发动机缸内预混湍流燃烧点火过程稳定性研究
天然气发动机缸内湍流流动的CFD研究
２ ａ 压到 ０ ４ＭＰ ０ＭＰ 减 ． ａ后输 送 到进气 道 低压 喷气
统 采用 复合 供气 系统 和 分 隔 室式 燃 烧 室 结 构 ， 以实
现 混合 气在 燃烧 室 内 的浓 度分 层 和温度 分层 。
内燃 机 的燃 烧 过 程 是 一 个 集燃 烧 、 热 、 质 、 传 传 空 气运 动 以及化 学反 应 等众 多现象 为 一体 的复 杂过
郑清 平 ，张惠 明
（ ．天 津 工业 大 学 ，天 津 １ ３ ０ ６ ； ．天 津 大 学 内燃 机 燃 烧 学 国 家 重 点 实验 室 ，天 津 ０ １０ ２ ３０７） ０ ０ ２
摘要 ： 出了一种新的压燃式天 然气发动机 燃烧 系统 ， 用 Ｃ Ｄ软件对不 同燃烧 室几何 参数 下的缸 内湍流场 提 采 Ｆ
用 天然 气替 代 部分 燃 油 ， 可充 分 利 用 天 然 气 既
资源、 减少 环境 污染 、 降低 燃 料 成 本 ， 能 使 油 基 燃 又 料供 需 紧张 的局 面 得 以缓 解 ， 集 节 能 、 保 、 会 是 环 社 效 益及 经济 效益 为一体 的优选 方案 。由于压 缩着 火 方 式 的天然 气发 动机 在提 高 发动机 的热 效率 及 改善
中还装 有 电热 塞 辅 助加 热 装 置 。为保 证 可 靠 着 火 ，
在副燃 烧 室 的 内表 面 喷涂 了隔热 陶瓷 材料 。
为 克 服压 燃 式 天 然 气 发 动 机 着 火 燃 烧 中 的 问 题 ， 研究 提 出了一 种 新 的压 燃 式 天然 气 发动 机 燃 本
该 燃烧 系统 的复合供 气 系 统见 图 １ 。复合 供 气 系统 构成 了两个 气 路 ： 压 气 路 将 天 然 气气 源 压 力 高 由 ２ ａ减压 到 ６ＭＰ 后 输送 到安 装于 副燃 烧室 ０ＭＰ ａ 中的缸 内高压 喷气 阀处 ， 在 压 缩 行 程后 期 向气 缸 并
预混火焰燃烧不稳定性及其主动控制
预混火焰燃烧不稳定性及其主动控制
在燃气轮机燃烧室中，采用预混燃烧可以降低燃烧室的温度和降低NOx的排放。
但是，预混燃烧容易导致燃烧不稳定。
有鉴于此，本文中对预混火焰的燃烧不稳定性及其主动控制技术进行了研究。
首先，完成了燃烧不稳定性主动控制的冷态实验研究。
研究表明：对于压力振动进行主动控制的方法是可行的，能够减小压力振动。
同时，主动控制可改变压力振动的特征频率。
其次，进行了声波扰动对锥形预混火焰的影响的理论分析和实验研究。
提出了声波扰动时预混火焰表面温度脉动的简化模型，根据简化模型，预混火焰表而的温度会以声波扰动的频率脉动。
实验结果表明，火焰对声波扰动的谐波、分谐波和高阶谐波响应并存。
进行了声波扰动对V形预混火焰锋面皱褶影响的理论分析和实验研究。
研究表明，V形预混火焰的锋面皱褶的频率与声波扰动的频率相同，其幅值与声波扰动的频率成反比。
进行了声波扰动对预混锥形火焰燃烧室的压力振动的影响的实验研究。
研究表明，声波扰动会使得燃烧室的压力出现与扰动声波频率一致的压力振动，且压力振动的幅度随着扰动幅度的增大而增大。
第三，对预混火焰的燃烧不稳定性进行了研究。
研究表明：燃烧不稳定性与燃料／空气当量比有很大的关系，压力振动的特征频率随着燃料／空气当量比的增大而减小，压力振动的频率随着燃烧室平均压力的增大而减小、与预混气流量的关系比较复杂。
第四，对一典型的燃烧不稳定进行了主动控制技术的实验研究。
实验结果表明，如果热释放率的波动与压力振动的相位一致时，会加大燃烧室的压力振动：如果热释放率的波动与压力振动的相位相反时，就会减小燃烧室的压力振动。
毕业设计(论文)-发动机缸内燃烧影响因素分析研究[管理资料]
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研究的目的和意义内燃机的诞生已有一百多年的历史。
经过长期不断的改进和提高，内燃机已经成为一种比较成熟、完善的动力机械。
由于它的热效率较高、适应性好、结构紧凑等优点而在车辆、船舶、工程机械等领域内取得了广泛应用，发挥着日益巨大的作用。
为了节约能源，应对全球性的石油危机，内燃机经济性能的提高和新燃料的应用研究日益受到重视。
