内燃动力碳中和与排放控制2023学术年会
基本信息
2023-07-17
2023-07-20
中国内燃机学会
后处理技术分会等
会议论文集/摘要集
1. 微乳化甲醇柴油液滴蒸发微爆特性试验研究
摘要： 微乳化甲醇柴油微爆能够促进燃油雾化改善油气混合状态，然而微乳化甲醇柴油的蒸发微爆机理有待深入探究。采用超声乳化法制备了微乳化甲醇柴油，研究了甲醇含量与乳化剂比例对微乳化甲醇柴油稳定性和分散相品质的影响规律，获得了最佳甲醇与乳化剂含量比为2：1。在挂滴式液滴蒸发试验装置上，研究了液滴初始体积与甲醇含量对乳化液蒸发特性和微爆特性的影响规律。结果表明，液滴初始体积增大促使液滴寿命线性增加，其增长率为2.13 s/μl，但基本不影响各阶段蒸发时间占比和液滴蒸发速率。甲醇含量增大促使液滴寿命线性减小，其减小率为2.14 s/μl，同时导致膨胀时间和波动时间显著增加，膨胀时间可显著增加2.9 倍。甲醇含量增加，液滴蒸发速度加快，每增加1%甲醇含量，蒸发速率增加0.27 s-1。液滴初始体积与甲醇含量的增加均会导致膨胀比和微爆次数增加，甲醇含量是影响微爆发生和微爆强弱的关键，甲醇含量超过10%后，膨胀比呈指数级增加。
发布时间：2024-07-06
2. 潜热利用式复合有机朗肯循环余热回收系统构建及优化-partB
摘要： 在partA 研究基础上进一步探究工作参数变化对系统性能的影响，研究得出较高的高温循环蒸发压力和较低的高温循环冷凝压力可以提高系统余热回收效率；低温工质与冷却液的换热器、低温循环冷凝器、集成式蒸发/冷凝器和低温循环膨胀机的㶲损占比较高，可以作为优化的目标过程。在重型柴油机某工况下以系统净输出功率、系统㶲效率和㶲损为目标对象，按照对低温循环蒸发压力进行分段的加热策略，探究循环中关键工作参数的影响。结果表明，系统的输出功率、㶲效率和㶲损最佳可以达到25.57kW、49.42%和26.17kW；研究完成了工作参数对潜热利用式复合有机朗肯循环系统的影响规律分析，可以为系统运行提供指导。
发布时间：2024-07-06
3. 潜热利用式复合有机朗肯循环余热回收系统构建及优化-partA
摘要： 为充分利用柴油机余热、减少工质潜热损失，设计了一种由高温有机朗肯循环（HTORC）、低温有机朗肯循环（LTORC）两级循环组成的潜热利用式复合有机朗肯循环系统，用于回收柴油机的高温尾气、中温冷却液及高温循环的乏气潜热。其中，高温循环、低温循环通过一种集成式蒸发/冷凝器进行耦合，即利用低温侧工质对高温侧工质进行冷凝的同时实现低温侧工质能量品质提升和高温侧工质潜热再利用的功能。结果表明，相比于高温尾气和中温冷却液各自独立的余热回收系统，该潜热利用式复合系统利用高温循环冷凝器给低温循环进一步加热，提升低温循环工质的蒸发状态，能够更加充分发挥低温循环的做功潜力。
发布时间：2024-07-06
4. 航空煤油转子发动机缸内流动特性和燃烧特性研究
摘要： 转子发动机是一种具有潜力的无人机动力设备，RP-3航空煤油是我军燃料通用化研究的重点研究对象。为此，开展航空煤油转子机的研究具有十分重要的科学意义。本文以Z160风冷转子机为研究对象，基于流体动力学仿真平台，建立并验证了转子机仿真计算模型。研究了转子机分别燃用汽油和航空煤油时，缸内流场分布、火焰传播过程、缸内压力变化等燃烧特性以及污染物质量变化。研究结果表明：（1）由于转子发动机特殊的旋转运动方式和燃烧室结构，缸内充量的流动非常复杂。（2）由于航空煤油的雾化特性较差，火焰传播速度较慢，在燃用航空煤油时，转子机的缸内压力峰值、压力升高率峰值和燃烧放热率峰值均小于汽油工况，火焰发展期和快速燃烧期较长，CO排放较高，缸内温度及NO排放较低。
