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双燃料喷射器油-气瞬时质量流率同场测量方法

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内燃机学报 2024年第1期42卷 61-69页

作者：周谈庆杨晰宇王晓艳魏代君董全哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 潍柴动力股份有限公司山东潍坊261041

提出一种组合式的测量方法,将其应用于缸内高压直喷柴油/天然气发动机双燃料喷射器瞬态燃料质量流率的研究,实现了两相燃料同场高精度测试.针对传统“动量法”只能获取喷气规律型线无法获取准确质量流率的问题,提出一种平行测试的方法,... 详细信息

提出一种组合式的测量方法,将其应用于缸内高压直喷柴油/天然气发动机双燃料喷射器瞬态燃料质量流率的研究,实现了两相燃料同场高精度测试.针对传统“动量法”只能获取喷气规律型线无法获取准确质量流率的问题,提出一种平行测试的方法,通过采集测试容腔内的压力变化获取循环喷气量,结合瞬态动量信号得到精确的喷气规律曲线.并对喷射器的计量特征及时间特征进行验证.最后对柴油/天然气双燃料喷射器常用工况进行测试,结果表明:该方法解决了两相燃料难以同场测量的问题,实现了双燃料喷射器油-气瞬时质量流率的精确测量;喷气量测试误差不超过5%,喷油及喷气起始时刻与结束时刻的测试误差不超过0.113 ms,喷油量及喷气量的波动率分别不超过1.4%和2.9%.随着燃料喷射压力增加,喷射器的开启时段减小、关闭时段增加,且内部轴针开启和关闭的速度均大于外部轴针.引燃油的喷射通过影响喷气持续期影响喷气量,先油后气喷射方式下的喷气量在仅喷气方式下的喷气量上、下波动.

关键词：双燃料缸内直喷质量流率同场测量

高涡流比对低速双燃料船舶发动机天然气/空气混合及燃烧性能的影响

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内燃机工程 2024年第3期45卷 30-38,49页

作者：李大保刘世海刘龙中船动力(集团)有限公司上海201208 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

以X92DF超大缸径低速二冲程双燃料船用发动机为研究对象,基于三维数值计算分析了天然气和空气混合过程及燃烧特性,并研究了扫气和燃烧过程中缸内涡流强度对混合质量和火焰传播的影响。结果表明:由于上止点前缸内天然气和空气的混合气浓... 详细信息

以X92DF超大缸径低速二冲程双燃料船用发动机为研究对象,基于三维数值计算分析了天然气和空气混合过程及燃烧特性,并研究了扫气和燃烧过程中缸内涡流强度对混合质量和火焰传播的影响。结果表明:由于上止点前缸内天然气和空气的混合气浓度分布不均,造成局部高浓度区域出现燃烧异常现象,导致缸内压力振荡幅度增大。通过分析不同涡流强度对缸内天然气/空气的混合质量的影响可以得出,随着扫气过程中涡流强度的增大,上止点前缸内天然气高浓度区域面积明显减小,表明天然气和空气的混合质量得到明显提高。同时,随着缸内涡流比的增加,加快了预燃室射流火焰在主燃烧室内的传播速度和缸内天然气的燃烧速度。进一步研究得出缸内混合质量的提高可以有效地避免局部异常燃烧现象和降低压力振荡。最后,提出一种改善缸内混合质量和减小压力振荡的策略,为液态天然气在船机上的普及提供了一定了理论基础。

关键词：大缸径船舶发动机双燃料涡流比天然气/空气混合压力振荡

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天然气同轴分级低排放燃烧室点火特性研究

工程热物理学报 2024年第4期45卷 1197-1204页

作者：丁文豪冉军辉刘世铮项鹏刘潇哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001 中国船舶集团有限公司第七〇三研究所哈尔滨150078

针对某型同轴分级燃烧室点火工况下不同因素的点火特性问题,采用数值模拟的方法,研究点火工况下不同的点火位置、热射流速度、热射流持续时间等因素对点火性能的影响,确定点火工况下最佳点火方案并模拟点火过程。研究发现:点火位置靠近... 详细信息

针对某型同轴分级燃烧室点火工况下不同因素的点火特性问题,采用数值模拟的方法,研究点火工况下不同的点火位置、热射流速度、热射流持续时间等因素对点火性能的影响,确定点火工况下最佳点火方案并模拟点火过程。研究发现:点火位置靠近燃烧室出口时拥有较好的点火性能,但火核发展速度较慢。热射流火焰速度越高,受流场轴向速度的影响越小点火性能越好。热射流持续时间的增长使得壁面生成的火核体积增大,点火成功率增高。

关键词：燃气轮机低排放燃烧室点火特性大涡模拟

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压气机静叶失速与局部缝隙控制

航空动力学报 2024年第3期39卷 194-204页

作者：赵文峰姜斌段昱郑群中国兵器工业集团有限公司航空弹药研究院有限公司哈尔滨150030 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