为了保护环境，降低大气污染，对内燃机有害排放指标和噪声的限制也越来越高，这些都对内燃机的工作过程提出了更加严格的要求[1]。
燃烧过程对内燃机性能影响的重要性是众所周知的。
它是内燃机工作循环的中心环节，它与内燃机的基本运行参数，如功率、效率和排放等直接关联。
长期以来，由于燃烧过程的复杂性，燃烧过程只能借助于实验进行研究，这种研究方法不仅要受到实验条件、测试技术、实验仪器精度等的限制，而且有时根本无法完成，这就给研究燃烧过程带来了很大的局限性[1,2]。
随着高速CPU、大容量硬盘的不断问世和飞速发展，利用计算机建立各种科学的数学计算模型，进行缸内过程的三维数值模拟成为可能[3]。
利用数值模拟，借助较为完善的数学模型，不仅有助于分析理解燃烧机理，还可以对内燃机性能进行预测研究，改变各种结构参数和运行参数，为新发动机的优化设计和旧发动机性能改善提供指导，从而简化实验工作，缩短研制周期，为内燃机研究工作的开展提供了一个更为广阔的发展平台[4]。
基于这种情况，本文对发动机工作过程作接近实际的模拟，建立了一个适合汽油机工作过程计算的准维湍流燃烧模型。
内燃机燃烧模型的国内外现状以流体力学、传热传质学、化学反应动力学、燃烧理论和计算数学为基础，以高速大容量计算机为主要工具，通过计算手段来探索自然界、工程实际和社会生活中各种燃烧现象的机理，研究各种燃烧系统和装置中燃烧过程的规律和特点，从而实现对各种燃烧现象进行准确的分析和预测。
内燃机燃烧数值模拟方法已成为内燃机系统的研究、设计和优化的一个强有力的工具[5]。
火箭发动机的燃烧稳定性研究与优化
火箭发动机的燃烧稳定性研究与优化标题：火箭发动机燃烧稳定性研究与优化引言：火箭发动机的燃烧稳定性是确保火箭正常运行和提高发动机性能的关键因素之一。
稳定的燃烧可以使火箭在各种工况下保持稳定的推力和燃烧效率，从而实现预定任务的顺利完成。
本文将介绍火箭发动机燃烧稳定性的研究方法和优化措施，并评估其对火箭发动机性能的影响。
一、火箭发动机燃烧稳定性的研究方法1. 火箭发动机燃烧过程的观测研究人员可以通过高速摄像技术和光谱分析等手段观测火箭发动机燃烧过程中的火焰形态和各种物理量的变化，如温度、压力和质量流率等。
这些观测数据可以为研究火箭发动机燃烧稳定性提供直接的实验依据。
2. 燃烧室流动模拟采用计算流体力学（CFD）方法对火箭燃烧室内的流动进行模拟和分析，可以了解燃烧室内气流的速度和压力分布情况。
这对于了解燃料喷注和火焰传播过程中的流动特性、温度分布以及氧化剂和燃料的混合情况等都具有重要意义。
3. 室内试验和航天器飞行试验通过在不同条件下进行室内试验和航天器飞行试验，研究人员可以直接观测和测量火箭发动机的燃烧性能和稳定性。
这可以为燃烧室设计和优化提供准确的实验数据，并用于验证模型和计算方法的准确性。
二、优化火箭发动机燃烧稳定性的措施1. 燃料溢流技术燃料溢流技术利用燃烧室内燃料喷头附近的高温高压气流将一部分燃料迅速排出，以降低燃烧室内的温度和压力，同时改善燃料和氧化剂的混合情况。
这种技术可以有效地抑制燃烧不稳定和爆炸，提高燃烧效率和火箭发动机的可靠性。
2. 燃烧室设计优化通过优化燃烧室的几何形状、燃料喷注孔的位置和角度等参数，可以改善气流的混合和传播状况，减小燃料喷射中心的涡流和火焰失稳的可能性。
同时，合适的燃烧室尺寸和形状可以更好地适应高温和高压的工作环境，提高燃烧稳定性。
3. 使用动态燃烧控制系统动态燃烧控制系统可以通过实时监测和调整燃烧室内的温度、压力和流量等参数，从而控制燃料和氧化剂的混合比例和喷注速度，实现燃烧过程的稳定性控制。
新型火箭发动机燃烧稳定性研究
新型火箭发动机燃烧稳定性研究随着航空工业的不断发展，火箭发动机的燃烧稳定性成为了一个重要的研究方向。
火箭发动机的燃烧稳定性会直接影响到火箭的工作性能以及正常运行。
因此，火箭发动机燃烧稳定性研究是一个非常重要的课题。
火箭发动机燃烧稳定性是指在火箭发射过程中燃料与氧化剂的混合比例、物理参数、燃烧区形状、温度等等因素综合影响下的火焰传播稳定性。
火箭发动机燃烧稳定性的研究主要集中在如何提高燃料的燃烧效率，解决火箭发射过程中出现的不稳定和爆炸等问题。
火箭发动机燃烧稳定性研究的方法有很多种，比如实验、数值模拟等。
其中，数值模拟方法在火箭发动机燃烧稳定性研究中得到了广泛应用。
数值模拟方法可以比较准确地模拟火箭发动机燃烧稳定性，同时也可以帮助科学家和工程师快速地查找和排除故障。