发布时间：2024-07-06
5. 多组分柴油/氨双燃料化学反应动力学简化机理研究
摘要： 针对柴油/氨化学反应动力学机理简化难题，提出了一种基于氨，正十烷，异辛烷，甲基环己烷和甲苯的多组分柴油/氨双燃料化学反应动力学机理简化方法，获得了包含90 个组分和400 个基元反应的机理模型。结合OH自由基敏感性分析法对机理模型进行了优化，并对比快速压缩机测量的滞燃期试验数据进行验证。结果表明：该化学反应动力学机理能够在较宽的范围内准确预测柴油/氨点火延迟期，可用于不同氨能量替代率、温度、压力和当量比条件下柴油/氨双燃料燃烧特性仿真，与现有详细机理模型进行对比发现，在相同运算条件下，不仅计算速率可以提升93.3%，而且预测精度更高。
发布时间：2024-07-06
6. 基于预燃室湍流射流点火氨燃料着火燃烧过程研究
摘要： 为探究预燃室湍流射流点火模式下氨燃料的着火燃烧特性，本研究应用CONVERGE 三维数值模拟软件，建立带有预燃室射湍流射流点火系统的定容燃烧弹三维数值模型，开展了预燃室喷射氢气射流点火模式下氨燃料着火燃烧过程的模拟研究。研究发现，在主燃烧室进气过程和点火后预燃室燃烧的影响下，主、预燃室之间的流动过程可分为四个阶段，预燃室内混合气着火后，压力迅速升高，火焰夹带着未燃混合气和燃烧产物形成由预燃室流向主燃烧室的高速射流；点火时刻，在主、预燃室之间气体流动与氢气喷束的共同作用下，预燃室内形成局部过浓区、均质混合气区和稀薄混合气区；整体着火燃烧过程分为三个阶段：冷态射流阶段、射流火焰点火阶段和主燃烧室快速燃烧阶段。
发布时间：2024-07-06
7. 预燃室喷油参数对重型柴油机燃烧和排放的影响
摘要： 数值模拟研究了预燃室式燃烧室中预燃室喷油定时和预燃室喷油角度对重型柴油机燃烧和排放的影响。结果表明：预燃室式燃烧室有提高指示热效率的潜力，部分预燃室方案能够同时降低NOx 和碳烟排放。优化后的方案表明，预燃室产生的持续湍动能扰动使得缸内未燃混合气重新分布，当量比为1 附近混合气增多，燃烧更加充分，同时降低了NOx 和碳烟排放。最终优化方案（预燃室喷油定时0℃A ATDC，预燃室喷油角度为54.5°）：NOx排放减少2.48%，碳烟排放减少21.07%。
发布时间：2024-07-06
8. 高压喷射乙二醇双燃料发动机的燃烧与排放特性研究
摘要： 为了提高发动机的动力性能以及降低污染物排放水平，在一台直列4 缸涡轮增压共轨柴油机上，研究不同高压喷射乙二醇（EGP5、EGP10、EGP20）在不同替代率（EG0、EG5、EG10、EG15）下对发动机燃烧与排放特性的影响。研究结果表明：在相同喷射压力（EGP）下，缸内峰值压力和峰值放热率随着乙二醇替代率的增加，呈先下降后上升的趋势；随着乙二醇喷射压力的增加，缸内平均温度也随之增加，滞燃期基本不变，燃烧持续期略微缩短，而且NOx 排放量随着替代率的增加而下降；在相同替代率下，随着EGP 的增加，缸内峰值压力略微下降，而有效热效率越大，且EGP20 的有效热效率平均比EG5 高出1.6%。总而言之，当乙二醇的喷射压力为20MPa时，发动机的燃烧与排放性能得到较好的平衡。