通过对某8级压气机进行数值计算得到了在设计转速下船舶压气机的流场特点与失稳机理。同时以此8级压气机中的前1.5级被作为研究对象探究压气机静叶轮毂静叶局部缝隙对角区失速的影响。结果表明,在设计转速下近失速点流动的不稳定性主要... 详细信息

通过对某8级压气机进行数值计算得到了在设计转速下船舶压气机的流场特点与失稳机理。同时以此8级压气机中的前1.5级被作为研究对象探究压气机静叶轮毂静叶局部缝隙对角区失速的影响。结果表明,在设计转速下近失速点流动的不稳定性主要发生在静叶角区,主要原因是静叶角区失速。角区出现闭式分离泡并堵塞流场。1.5级压气机的计算结果表明,设计转速下压气机的失稳原因与8级压气机相同。通过在不同位置设置静叶局部缝隙可以发现,静叶局部缝隙能够有效的拓宽压气机裕度。其中在中间位置的缝隙扩稳效果最好,可以将裕度从22.1%提升为27.2%,最大效率从93.9%下降到93.21%。其他位置间隙所产生泄漏流动量不足,无法完全消除角区失速涡。最佳静叶局部缝隙的位置是在近失速点角区失速涡的涡核处,此时能保证间隙泄漏流动量最大。

关键词：静叶失速局部缝隙失速点裕度泄漏

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叶片破损对压气机性能的影响

哈尔滨工程大学学报 2024年第4期45卷 722-729页

作者：王忠义赵佳张晶王萌哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 中船黄埔文冲船舶有限公司广东广州510715

为了研究叶片破损对压气机内部流场的影响机理,本文针对带有破损的跨音速压气机叶片进行气动性能变化规律和机理研究。通过NASA rotor 37实验结果验证了计算方法的准确性,利用数值仿真研究了叶片破损对压气性能的影响规律,并对2种典型... 详细信息

为了研究叶片破损对压气机内部流场的影响机理,本文针对带有破损的跨音速压气机叶片进行气动性能变化规律和机理研究。通过NASA rotor 37实验结果验证了计算方法的准确性,利用数值仿真研究了叶片破损对压气性能的影响规律,并对2种典型工况下叶片破损前后的流场结构进行对比分析,探讨引起性能变化的具体原因。研究表明:叶片破损会导致压气机的压比降低0.6631%、绝热效率降低0.7877%,且压气机的稳定裕度降低更为明显。叶尖破损主要对叶顶流场结构产生影响,使叶顶区域泄漏流增强,当其与激波相互作用时,通道内产生了流动堵塞和流动损失。本文研究成果可为实际服役中的航空发动机特性评定提供理论参考。

关键词：跨音速压气机叶片破损数值模拟气动性能压比效率稳定裕度叶顶泄漏流

适用于天然气发动机高EGR率的引射器仿真研究

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西南交通大学学报 2024年第2期59卷 467-476页

作者：王晓艳康天钦王培伦贾德民徐煜赵建辉潍柴动力股份有限公司内燃机可靠性国家重点实验室山东潍坊261001 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对发动机抑制爆震的难题,提出采用无功耗的引射器实现天然气发动机高废气再循环(EGR)率的技术方案.首先,完成设计工况下的引射器结构参数设计计算;然后,建立引射器仿真模型,并根据实验数据开展引射器计算模型的校核与验证;其次,对引... 详细信息

针对发动机抑制爆震的难题,提出采用无功耗的引射器实现天然气发动机高废气再循环(EGR)率的技术方案.首先,完成设计工况下的引射器结构参数设计计算;然后,建立引射器仿真模型,并根据实验数据开展引射器计算模型的校核与验证;其次,对引射器引射性能随结构参数的改变进行分析,获取各结构参数对引射性能的影响规律;最后,提出了一种新的结构参数敏感性评价指标,研究了结构参数对引射性能的影响程度.研究结果表明:随着混合段长度和扩压段长度的增加,引射系数(μ)会随之增大;混合段直径(d_(3))、扩压段角度(θ_(s))和喷嘴出口至混合段距离(L_(NXP))的增加会导致μ先增加后减小,μ的最大值分别出现在d_(3)=46.1 mm、θ_(s)=4°和L_(NXP)=57.33 mm处;对μ影响最大的结构参数为d_(3),对应的敏感性指标为0.88,而L_(NXP)对μ的影响程度最小,敏感性指标为0.05.