火箭发动机燃烧稳定性的数值模拟方法主要包括计算流体力学方法和化学反应动力学方法。
计算流体力学方法是指使用计算机对燃烧稳定性的流场进行数值模拟，其中涉及到很多燃烧稳定性方程和计算方法。
化学反应动力学方法是指利用化学反应动力学理论对火箭发动机燃烧的化学反应过程进行数值模拟，并通过计算来判断火焰传播的稳定性。
火箭发动机燃烧稳定性的数值模拟方法虽然可以准确地模拟火箭发动机燃烧稳定性，但是也有一些局限性。
首先，数值模拟方法需要大量的计算资源，需要使用超级计算机或者分布式计算方法。
其次，数值模拟方法依赖于燃烧稳定性方程和计算方法。
如果这些方程和计算方法不准确或者有误，就无法得到准确的结果。
除了数值模拟方法之外，实验方法也是火箭发动机燃烧稳定性研究中得到广泛应用的方法之一。
实验方法可以提供准确的数据来验证数值模拟结果的正确性，同时也可以帮助科学家和工程师更好地理解火箭发动机燃烧稳定性的本质。
火箭发动机燃烧稳定性的实验方法主要包括视觉观察法、传感器测量法、高速摄影法等。
其中，视觉观察法是比较简单易行的一种实验方法，可以通过肉眼观察火箭发射过程中火焰传播的情况，从而判断火箭发动机燃烧稳定性是否良好。
航空发动机的燃烧稳定性分析及优化设计
航空发动机的燃烧稳定性分析及优化设计随着现代航空工业的快速发展，航空发动机的燃烧稳定性成为了关键问题。
燃烧稳定性是指燃烧过程的稳定程度，它与发动机的性能直接相关，它的好坏影响着飞机的经济性、安全性、环保性等多方面指标。
因此，对航空发动机燃烧稳定性的分析和优化设计已经成为了当前航空工业发展的重要方向。
航空发动机的燃烧稳定性主要取决于燃烧室内混合气的形态、速度、浓度等因素。
在航空发动机的燃烧过程中，燃烧室内混合气的形态、速度、浓度等因素都会影响到燃烧室内的燃烧质量。
一旦这些因素出现了不稳定现象，就会导致燃烧质量下降，进而影响到发动机的性能。
因此，保持航空发动机燃烧稳定性是航空工业发展的重要方向之一。
为了保持航空发动机的燃烧稳定性，我们需要进行多种技术手段的优化设计。
其中，最为重要的是燃烧室内混合气的形态、速度、浓度等因素的优化设计。
为了实现这一目标，我们需要进行以下几方面的技术研究：1.流动场分析与优化设计流动场是燃烧稳定性的基础，燃烧室内混合气的形态受到气流的影响。
因此，我们需要建立燃烧室内混合气的流场模型，并针对气流中的各种因素进行优化设计。
流动场分析是燃烧稳定性研究的重要方向之一。
2.混合气分布均匀性优化设计燃烧室内混合气分布的均匀性会直接影响到燃烧稳定性。
因此，我们需要通过混合气分布均匀性的优化设计，保证燃烧室内混合气的均匀性。
这可以通过优化燃烧室的结构设计，控制混合气的进出口位置和尺寸等方式来实现。
3.喷油系统优化设计喷油系统的设计是影响航空发动机燃烧稳定性的一个重要因素。
燃烧室内混合气的形态和混合气分布在很大程度上取决于喷油系统的设计。
因此，我们需要对喷油系统进行优化设计，通过优化燃油喷射参数和喷油位置等方式来保证混合气的均匀性和稳定性。
4.燃烧室内的气动声学设计气动声学设计是一个比较新兴的研究领域，它主要涉及到了气体流体力学和声学两个学科。
燃烧室内气动声学因素的研究可以帮助我们了解燃烧过程中的某些物理现象，实现燃烧稳定性的控制。
航空发动机燃烧稳定及其机理研究
航空发动机燃烧稳定及其机理研究航空发动机是现代航空技术的重要组成部分，其燃烧稳定性考验着发动机工程研究人员的技术水平。
本文将从燃烧稳定性的概念入手，探讨现代航空发动机燃烧稳定及其机理研究。
一、燃烧稳定性的概念燃烧稳定性是指燃料在发动机内部燃烧时，燃烧过程中参数的变化情况。
通常涉及的参数有火焰速度、火焰形状、燃料功率、强度和热流等。
燃烧稳定性的好坏至关重要，不仅直接影响发动机的性能表现，而且与发动机的寿命、可靠性关系密切。
二、航空发动机燃烧稳定性的研究现状在现代航空工业中，发动机燃烧稳定性的研究一直是研究人员的关注点。
已经有很多学者在发动机燃烧稳定性方面取得了重要进展。
尤其是在计算机辅助设计和仿真技术的应用下，研究人员能够更快、更准确地模拟发动机燃烧过程中的参数变化，从而提高发动机的性能指标。
首先，研究人员针对现有发动机的燃烧稳定性进行了详细的实验分析。
通过实验可以建立燃烧稳定性参数的变化模型，并验证模型的准确性。