发布时间：2024-07-06
9. 体相微纳米尺度泡状流预混合燃料的喷雾特性研究
摘要： 针对发动机燃用石化燃料喷雾过程中在有限时间和空间内实现高质量油-气混合的要求，提出了基于液相空间制备预混的纳米尺度泡状流预混合燃料（目标燃料）的方法，研究了其喷雾特性并与常规柴油进行了对比。体相微纳米气泡的加入减小了喷雾贯穿距离，但对喷雾径向扩散具有促进作用，从而使燃料的喷雾锥角、最大喷雾宽度和喷雾面积均有所增加并随气泡浓度的增加增益效果进一步增强。当环境背压和喷射压力增大时，体相微纳米气泡带来的优化效果逐渐减弱，使得泡状流预混合燃料与常规柴油之间的喷雾差异减少，但微纳米气泡预混合燃料的喷雾雾化质量仍优于常规柴油。目标燃料有望在低喷射压力下实现更好的的雾化质量，对降低燃料喷射系统的成本和提高发动机热效率具有重要意义。因此，适用于技术成本更低的低喷油压力或低压缩比发动机。
发布时间：2024-07-06
10. 重型柴油机代表性瞬态循环的开发及排放特性研究
摘要： 针对因WHTC 工况难以准确的反映重型柴油机真实道路的运行情况，从而导致实验室的排放认证结果与实际行驶排放间出现显著差异的问题，提出了一种两步法的代表性瞬态循环开发流程，首先建立了重型柴油车实际驾驶循环HRDC，并据此开发了重型柴油机实际瞬态循环HRTC。试验结果表明，相较于WHTC，运行在HRTC的重型柴油机NOx，碳烟与PN 比排放分别增大了36.69%，4.57%和76.28%，WHTC 显著的低估了真实道路的排放程度；HRTC 瞬态碳烟排放相较稳态插值增加了155.74%，以怠速或倒拖工况为起始，扭矩增幅大于40%/s 的突加扭矩过程是造成瞬态碳烟排放恶化的主要场景。
发布时间：2024-07-06
11. 聚甲氧基二甲醚高温高压下喷雾燃烧特性光学诊断研究
摘要： 本文采用多种光学诊断方法，探究了聚甲氧基二甲醚PODE3 和PODE3-5 两种电力合成燃料在高温高压定容燃烧弹内的喷雾及燃烧特性. 此外，还应用正十二烷 (NC12)和混合燃料P50(50%PODE3、50%NC12，vol)作为参考燃料在相同的试验工况下也进行了测试. 试验过程中，采用高速纹影法获得了喷雾轮廓的演化过程和着火延迟期(ID)，应用OH*化学荧光法测定了火焰浮起长度(LOL). 此外，利用平面激光诱导荧光技术获得了甲醛和OH*的瞬态演化过程. 最后，利用扩散背景光消光法(DBI)获得液相长度(LL)和火焰中的碳烟生成特性. 结果表明：PODE3-5 因为其较高的比热容和蒸发潜热需要更高的空气卷吸焓，相比较其他燃油具有明显较长的LL； 由于相近的十六烷值，所有燃油的ID 在所测环境工况下比较相似；由于PODE 燃油含氧量较高，化学计量比靠近喷雾轴心，导致两种PODE 燃料的OH*分布相对于NC12 更趋近喷雾轴心；PODE 燃料低温工况下甲醛大量形成，在LOL 附近的火焰中心出现剧烈释热现象；PODE 燃料由于不含C-C 键和喷雾中心的OH 分布，实验工况下未检测到碳烟生成，P50 相比较NC12 可显著减小稳态火焰中的碳烟量.
