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柴油机气缸套空化现象与空蚀机理分析

排灌机械工程学报 2024年第1期42卷 49-56,78页

作者：韩峰刘泉李宇寒李晨阳林杰威内燃机可靠性国家重点实验室山东潍坊261061 潍柴动力股份有限公司山东潍坊261061 天津大学先进内燃动力全国重点实验室天津300350

针对柴油机气缸套在工作过程中因冷却液的空化发生空蚀现象,文中在对单缸冷却水套进行空化流动数值模拟的基础上,结合近壁面多空泡溃灭过程的仿真,从宏观和介观上研究了柴油机气缸套的空化现象和空蚀机理.首先,基于单缸冷却水套的模拟发... 详细信息

针对柴油机气缸套在工作过程中因冷却液的空化发生空蚀现象,文中在对单缸冷却水套进行空化流动数值模拟的基础上,结合近壁面多空泡溃灭过程的仿真,从宏观和介观上研究了柴油机气缸套的空化现象和空蚀机理.首先,基于单缸冷却水套的模拟发现,缸套壁面的振动导致冷却液发生空化现象,生成大量空化气泡.然后,模拟了近壁面空泡的溃灭过程,并分析了空泡间距、空泡数量等因素对多空泡溃灭的影响.结果表明:空泡间距越小,溃灭时间越长,当泡心间距从0.050 mm减小至0.025 mm时,近壁面空泡的溃灭压力增大49.82%,产生的微射流速度增大10.56%;增加空泡数量,溃灭压力呈先增后减的趋势,当空泡数量由2个增至10个,微射流的速度增大44.93%.研究表明,空泡溃灭产生的微射流具有较高的水锤压力,该压力作用于缸套壁面,造成腐蚀破坏,是缸套发生空蚀的根本原因.

关键词：柴油机气缸套空化空蚀空泡

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

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连杆轴承润滑空化过程动态仿真与抑制

内燃机学报 2024年第1期42卷 87-95页

作者：尹晓青杨康博徐菁菁李渴忻杜祥宁黄钰期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261061 浙江大学动力机械及车辆工程研究所浙江杭州310027

以某重型柴油机的连杆轴承为研究对象,引入运动边界和动网格smoothing网格光顺方法来探究不同入口条件对油膜空化现象的影响,研究了用于抑制轴承润滑空化现象的轴瓦开槽方法,对比开槽数量、深度及开槽形式对抑制油膜空化现象的影响.研... 详细信息

以某重型柴油机的连杆轴承为研究对象,引入运动边界和动网格smoothing网格光顺方法来探究不同入口条件对油膜空化现象的影响,研究了用于抑制轴承润滑空化现象的轴瓦开槽方法,对比开槽数量、深度及开槽形式对抑制油膜空化现象的影响.研究发现,润滑空化的范围和程度是一个动态变化的过程,引起空蚀的并非在空化形成阶段,而在空化溃灭的过程中.因而如果空化现象频繁发生和溃灭,相比持续存在的稳定空化状态,将更易破坏轴瓦表面,引发明显空蚀现象.由于重型柴油机的连杆轴承润滑油来自于主轴承,连杆轴承润滑油入口压力存在显著波动,导致空化程度波动剧烈,进一步恶化空蚀现象,这也解释了重型柴油机连杆轴承穴蚀损伤往往更甚于主轴承.通过轴瓦开槽可以有效缓解空化,从而达到抑制空蚀的效果;增加开槽数目和深度都可以强化抑制效果,但提升的程度有限.相比全槽模型,半槽模型可以强化油膜的轴向流动,对空化的抑制效果更好,可将油膜的气相体积分数最高值从0.94(未开槽)降至0.39.考虑到轴瓦的厚度与强度需求,选择适当槽深的半环单槽即可有效地抑制轴承运动过程中油膜的空化现象.

关键词：柴油机连杆轴承空化现象油槽

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高压燃油系统油管接头密封性能研究

船舶工程 2024年第5期46卷 77-83页

作者：贾小丽云峰李丽萍董伟杰范立云内燃机与动力系统全国重点实验室山东潍坊261061 潍柴动力股份有限公司山东潍坊261061 哈尔滨工程大学能源与动力工程学院哈尔滨150001

为了研究燃油系统油管接头密封性能的影响因素,以某柴油机高压油管接头为研究对象,借助Hypermesh及ANSYS软件建立高压油管接头密封的有限元模型。根据赫兹接触理论及vonMises应力计算,探究不同预紧力、不同轨压作用下高压油管接头密封... 详细信息