其次，在燃烧稳定机理研究方面，通过对燃烧过程的理论建模，分析不同影响因素对燃烧的影响，从而探究发动机燃烧稳定性机理。
最后，针对燃烧稳定性的提高，研究人员进行了一系列的发动机设计改进，如改进燃烧室内膛形状、调整燃料喷射位置或进气管道形状等。
三、航空发动机燃烧稳定性机理探讨在航空发动机内部，燃烧稳定性机理的探讨主要包括火焰传播过程、燃料燃烧过程和燃烧热流分布等方面。
火焰传播过程是指燃料在高压高温状态下产生燃烧产物，从前向后传播的过程。
在此过程中，需要考虑火焰的形状、大小、区域以及火焰传播速度等因素。
因此，对于均质燃料，这些问题可以通过数学模型进行探讨，采用控制方程对火焰传播进行数值计算。
而对于异质性燃料，研究人员一般采用流体动力学和燃烧动力学等方法进行分析。
燃料燃烧过程是指在高温氧化气氛下，燃料与氧化剂进行反应的过程。
在此过程中，需要考虑燃烧产物的排放情况以及周围环境对燃烧的影响。
因此，对于不同类型的发动机，需要采用不同的实验手段和分析方法来探讨燃烧过程。
航空发动机燃烧稳定性研究
航空发动机燃烧稳定性研究航空发动机是航空器的关键部件之一，为飞机提供动力，决定了飞机的性能和安全可靠性。
而燃烧稳定性是航空发动机研究中的一个重要问题，直接关系到发动机的效率、噪声、排放以及寿命等多种因素，因此得到了广泛的研究和关注。
燃烧稳定性的概念和意义燃烧过程是航空发动机中最为关键的环节，它决定了燃油能否被充分燃烧，从而提供动力。
但在实际运行中，燃烧过程容易出现不稳定现象，这些不稳定引发的振动、噪声等会导致机身的变形和减小发动机的寿命，同时还会产生不良的气体和颗粒物排放，对环境造成污染。
因此，燃烧稳定性成为了航空发动机燃烧研究的重要内容之一。
航空发动机燃烧稳定性的机理和模型航空发动机燃烧稳定性的研究涉及到复杂的机理过程和模型，需要综合考虑燃料喷射、湍流、传热、化学反应等多种因素，并将其进行数值模拟和实验验证，同时还需要将这些因素融合到控制系统中进行实用化应用。
因此，这是一个具有挑战性和复杂性的研究课题。
近年来，国内外的学者们在燃烧稳定性研究中积极尝试，利用高性能数值计算（HPC）、实验技术、控制理论等手段和方法，提高了研究进展和水平。
航空发动机燃烧稳定性研究的现状和发展趋势到目前为止，航空发动机燃烧稳定性的研究已取得了一些进展，但依然存在着不少挑战和问题。
对于高压比涡轮发动机，燃烧室内气体的压力和温度都很高，从而会严重影响燃烧稳定性。
此时需要在燃烧室中加入新的技术手段、控制策略和机理理论，如多点喷射、增加通气口、加入燃烧增强剂等方式来提高稳定性。
随着航空工业的快速发展和深化，未来航空发动机对燃烧稳定性的要求将不断提高，不仅要求稳定性更加高效，还要求更加的绿色环保和节能降耗。
因此，研究人员们需要继续加强基础研究，并发挥多学科的优势，借鉴其他领域的成果，如材料学、光学技术、控制理论等。
结语航空发动机燃烧稳定性研究是航空工业中的重要课题之一，对发动机的性能、寿命、噪声、排放等都有着至关重要的作用。
燃烧稳定性研究除了需要综合考虑燃料喷射、湍流、传热、化学反应等多种因素外，还需要实践中与理论相结合。
天然气发动机缸内湍流与燃烧相互作用机制研究
通过对比实验数据与数值模拟结果，对数学模型进行修正和完善 ，提高模型的准确性和可靠性。
实验方案
01
02
03
实验设备
准备一台天然气发动机， 安装高速摄影设备、压力 传感器等实验仪器，用于 实时监测和数据采集。
实验工况
设定不同的发动机转速和 负荷工况，研究不同工况 下的湍流与燃烧相互作用 机制。
数据处理与分析
对采集的实验数据进行处 理和分析，绘制图表和图 像，提取有意义的信息和 规律。
04
预期成果及创新点
预期成果
揭示天然气发动机缸内湍流与燃烧的相互作用机制，为提高发动机性能和降低排 放提供理论支撑。
提出针对天然气发动机缸内湍流和燃烧的优化控制策略，为新产品的研发提供技 术指导。
建立湍流和燃烧相互作用的数值模拟方法，为研究缸内流动和燃烧过程提供有效 工具。
模型建立与验证
建立基于湍流与燃烧相互作用的数学模型，通过对模型的 验证和敏感性分析，揭示影响天然气发动机性能的关键因 素。
研究方法
理论分析
建立数学模型，利用数值模拟方法分析天然气发动机缸内湍流与 燃烧的相互作用机制。
实验研究
设计实验方案，利用高速摄影、光谱分析、压力传感器等技术手 段，对天然气发动机的燃烧过程进行实时监测和数据采集。