发布时间：2024-07-06
12. 稀燃氛围下低碳醇汽油燃烧及爆震特性模拟研究
摘要： 基于半解耦思想构建了TRF/乙醇/正丁醇五组分简化机理，模拟研究了稀燃氛围下增压直喷汽油机燃用低碳醇汽油的燃烧过程及爆震特性。结果表明，稀燃有利于降低爆震强度，在稀燃氛围下掺混正丁醇增加了爆震趋势，温度场、自由基场、速度场等不同场分布均对爆震燃烧过程有所体现，但爆震强度变化与掺混比例密切相关，不同掺混比下正丁醇的物理化学作用所占据的地位不同。此外，稀燃与掺混正丁醇均有利于提升热效率，加快火焰传播速度，在15%掺混比下爆震时刻最早但爆震强度较为温和，应在此基础上利用不同策略优化其燃烧过程以进一步提升热效率。
发布时间：2024-07-06
13. 氨与乙醇高温自着火特性试验与动力学分析
摘要： 在当量比为0.5、1.0 和2.0、压力为0.14 和1.0 MPa、温度为1250~1980 K 条件下，利用激波管试验平台测量了氨/乙醇混合气的着火延迟期(IDT)，其中乙醇占总燃料的摩尔分数分别为：0、5%、10%和30%。提出了一个新的氨/乙醇模型(NH3-E)，验证了该模型能够可靠预测试验结果，并利用该模型进行了化学反应动力学分析。研究发现，乙醇对氨的着火延迟期起到显著的非线性促进作用，掺混比为5%(摩尔分数)的乙醇可以使氨/乙醇混合气的着火延迟期缩短65%以上；乙醇早期的消耗迅速产生大量活性自由基是促进氨燃烧的关键因素；随着乙醇的掺混比增加，乙醇被脱氢反应消耗的贡献率增大；添加更大比例(30%)的乙醇，CH3 在自由基池中浓度增加与NH2 发生反应将产生剧毒物种氰化物。
发布时间：2024-07-06
14. 预燃室结构参数对汽油机稀薄燃烧的影响
摘要： 本文基于研究型热力学单缸机试验研究了预燃室射流点火汽油机超稀薄燃烧热效率的影响，探索了预燃室结构参数对发动机燃烧及排放的作用规律。研究中选取发动机常见最低油耗点工况2750 r/min，平均指示压力为1.05 MPa，通过调节进气量及循环喷油量改变过量空气系数，在试验所选工况及所选方案范围内的研究结果表明：预燃室结构参数对燃烧过程影响较为明显，采用射流锥角为120°、喷孔面积为6.8 mm2 的直孔的结构设计能够更为有效地提高缸内的燃烧速率，有利于抑制爆震，在超稀薄模式下燃烧稳定性较优，并有利于降低未燃碳氢（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）排放。
发布时间：2024-07-06
15. 分层喷孔对船舶柴油机燃烧排放的影响研究
摘要： 以分层喷孔为研究对象，建立了船舶柴油机模型，通过仿真计算，分析了传统多喷孔与分层喷孔燃烧特性和排放污染物生成的机理。结果表明，分层喷孔上排火焰传播速度相比于下排更快，可以加强预混燃烧，提高喷雾火焰对燃烧室容积的利用，改善火焰回流，并减少火焰撞壁。针对分层喷孔布置能有效减少富油聚集，使SOOT 后期的氧化更剧烈的特性，设计不同孔径配比分层喷孔方案，降低了燃烧持续期，提高了等容度。综合考虑方案的燃烧、排放情况，分层喷孔最优方案在传统多喷孔方案的基础上指示热效率提升1.77%，SOOT 排放降低43.06%，未燃HC 降低58.93%，且不提高NOx 排放。
发布时间：2024-07-06
16. 二元活性剂对氨高温自着火特性影响分析