关键词：引射系数敏感性分析引射器废气再循环天然气发动机

塔式分级低排放燃烧室头部旋流数对燃烧性能的影响

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哈尔滨工程大学学报 2024年第9期45卷 1717-1724页

作者：武萍冉军辉刘世铮许博文谭磊刘潇中国船舶集团有限公司第七〇三研究所黑龙江哈尔滨150078 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

主燃级旋流器的旋流数对燃烧室内流场组织与燃烧特性有重要的影响,为了研究其对流场与燃烧性能的影响规律,本文采取数值模拟方法在不同主燃级旋流数下对燃烧室流场结构和燃烧性能的影响进行了对比。研究表明:对于主燃一级旋流器,旋流数... 详细信息

主燃级旋流器的旋流数对燃烧室内流场组织与燃烧特性有重要的影响,为了研究其对流场与燃烧性能的影响规律,本文采取数值模拟方法在不同主燃级旋流数下对燃烧室流场结构和燃烧性能的影响进行了对比。研究表明:对于主燃一级旋流器,旋流数取在0.65~0.75回流区内湍流强度较为稳定,燃烧效率较高,压力损失也不是很大,NOx以及CO排放也较低分别有最低值45.4×10^(-6)、33.8×10^(-6);对于主燃二级旋流器,旋流数取为0.9时,有较好的温度场,燃烧效率达到99.6%以上,排放不高,NOx及CO排放都是最低值分别为45.5×10^(-6)、36.2×10^(-6)。

关键词：场塔式旋流器旋流数数值模拟燃烧性能低排放燃料分级燃烧效率燃烧流

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正癸烷/空气旋转爆轰波形成与传播数值模拟

哈尔滨工程大学学报 2024年第4期45卷 730-738页

作者：邵晓峰赵宁波刘世铮孟庆洋李雅军郑洪涛哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国船舶集团有限公司第七〇三研究所黑龙江哈尔滨150078

针对气液两相旋转爆轰波形成与传播问题,本文以液态正癸烷为燃料,采用欧拉-拉格朗日方法,通过三维数值模拟给出了两相旋转爆轰波的形成演变特点和自持传播机理。研究结果表明:在起爆阶段,通过调控初始燃料分布能够获得强度不同的爆轰波... 详细信息

针对气液两相旋转爆轰波形成与传播问题,本文以液态正癸烷为燃料,采用欧拉-拉格朗日方法,通过三维数值模拟给出了两相旋转爆轰波的形成演变特点和自持传播机理。研究结果表明:在起爆阶段,通过调控初始燃料分布能够获得强度不同的爆轰波和压力波;在对撞阶段,爆轰波与压力波共发生4次对撞,由于缺乏燃料供给,压力波逐渐衰减并消失,爆轰波以单波模态传播;在稳定传播阶段,未燃燃料在三叉点处聚集形成未反应气流区并诱导产生局部爆炸。未反应气流区的周期性出现和局部爆炸是两相爆轰波自持传播的重要影响因素。

关键词：正癸烷气液两相非预混旋转爆轰掺混流场特性自持传播未反应气流区

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修正磁化模型的多组分铁磁性颗粒运动研究

力学学报 2024年第3期56卷 740-750页

作者：陈巨辉安然舒崚峰李丹刘晓刚毛颖陈纪元高浩铭吕文生孟凡奇哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州311122 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司哈尔滨150066

铁磁性颗粒因具有铁磁性被广泛应用于化工环保、生化工程和能源等各个领域,磁场具有的穿透性质,对于采用铁磁性颗粒的系统,可通过改变磁场控制系统内颗粒的运动状态.文章基于传统的磁化模型,采用相对参考系转换方法,提出了适用范围更广... 详细信息

铁磁性颗粒因具有铁磁性被广泛应用于化工环保、生化工程和能源等各个领域,磁场具有的穿透性质,对于采用铁磁性颗粒的系统,可通过改变磁场控制系统内颗粒的运动状态.文章基于传统的磁化模型,采用相对参考系转换方法,提出了适用范围更广的修正P-E磁化模型,可以计算铁磁性颗粒在任意方向磁场作用下所受磁化力.通过有限体积法(FVM)与离散单元法(DEM)耦合进行数值模拟,验证了修正P-E磁化模型的精确性,并模拟多组分颗粒在磁场中的运动,对比了铁磁性颗粒与惰性颗粒在不同配比及不同磁场条件下的运动特性,对颗粒分布、颗粒速度矢量和颗粒总能量变化3个方面进行分析.结果表明:在多组分颗粒系统中,铁磁性颗粒依旧保持成链特性,但成链速度与长度降低;随着铁磁性颗粒占比提高,铁磁性颗粒初始能量增大,聚链数量与成链长度将有所增加,约束惰性颗粒能力增强;此外,施加水平与竖直方向磁场时,多组分颗粒系统达到稳定速度最快,可以通过增大铁磁性颗粒占比有效提升稳定速度,使系统更快趋于稳定;而施加含有倾角的磁场时,随着铁磁性颗粒占比升高,铁磁性颗粒达到稳定状态需要的时间逐渐降低,较难通过改变铁磁性颗粒占比缩短稳定所需时间.

关键词：多组分颗粒铁磁性颗粒 FVM-DEM 修正P-E磁化模型聚链