创新点
通过对天然气发动机缸内湍流和燃烧 的深入研究，揭示二者之间的相互作 用机制，为国内外首次较为全面地研
究这一重要科学问题。
将湍流和燃烧的研究方法相结合，提 出新的数值模拟方法，提高了模拟精
度和效率。
根据研究成果，设计新型的天然气发 动机控制策略，实现节能减排，为我
国能源战略提供技术支撑。
05
飞机引擎燃烧稳定性与热力力学性能研究
飞机引擎燃烧稳定性与热力力学性能研究飞机引擎是飞机的“心脏”，是飞机安全飞行的重要保障。
引擎设计的燃烧稳定性和热力学性能的优劣对飞机的性能和经济效益有着极其重要的影响。
本文将从燃烧稳定性和热力学性能两个方面分别探讨现代飞机引擎的发展和研究。
一、燃烧稳定性研究1. 燃烧原理燃烧稳定性是指燃烧过程中燃烧所需的氧气、燃料和燃烧产物的混合状态及混合程度是否良好的问题。
在燃烧过程中，燃料与氧气混合后后着火燃烧，产生高温高压的气体，推动飞机前进。
燃料的混合状态和混合程度的不良将导致火焰的不均匀分布和不稳定，进而导致引擎的震动，严重的还可能引起引擎失效。
因此，保持燃烧的稳定性是保证引擎正常运行的重要前提。
2. 燃烧稳定性问题燃烧稳定性问题是现代机头高速飞行技术面临的严峻挑战。
机头的高速飞行条件下受到风的阻力，导致燃烧的稳定性问题更为突出。
燃烧室内的火焰若不稳定，不仅会对燃烧室、尾部机构等物件产生较大的冲击和振动，同时也会导致燃烧效率下降，节约燃料的效果大打折扣。
3. 稳定性研究方法保证燃烧稳定性的方法主要包括流量的控制、燃烧室的设计和燃料的混合。
现在普遍采用的方法是采用高压空气和燃料同时进入燃烧室的方式来混合气体。
通过燃烧室的设计和优化可以使喷嘴出口的混合气体不发生分离，进而保证火焰的稳定性。
在设计中，要考虑燃烧室形状和喷嘴的尺寸比，尽可能保证燃烧室的混合度。
二、热力学性能研究1. 热力学原理热力学是研究能量转化和传递、热力关系及它们之间的相互转化的学科。
在飞机引擎中，燃烧产生的热量经由转化和传递产生工作量和动力，引擎的热力学性能直接关系到飞机的飞行效率和经济性。
2. 热力学性能问题热力学性能问题主要包括热效率、热平衡和冷却效率等问题。
热效率是指引擎把化学能转换成机械能的比例，热平衡指热量的能量转换是否充分，而冷却效率则指引擎散热的效率。
这些问题的存在会对飞机性能和燃油消耗产生影响。
3. 热力学性能的优化热力学性能的优化主要通过改变燃烧室的结构和设计来实现。
航空发动机燃烧稳定性分析与优化
航空发动机燃烧稳定性分析与优化随着航空业的快速发展，航空发动机的性能需求也越来越高。
其中一个重要的性能指标就是燃烧稳定性。
航空发动机的燃烧稳定性对于发动机的工作效率、稳定性和寿命都有着重要的影响，因此对于燃烧稳定性的分析与优化变得尤为重要。
燃烧稳定性是指发动机在不同工况下燃烧过程的稳定性能，一般使用不同的实验或模拟方法来进行分析。
对于航空发动机而言，存在着一系列的挑战，比如高压、高速、高温等环境下的燃烧过程。
这些特殊的工况使得燃烧稳定性的分析变得更为复杂。
在航空发动机燃烧稳定性分析过程中，首先需要对燃烧过程进行建模。
这个过程需要考虑到燃烧室内的空气流动、燃料喷射和混合过程等复杂的物理化学过程。
一般使用CFD（计算流体力学）方法来对这些过程进行模拟。
在进行燃烧稳定性分析时，我们需要关注的一个重要问题是燃烧不稳定导致的压力振荡问题。
燃烧不稳定会产生强烈的压力脉动，进而影响到发动机的工作效率和稳定性。
因此，我们需要寻找和分析燃烧不稳定的原因，并提出相应的优化方案。
为了准确分析燃烧稳定性，研究人员通常会进行实验研究，使用高速摄影仪和压力传感器等设备对燃烧过程进行动态观察和测量。
这些实验数据可以提供给模拟软件，帮助我们验证模拟结果的准确性。
在分析了燃烧稳定性的问题之后，我们需要根据分析结果提出相应的优化方案。
这些方案可以包括改变燃烧室的结构设计、调整燃料喷射策略、改进燃烧控制系统等措施。
通过优化，我们可以提高发动机的燃烧稳定性，进而提高发动机的工作效率和可靠性。
除了航空发动机的燃烧稳定性，我们还需要关注燃烧稳定性对环境的影响。
航空业对环境的影响越来越受到关注，尤其是碳排放问题。
因此，在优化燃烧稳定性的同时，我们还需要考虑如何减少排放和提高燃烧效率，以减少对环境的负面影响。