为了研究燃油系统油管接头密封性能的影响因素,以某柴油机高压油管接头为研究对象,借助Hypermesh及ANSYS软件建立高压油管接头密封的有限元模型。根据赫兹接触理论及vonMises应力计算,探究不同预紧力、不同轨压作用下高压油管接头密封带宽度及最大等效塑性应变的变化规律。结果表明:密封带宽度、最大等效塑性应变与预紧力呈正相关,且最大等效塑性应变与预紧力变化呈三次方关系;密封带宽度与轨压呈负相关,而轨压对等效塑性应变影响不显著,该研究结果可为高压油管接头的安装设计及管接头预紧力的选择提供理论支撑。

关键词：高压燃油系统油管接头密封带宽度等效塑性应变预紧力

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某航改燃机氢燃料燃烧室污染排放特性研究

推进技术 2024年第3期45卷 194-206页

作者：巨翃宇梁红侠索建秦孙付军西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129

为了对氢燃料燃烧室的低污染燃烧组织方案提供技术支撑,根据某航改燃机燃烧室的工况及结构参数,设计了三种氢燃料喷射单元(贫油直接喷射(LDI)单元以及两种贫油预混喷射(LPIA和LPIB)单元),通过数值计算方法研究了其流场特性,燃料-空气混... 详细信息

为了对氢燃料燃烧室的低污染燃烧组织方案提供技术支撑,根据某航改燃机燃烧室的工况及结构参数,设计了三种氢燃料喷射单元(贫油直接喷射(LDI)单元以及两种贫油预混喷射(LPIA和LPIB)单元),通过数值计算方法研究了其流场特性,燃料-空气混合特性及污染排放特性,然后采用粒子群优化算法(PSO)建立了三种单元的NO_(x)排放回归模型。研究表明:氢气喷射方式对流场结构影响较大。LDI单元的中心回流区(CRZ)脱离喷嘴一段距离,LPIA单元的CRZ径向尺寸最大,LPIB单元的下游流场轴向速度最快;LPIA单元燃烧室内燃料-空气混合相对于其它两个单元更加均匀;在设计工况下,LDI单元的NOx排放量不能满足目前新建燃机的排放标准(@15%O_(2),≤30 mg/m^(3)),而LPI单元的NOx排放能够达标,且LPIA相对于LDI单元可降低81.6%;所建立三个单元NO_(x)排放回归模型考虑了燃烧室进口压力、温度、当量比及气流速度的影响,其决定系数R2分别为0.972,0.969和0.953。本文所采用的单元及其性能数据和建模方法可以为氢燃料燃烧室设计提供有效参考。

关键词：燃气轮机氢燃料低污染燃烧室喷射单元排放特性

预喷耦合EGR对重型柴油机燃烧和排放的影响

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内燃机学报 2024年第5期42卷 394-402页

作者：陈雨凤鹿盈盈张道陈裴毅强南京工业大学机械与动力工程学院江苏南京211816 天津大学先进内燃动力全国重点实验室天津300350

数值研究了预喷和预喷耦合废气再循环(EGR)对重型柴油机大负荷工况下燃烧和排放的影响.通过优化预喷参数和耦合的EGR率,提高了指示热效率,并降低了NO_(x)排放.结果表明:在柴油机大负荷工况下,与单次喷射相比,仅使用预喷方案可使指示热... 详细信息

数值研究了预喷和预喷耦合废气再循环(EGR)对重型柴油机大负荷工况下燃烧和排放的影响.通过优化预喷参数和耦合的EGR率,提高了指示热效率,并降低了NO_(x)排放.结果表明:在柴油机大负荷工况下,与单次喷射相比,仅使用预喷方案可使指示热效率提升,碳烟排放下降,但会导致NO_(x)排放恶化.将预喷方案和EGR策略耦合,采用预喷比例为20%配合EGR率为10%~20%,可以保证良好的燃烧相位,在提高指示热效率的同时,降低缸内局部高温和NO_(x)排放.最终选取预喷(预喷比例为20%+预-主喷间隔为8°CA)并耦合EGR策略(EGR率为20%)作为最优方案.该方案使NO_(x)排放较原机下降57.4%,指示热效率提高2.28%.

