0.3、压缩比为14.22时,乙醚hcci燃烧指示热效率最高,达到46.57%;进行了正庚烷的hcci燃烧实验,分析讨论了不同混合气浓度、压缩比对正庚烷hcci燃烧过程的影响,最终得到在当量比为0.3、压缩比为14.22时,正庚烷hcci燃烧指示热效率最高,达到44.53%;在高压缩比条件下,对低十六烷值燃料汽油和甲醇进行了hcci燃烧实验,探讨了液压自由活塞发动机对低十六烷值燃料压燃的可行性;对甲醇hcci燃烧过程进行仿真研究,结果表明:甲醇hcci燃烧过程中的粗暴现象是由于过快的放热率,诱导缸内出现压力波并在空间多次反射导致的。本文通过一系列实验研究实现了液压自由活塞发动机对不同燃料的单循环高效工作,验证了在液压自由活塞发动机中,实现多种燃料hcci燃烧过程的可行性,探讨了燃料特性与发动机性能参数和控制参数之间的内在关系,这些研究结论为后续对置式液压自由活塞发动机的连续稳定运行奠定了实验基础。

关键词：液压自由活塞发动机 hcci燃烧实验研究热功转化效率

基于优化动力技术的多缸汽油机hcci燃烧控制的试验研究

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基于优化动力技术的多缸汽油机HCCI燃烧控制的试验研究

作者：郑华航上海交通大学

学位级别：硕士

全球经济的可持续发展面临着能源危机和环境恶化两大问题,随着化石能源枯竭以及地球温室效应加剧,如何发展高效低排放的发动机已经成为能源与环境领域的一个重要课题。本文基于优化动力技术,利用发动机冷却水和排气余热加热进气,在多缸... 详细信息

全球经济的可持续发展面临着能源危机和环境恶化两大问题,随着化石能源枯竭以及地球温室效应加剧,如何发展高效低排放的发动机已经成为能源与环境领域的一个重要课题。本文基于优化动力技术,利用发动机冷却水和排气余热加热进气,在多缸汽油机上实现了hcci燃烧。从燃烧控制的角度,在多缸汽油机OKP-hcci研究平台上,对发动机实现新型、高效、超低排放的hcci燃烧模式进行了研究,重点研究分析了火花辅助、外部EGR、运转条件对hcci燃烧的着火时刻和燃烧速率的控制规律,同时研究了排放变化趋势。研究表明,当进气温度未达到hcci稳定燃烧条件时,火花辅助有助于hcci燃烧,增大平均指示压力、最大缸内压力以及最大压力升高率,降低循环波动率,提高燃烧稳定性。火花辅助在hcci燃烧边界不稳定工况下有改善循环波动的趋势,但是在亚临界稳定工况下,火花辅助使得缸内循环波动和缸间循环波动有所增大。火花辅助使hcci燃烧出现两阶段放热,当点火提前角增大,主燃烧阶段放热率峰值增大,燃烧始点显著提前。在发动机转速1200rpm～1600rpm小负荷范围内,火花辅助可以适当改善NO和HC排放。随着外部热EGR率的增大,着火时刻推迟,最大缸内压力和最大压力升高率逐渐降低,最大放热率也随之降低。CO排放和HC排放呈现出增长的趋势。NOx排放整体处于较低水平(50×10以内),随着EGR率的增大而单调下降。进气温度的微小变化会引起着火时刻的明显变化。冷却水温度对燃烧及排放的影响与进气温度类似,区别是冷却水温度改变着火时刻的影响作用要小于进气温度的改变着火时刻的作用。对于汽油燃料而言,hcci发动机运行对转速变化非常敏感。随着转速增大,燃烧始点CA10明显线性推迟,而燃烧中点CA50变化与燃烧持续期的变化基本一致,呈现阶段性波动。