总结来说，航空发动机的燃烧稳定性是影响发动机性能和可靠性的重要因素。
通过分析燃烧稳定性问题和优化设计，可以提高发动机的工作效率和可靠性，并减少对环境的不良影响。
稀燃天燃气发动机缸内湍流流动形成过程分析(最终)
全球性污染:指废气中的CO2等气体造成温室效应，致使全球变暖，同时使地球臭氧层遭到破坏，而废气中所含的SO2导致的酸雨，造成原始森林大片死亡，危害地球生物。CO2来源是化石燃料燃烧，图1-1给出了自工业革命以来人们向大气中排放的CO2量。IPCC的2001年度报告指出：近100多年中，全球地面平均温度上升了0.3～0.6℃，海平面上升了14～25cm。专家预测：海平面上升50厘米可直接导致海岸线后退50米。
2000
2.1
0.66
5.0
0.10(对于每一气缸的扫气容积小于0.75 dm3，且额定功率时转速大于3000 r/min的发动机，该限值为0.13)
0.8
EUIV
2005
1.5
0.46
3.5
0.02
0.5
EUV
2008
1.5
0.46
2.0
0.02
0.5
注：本表适用于装备压燃式发动机或燃用天然气或液化石油气的点燃式发动机，总质量超过3.5t的M1类车辆，所有M2、M3、N1、N2、N3类车辆。
A large number of studies have shown that the combustion process is to determine the main factors engine performance, and tanks of gas flow is an important condition for the impact of combustion. Natural gas to the cylinder gas engine in the formation of turbulence, using STAR-CD simulation software lean burn natural gas engine intake stroke and compression stroke, the results show that:
混合过程对旋流预混燃烧稳定性影响的实验与分析
混合过程对旋流预混燃烧稳定性影响的实验与分析现代燃气轮机广泛采用贫预混燃烧技术以降低氮氧化物排放,但这种燃烧方式容易导致燃烧振荡,带来噪音及燃烧室内的压力脉动,从而造成燃烧室结构的损坏。
燃烧振荡的发生受到燃料与空气混合过程的重要影响,尽管前人已对此做了一些研究,但其机理尚不清楚。
为此,本论文通过在旋流预混模型燃烧室的一系列实验来研究燃料与空气的混合过程对燃烧稳定性的影响,并通过对该模型燃烧室内的流动与混合过程的三维冷态数值模拟来辅助分析实验结果。
混合时间是表征混合过程的一个重要变量,实验中通过改变预混长度及空气流速来改变混合时间。
在确定的预混长度及空气流速下,通过改变当量比的多组实验来获得燃烧稳定性及燃烧振荡模态的信息,作为分析混合时间对燃烧稳定性影响的依据。
实验中使用的燃料为天然气,空气流常温供应,燃烧室出口为大气环境。
数值模拟的系列工况同样以预混长度、空气流速及当量比为变量,计算旋流流动特征及燃料与空气的混合过程。
实验结果表明燃烧振荡以轴向模态发生,振荡频率在500 Hz左右。
燃烧振荡的发生与否受到当量比、空气流速及预混长度的影响。
在本燃烧室中贫燃侧燃烧振荡仅发生于当量比大于0.8的情况下。
在不同的预混长度下,发生燃烧振荡的空气流速范围有明显差异,预混长度较大时燃烧振荡发生在较高流速下,而预混长度较小时燃烧振荡发生在较低流速下,这一分歧可由混合时间来统一:只有当混合时间处于一定区间内时,燃烧振荡才有可能发生;在此区间外,燃烧保持稳定。
这一规律表明混合时间对旋流预混燃烧稳定性有重要影响,通过合理的结构设计来避免或减弱燃烧振荡是可能的。
实验研究中采用空气平均流速代替燃料流速来近似计算混合时间,数值计算的结果表明近似计算得到的混合时间比实际情况略偏小,但近似计算的误差对发生燃烧振荡的混合时间区间长度影响较小。
燃料与空气的混合效果对燃烧特性有重要影响,数值模拟的结果表明,在相同的空气流速及当量比下,预混长度在一定范围内增大时对混合效果有明显改善,而当预混长度达到一定大小后则混合效果基本稳定;保持当量比与预混长度不变,则空气流速对混合效果的影响很小。