关键词：重型柴油机预喷方案废气再循环指示热效率

柴油/天然气/氢气三燃料化学动力学机理的构建

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石油学报（石油加工） 2024年第1期40卷 163-174页

作者：张韦毛仕迪陈朝辉李泽宏庞晨晨张翔宇昆明理工大学交通工程学院云南省内燃机重点实验室云南昆明650500 潍柴动力股份有限公司山东潍坊261069

为探究柴油、天然气、氢气3种燃料在发动机缸内的燃烧过程,构建了含120种组分、612步基元反应的柴油/天然气/氢气(DNH)三燃料机理。对DNH机理进行点火延迟敏感性分析、反应路径分析,调整关键反应指前因子,利用Chemkin验证DNH机理的点火... 详细信息

为探究柴油、天然气、氢气3种燃料在发动机缸内的燃烧过程,构建了含120种组分、612步基元反应的柴油/天然气/氢气(DNH)三燃料机理。对DNH机理进行点火延迟敏感性分析、反应路径分析,调整关键反应指前因子,利用Chemkin验证DNH机理的点火延迟期和层流火焰速度,同时通过计算流体动力学耦合DNH动力学反应机理的方法,对发动机缸内纯柴油、柴油/天然气、柴油/天然气/氢气3种燃烧模式进行验证。结果表明:基于高碳数多组分柴油模型构建的DNH机理,其预测结果与点火延迟期、层流火焰速度试验数据均能良好吻合;计算流体动力学耦合DNH机理的计算结果与实验测量得到的发动机缸内压力和放热率变化一致,DNH机理适用于预测柴油/天然气/氢气三燃料发动机的缸内燃烧过程。

关键词：柴油天然气氢气发动机化学动力学燃烧模式层流火焰

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基于极值搜索的柴油机空气系统模型预测控制

内燃机学报 2024年第5期42卷 439-446页

作者：刘兴义王标吕宪勇宋康江楠谢辉天津大学先进内燃动力全国重点实验室天津300350 潍柴动力股份有限公司山东潍坊261000

针对配备可变截面涡轮增压器(VGT)、高压废气再循环(EGR)和进气节流阀(TVA)的柴油机进气歧管压力、涡前压力和EGR率多目标跟踪控制问题,提出一种权重系数自学习的扩张状态模型预测控制(MPC)算法.首先,基于柴油机的简化运行机理,提出了... 详细信息

针对配备可变截面涡轮增压器(VGT)、高压废气再循环(EGR)和进气节流阀(TVA)的柴油机进气歧管压力、涡前压力和EGR率多目标跟踪控制问题,提出一种权重系数自学习的扩张状态模型预测控制(MPC)算法.首先,基于柴油机的简化运行机理,提出了三入三出线性变参数预测模型;其次,为补偿因模型与发动机之间偏差造成MPC性能劣化问题,将其等效为3个控制通道的总扰动,并采用扩张状态观测器(ESO)进行快速在线观测和补偿;最后,引入极值搜索算法,对MPC权重系数进行缓慢优化整定,仿真结果表明:在1800 r/min油门开度以最大开度10%的步长向上和向下连续阶跃工况下,对比涡前压力控制,瞬态上升时间相同时本算法超调量比较参数全局优化的比例-积分-微分控制(PID)算法降低30.7%.台架试验中,世界统一瞬态循环(WHTC)动态驾驶循环中进气歧管压力和EGR率跟踪误差IAE(绝对误差积分)值比较传统PID算法分别降低28.3%、17.5%.

关键词：柴油机空气系统模型预测控制极值搜索

基于响应面法的结构参数对引射器引射系数影响的仿真研究

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西南交通大学学报 2024年第5期59卷 1167-1175页

作者：贾德民王晓艳王培伦于彬彬徐煜陈修旻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

为分析引射器引射系数的显著影响因素,建立以空气为介质的引射器二维可压缩流动数值模型,基于实验数据完成了引射器模型计算准确性的校核验证.采用D最优实验设计方法设计计算矩阵,基于最小二乘法构建二阶形式的引射系数响应面预测模型,... 详细信息

为分析引射器引射系数的显著影响因素,建立以空气为介质的引射器二维可压缩流动数值模型,基于实验数据完成了引射器模型计算准确性的校核验证.采用D最优实验设计方法设计计算矩阵,基于最小二乘法构建二阶形式的引射系数响应面预测模型,并基于响应面预测模型开展了引射系数显著参数及参数交互作用的仿真分析.研究结果表明:引射系数预测值和计算值的吻合性证明了响应面预测模型的准确性;扩压段长度、混合段长度、混合段直径和喷嘴出口到混合段入口距离的交互、混合段直径和混合段长度的交互、混合段长度和扩压段扩散角的交互是引射器引射系数的关键影响因素,因其对引射系数影响的P值小于0.001;扩压段扩散角、喷嘴出口到混合段距离和扩压段长度的交互、混合段长度和喷嘴出口到混合段距离的交互对引射系数具有重要的影响,是引射系数影响的主要参数;在参数显著交互作用中,影响引射系数的显著因素是变化的,取决于显著交互作用双参数的取值范围.

关键词：引射系数参数敏感性分析引射器响应面模型