关键词：多缸汽油机 hcci燃烧火花辅助外部EGR 运转条件排放

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hcci燃烧离子电流特性试验研究

HCCI燃烧离子电流特性试验研究

2010中国汽车工程学会年会

作者：桑文董光宇张志永李从跃吴志军李理光同济大学汽车学院

在一台单缸试验机上通过改变进气温度、燃空当量比、压缩比等燃烧边界条件,对离子电流信号电压的波形变化进行了观测和研究。结果表明,离子电流信号电压受到边界条件的强烈影响,本质在于缸内峰值温度对自由离子浓度变化的作用。温度升高... 详细信息

在一台单缸试验机上通过改变进气温度、燃空当量比、压缩比等燃烧边界条件,对离子电流信号电压的波形变化进行了观测和研究。结果表明,离子电流信号电压受到边界条件的强烈影响,本质在于缸内峰值温度对自由离子浓度变化的作用。温度升高,燃烧较好时,自由离子浓度增加,离子电流信号增强,相位提前;温度降低,燃烧弱化,自由离子生成受到抑制,离子电流信号减弱,离子电流信号相对燃烧的相位滞后趋于增加。

关键词： hcci燃烧离子电流边界条件信号电压峰值相位

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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柴油机hcci燃烧的均质混合气制备

铁道机车车辆 2003年第A1期23卷 132-137页

作者：李棠李理光上海交通大学机械与动力工程学院上海200030

介绍了均质充量压缩着火 (hcci)燃烧的概念、优缺点及其良好的发展前途与当前面临的困难。分析了hcci混合气制备的重要性 ,总结了柴油机hcci混合气制备的典型方法和成功经验 ,并分析了混合气制备对hcci燃烧排放、着火相位的控制以及功... 详细信息

介绍了均质充量压缩着火 (hcci)燃烧的概念、优缺点及其良好的发展前途与当前面临的困难。分析了hcci混合气制备的重要性 ,总结了柴油机hcci混合气制备的典型方法和成功经验 ,并分析了混合气制备对hcci燃烧排放、着火相位的控制以及功率输出的影响。

关键词：柴油机 hcci燃烧均质混合气制备均质充量压缩着火

微型自由活塞动力装置hcci催化燃烧特性的研究

维普期刊数据库

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微型自由活塞动力装置HCCI催化燃烧特性的研究

作者：张迪江苏大学

学位级别：硕士

以碳氢燃料为动力源的微型动力系统体积较小、能量密度高等优点,具有重要的发展前景。自由活塞式发动机能量转换效率高、结构简单适合微型化,将hcci(Homogeneous charge compression ignition)燃烧应用于微型自由活塞发动机中,不仅可以... 详细信息

以碳氢燃料为动力源的微型动力系统体积较小、能量密度高等优点,具有重要的发展前景。自由活塞式发动机能量转换效率高、结构简单适合微型化,将hcci(Homogeneous charge compression ignition)燃烧应用于微型自由活塞发动机中,不仅可以解决由于燃烧室面容比大而导致的火焰淬熄问题,还可以解决hcci着火难控制的问题。在催化作用下能够有效降低燃烧反应所需的活化能,拓宽着火界限,因此开展对微型自由活塞动力装置在催化条件下燃烧过程的研究具有重要的意义。本文对催化燃烧条件下的微型自由活塞动力装置采用可视化实验和数值模拟两种手段进行了理论和实验研究。对具有催化作用的微型自由活塞动力实验装置各部分,包括可视化燃烧室、预混燃气系统、气动动力装置、数据采集系统进行了设计,采用较低自燃温度的二甲醚作为实验燃料,在此基础上开展了微型动力装置燃烧过程的可视化实验,获得了三种典型的着火形式,并对在微型燃烧室底部添加了Pt/C催化剂的燃烧过程开展了可视化实验研究。实验表明催化可以使着火过程提前,压缩比减小,使微型动力装置燃烧过程更加稳定和可靠的运行。根据微型动力装置的动力学特性建立了燃烧过程的数学模型,选取了合适的湍流模型,本文选取Pt/C作为催化剂,分析表面燃烧反应的直接氧化机理,同时,在模拟计算中对网格无关性进行了分析,对模拟建立的模型进行了验证。利用所建立的模型对具有催化作用的微型动力装置的燃烧过程进行了数值模拟研究。针对储量丰富,热值高,但着火点较高的甲烷采用催化燃烧的方式开展模拟研究。通过改变不同初始变量:变压缩比、变初始温度、变初始压力、变当量比等情况下,分析了催化条件下微型装置中压燃过程中燃烧特性和自由活塞运动特性的变化规律和影响因素;其次本文考虑微型燃烧室的泄漏因素对催化燃烧过程的影响,建立泄漏子模型对催化条件下的燃烧过程进行模拟,结果表明泄漏会降低峰值压力与峰值温度,降低了微型动力装置的做功能力。