预混湍流燃烧定容弹及其试验系统研究
预混湍流燃烧定容弹及其试验系统研究点燃式发动机工作循环的核心是气缸内湍流燃烧过程,它是影响发动机动力性、经济性和排放性的直接因素。
定容燃烧弹主要模拟活塞在上止点附近发动机的燃烧情况,其具有结构简单、易于研究单一参数变化对燃烧过程的影响等优点。
目前定容燃烧弹的研究已经逐步由层流燃烧向湍流燃烧方向发展。
要进行定容燃烧弹内湍流燃烧实验研究,需要建立湍流燃烧定容燃烧弹系统。
基于本文的研究要求,以预混湍流燃烧定容燃烧弹试验平台总体设计为主要内容,依次对试验平台方案、定容燃烧弹、湍流发生装置及试验平台点火控制系统和数据采集系统的设计思路、部件组成及选型、工作原理等方面进行开发和论证。
本文设计了完全对称结构的定容燃烧弹,在弹体密封方面,设计了双端盖密封结构及法兰密封结构实现燃烧室的有效密封;对试验平台数据采集系统而言,搭建了燃烧压力及离子电流采集系统,并开发了点火控制系统,实现了点火能量控制及数据采集和点火触发同步。
所设计的定容燃烧弹须满足结构强度要求,本文通过有限元方法对定容燃烧弹的结构强度进行计算分析,在有限元软件中建立了简化的定容燃烧弹几何模型,根据定容燃烧弹各部件的特点完成网格划分、各部件间面与面接触关系及边界条件的分析与设定。
分析了定容燃烧弹各部件应力最大值及应力分布情况,应用强度理论对各部件的强度进行校核,通过调整部件结构尺寸以保证预混湍流燃烧试验的安全性及可靠性。
此外,本文以定容燃烧弹湍流发生装置中的同步带传动机构运行的同步性及平稳性为研究目标,以从动带轮间的角速度差为评价指标,建立同步带三维动力学仿真模型,研究主动带轮转速、张紧轮位置及张紧力对同步带传动机构动态性能影响。
定容弹内湍流的流场特征是解释预混湍流燃烧现象、揭示预混湍流燃烧机理的重要基础。
本文通过建立定容燃烧弹流场数值模拟模型,对定容弹内的速度矢量分布进行了分析,并计算了不同发动机转速下定容弹内的湍流强度。
发动机缸内预混湍流燃烧的测试方法研究
发动机缸内预混湍流燃烧的测试方法研究发动机缸内工质的运动状态影响着内燃机缸内混合气形成的速度及质量、混合气的着火和燃烧过程,对内燃机的动力性、经济性和排放特性产生重要的影响。
为进一步提高发动机性能,就必须掌握发动机缸内流场和燃烧运动规律。
内燃机缸内可视化研究是了解其缸内气体流动、火焰形成及发展、碳烟生成等规律最直接、最有效的手段。
本论文从实现发动机缸内预混湍流燃烧可视化测试的目的出发,以幸福250摩托车发动机为原型机,将其设计和改造成了一台用于发动机缸内预混湍流燃烧可视化测试方法研究的光学发动机,并搭建了光学发动机实验台架。
基于此光学发动机台架,利用FASTCAM-ultima512高速摄像机系统,直接对发动机缸内的燃烧过程进行了图像采集,得到了各转速工况下的燃烧序列图。
结果表明,可向汽油中添加适量的机油来能够增强火焰的光度,实现汽油机缸内预混湍流燃烧的可视化。
根据各转速工况下的燃烧序列图发现,火焰核心形成后并非立即产生火焰前锋,而是迅速消失。
火焰核心随着缸内湍流漂流到缸内某一位置,导致缸内形成明显火焰前锋位置不在火花塞周围或气缸中心。
为获得足够时间使缸内燃料完全燃烧,随着转速的提高,点火提前也相应地增加。
转速的提高增强了缸内的湍流强度,使缸内混合气形成加快,但高转速也使混合气形成的时间大大缩短,使混合气没有足够的时间混合均匀,导致缸内混合气的燃烧恶化甚至失火。
除此之外,利用高速摄像机系统和自制纹影系统对光学发动机纯压缩工况下的缸内湍流进行了测试,并绘制了发动机缸内压缩流场序列图,结果表明,自制的纹影系统能够用于发动机缸内预混湍流流场的可视化测试,发动机工作时缸内工质的流动状态十分复杂。
随着发动机活塞向上止点运动,缸内工质不断被压缩,湍流状态越来越剧烈,工质密度梯度越来越大,导致上止点前,缸内流场测试纹影图像随着曲柄转角的增加而变得越来越清晰,流动状态也越来越复杂;上止点后,缸内流场测试纹影图像随着曲柄转角的增加而逐渐模糊。
页岩气预混火焰及发动机燃烧过程稳定性研究
页岩气预混火焰及发动机燃烧过程稳定性研究页岩气是一种存在于致密细碎屑岩中的非常规天然气,主要成分为CH4,是具有潜力的发动机替代燃料。
我国页岩气资源赋存丰富,不同地区页岩气组分存在差异,影响预混燃烧速度,导致发动机燃烧循环变动不同,有必要围绕页岩气组分对预混火焰及发动机燃烧过程稳定性的影响开展研究。