摘要： 在全球碳中和的背景下，氨作为可再生无碳燃料受到广泛关注。文章利用激波管实验平台测量了氨、氨/氢、氨/氢/二甲醚三种燃料在当量比为1.0，压力为0.14 MPa、1.0 MPa 下的高温着火延迟期，并构建了适用于高温点火的氨/氢/二甲醚动力学模型。实验结果表明，氨/氢/二甲醚三元混合燃料相比于氨/氢二元混合燃料在相同条件下有着更短的着火延迟期，其在1.0 MPA 时，含5%H2+5%DME 活性剂的混合燃料相比与0.14 MPa 时的纯氨，IDT 缩短了近45 倍。动力学分析表明，该三元混合燃料有着更低的临界自燃温度，有利于在压燃式内燃机上的应用，DME 和H2 在早期氧化过程中产生了大量的活性自由基并活化了自由基池是其拥有更高反应性的关键。
发布时间：2024-07-06
17. 煤基合成柴油燃烧及排放特性的数值模拟研究
摘要： 基于一台压燃式发动机建立了数值模拟平台，对具有不同煤基合成柴油（coal-to-liquid，CTL）质量分数的柴油/CTL 混合燃料燃烧过程进行了三维数值模拟研究。结果表明，随着CTL 比例的增加，燃烧过程中低温反应阶段OH 质量上升的速度增加，导致低温反应进程加快，着火提前，滞燃期缩短。CTL 比例较高的燃料具有较低的预混燃烧比例、较慢的燃烧速度与较低的燃烧温度。CTL 对碳烟生成的影响机制主要体现在燃料组分和预混合燃烧比例方面。一方面，由于燃料组分中没有芳香烃，燃用CTL 时碳烟前驱物苯随时间的变化规律呈现出单峰特征，而不是燃用柴油时的双峰特征，芳香烃在碳烟生成过程中的作用被削弱，因此与柴油相比，CTL 显著地降低了碳烟排放。另一方面，CTL 比例较高的燃料更多地参与扩散燃烧，着火发生后缸内存在较多的局部过浓区，导致在CTL质量分数为60%情况下的碳烟排放高于质量分数为30%时的碳烟排放。此外，CTL 较低的燃烧温度有助于降低NOx排放。
发布时间：2024-07-06
18. 煤制乙醇在柴油机上的高效清洁利用研究
摘要： 为了有效降低传统燃用燃料在发动机上的排放，缓解能源短缺问题。在分析了煤制乙醇理化性质的基础上，设计优化了柴油机使用煤制乙醇时的部分参数选择，对发动机掺烧乙醇后的动力性能、经济性能以及废气排放等方面进行了研究。研究结果表明:柴油机上掺烧20%的煤制乙醇时，其动力性与排放性得到最佳改善，在掺烧25%的煤制乙醇时当量燃油消耗率下降最明显。
发布时间：2024-07-06
19. 废气再循环阀开度对柴油机排放特性的影响
摘要： 废气再循环（EGR）系统是降低柴油机NOx 排放的重要手段，但会对其他污染物排放带来不同程度的影响。本文基于发动机台架在一台高压共轨重型柴油机上进行EGR 与可变截面涡轮增压（VGT）稳态正交试验，探究了稳态工况下EGR 阀开度对柴油机NOx、CO、CO2 和碳烟等污染物的影响。研究结果表明，NOx 排放随EGR 阀开度升高呈下降的趋势，当EGR 阀开度超过50%时，NOx 排放降幅变缓。柴油机CO 排放随EGR 阀开度的升高呈上升趋势，这一趋势在高负荷工况下尤为明显；柴油机中低负荷工况下，EGR 对CO2 排放影响较小，高负荷工况下，CO2 排放随EGR 阀开度增大明显升高。排气烟度随EGR 阀开度增大呈上升趋势，EGR 阀开度超过50%时，这一趋势尤为明显。EGR 阀全开时的排气烟度较无EGR 时平均涨幅达到146.6%。
发布时间：2024-07-06
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