关键词：微型动力装置 hcci燃烧自由活塞催化作用

微型hcci自由活塞发动机稳定燃烧界限拓展研究

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微型HCCI自由活塞发动机稳定燃烧界限拓展研究

作者：禹莉莉江苏大学

学位级别：硕士

由于微小型装置及系统在各领域内的不断涌现,基于碳氢燃料的微动力系统逐渐成为国内外科研机构及学者的重点研究对象。微型hcci自由活塞动力装置体积和重量都很小,所用燃料能量密度高,并且可以长时间持续供应能量,但受燃烧室微小尺度的... 详细信息

由于微小型装置及系统在各领域内的不断涌现,基于碳氢燃料的微动力系统逐渐成为国内外科研机构及学者的重点研究对象。微型hcci自由活塞动力装置体积和重量都很小,所用燃料能量密度高,并且可以长时间持续供应能量,但受燃烧室微小尺度的影响,面容比骤增导致散热损失严重,难以在宽泛的初始工况下获得持续稳定的燃烧。为解决此问题,本文采用可视化试验与Fluent数值计算两种方式,从预热、碳氢燃料中掺混氢气、高温EGR以及催化作用四种技术方案入手,探索了拓展微型hcci自由活塞发动机稳定燃烧界限的有效方法。以优化hcci燃烧及拓展其稳定燃烧界限为目的,本文搭建了带有水浴加热系统的微自由活塞发动机燃烧可视化试验台架,使用高速数码相机拍摄混合气压缩燃烧过程,并在燃烧室底部连接高频压力及温度传感器获取燃烧过程中均质混合燃料的压力和温度变化趋势。在此试验台基础上,获得了三种典型工况下的压缩燃烧过程图像,并试验证实了燃烧过程预热可有效拓展微动力装置稳定燃烧界限,但预热温度过高会降低微动力装置动力输出性能。此外,本文还建立了用于微燃烧室内hcci燃烧的稳定界限拓展的动网格模型,并耦合了活塞往复运动规律和碳氢燃料化学反应过程,在验证了模型正确性和网格无关性之后,使用Fluent软件分别研究了燃烧室预热、甲烷燃料中添加氢气、高温EGR以及使用Pt催化剂等方案对微燃烧室内混合燃料稳定燃烧界限的具体影响。研究结果显示,以上四种技术方案均可显著降低微燃烧室内hcci燃烧的临界压燃初动能,使原来不能着火的工况发生着火,将着火时刻提前,但这几种方案会不同程度的降低微动力装置做功能力。因此,在使用具体方案时应具体分析,选用恰当的预热温度、掺氢比、EGR率以及催化剂种类和催化剂覆盖区域等条件,既要达到有效拓展微燃烧室内混合气稳定燃烧界限的目的,又要保证微动力装置的动力输出性能。本文研究方案为优化微动力装置hcci燃烧过程提供了一定的理论依据,为微小型便携装置的研制开发奠定了基础。

关键词：微动力装置 hcci燃烧稳定燃烧界限预热掺氢高温EGR