全文共分7章,主要围绕页岩气的预混火焰,页岩气发动机燃烧过程与循环变动的变化规律,以及发动机燃烧稳定性的改善措施等三个方面开展了研究。
采用定容燃烧弹试验与数值模拟相结合的方法,探讨了页岩气预混火焰传播过程的变化规律。
根据页岩气发动机台架试验的结果,分析了组分对发动机燃烧过程的影响,研究了燃烧特征参数的循环变动规律,探讨了循环变动的非线性动力学特征。
提出双火花塞点火和页岩气掺混HHO两种措施改善发动机的燃烧稳定性,通过试验研究的方法,分析了改善措施对页岩气发动机循环变动的影响,采用数值模拟的方法,探讨了缸内火焰传播过程的变化规律。
初始条件和惰性气体含量对页岩气预混火焰的传播过程存在影响。
采用定容燃烧弹试验系统,针对页岩气组分进行了配比,研究了页岩气预混火焰的传播速度,分析了火焰前锋面的稳定性,探讨了预混燃烧速度与火焰稳定性的关系;通过数值模拟的方法,分析了预混燃烧过程中物质浓度的变化规律,结合生成速率和敏感性分析的研究,探讨了页岩气中CH4的消耗过程,研究了绝热火焰温度对化学反应速率的影响。
研究表明,初始温度对化学反应速率的影响较小,H+OH基摩尔分数峰值增大,是造成预混燃烧速度变快的主要原因;当初始压力提高时,化学反应速率明显提高,导致H、O和OH基的浓度减小,火焰的传播速度变慢,火焰前锋面的稳定性下降;当量比为1.0时,预混火焰的传播速度最快,稀薄混合气对火焰传播速度的抑制作用强于浓混合气,随着当量比增加,火焰前锋面逐渐稳定;R1反应对CH4消耗速率的影响最大,CH3基是评价CH4消耗速率的重要自由基,随着CH4含量的增大,CH3基浓度降低,CH4的消耗速率下降,导致火焰的传播速度减小;惰性气体抑制绝热火焰温度,化学反应速率减小,火焰的传播速度降低,火焰前锋面的稳定性下降,CO2对预混燃烧速度的抑制作用明显强于N2。
预混火焰的稳定性及其在脉冲爆轰发动机中的应用
预混火焰的稳定性及其在脉冲爆轰发动机中的应用脉冲爆轰发动机是当前研究的热点,有效点火是其关键技术之一。
由于直接起爆需要的能量特别大,因此利用小的点火能量,在较短的距离内形成稳定爆轰,即DDT,更具有应用前景。
本文对共振腔内的聚心燃烧形成爆轰的现象进行了实验和数值研究。
鉴于该现象比较复杂,涉及到激波与火焰的作用和射流火焰对撞两个基本的物理现象,因而本文先对这两个基本现象进行了实验和数值研究。
在具有平面反射壁和抛物型反射壁的两种燃烧室内,利用高速分幅阴影摄像系统记录了激波与火焰作用过程的流场变化。
数值计算基于详细基元化学反应的二维轴对称的Navier—Stokes方程,采用考虑横波修正的有限体积方法。
结果表明:无论是平面反射壁还是抛物型反射壁,球型火焰在入射激波作用下,轴心附近被未燃气体穿透,形成筒状火焰,其内外侧皆为未燃气体。
而反射激波的作用使火焰局部区域的涡量方向发生改变,形成了将新鲜未燃气体卷入火焰内部的头部涡环,这使得火焰燃烧速率和径向传播速度急剧增加,从而使火焰成为蘑菇云状。
火焰内的高温低密区域使入射激波分叉成λ波,当反射激波穿越火焰时,产生的斜激波在轴线和火焰阵面上反复反射,形成复杂的激波列。
与平面反射激波相比,聚焦反射激波与火焰作用的初始阶段,反射形成的横波将火焰向轴心压缩,最终形成的蘑菇云的体积较大。
对射流火焰对撞的实验和计算结果分析,可知,在射流火焰进入燃烧室时,由于Helmhotz不稳定的作用,逐渐发展成带有涡环的蘑菇云。
对流传热在火焰随后的传播过程中,占据了主导地位。
当射流火焰在轴线碰撞后,背景流场的作用使得形成的火焰杆直径变化很小,而在碰撞平面上形成的火焰盘的厚度逐渐变薄。
结合前面两种现象的讨论结果,并采用先两端敞开,再将一端封闭,随后通过改变封闭端形状的方式,从数值计算的角度逐步深入的探讨了聚心燃烧诱导爆轰的机理。
计算结果表明,聚心火焰诱导的激波在轴线、壁面和反射端面来回反射的过程中,频繁穿越火焰,使其持续失稳,最终实现爆轰。
燃气轮机燃烧室预混燃烧自激不稳定性的研究的开题报告
燃气轮机燃烧室预混燃烧自激不稳定性的研究的开题报告题目：燃气轮机燃烧室预混燃烧自激不稳定性的研究研究背景和意义：燃气轮机是一种高效、可靠的动力机械，广泛应用于空中、陆地和海上运输领域。
其性能受制于燃烧室的燃烧过程，因此对燃气轮机燃烧室的研究具有重要意义。
预混合燃烧技术是目前燃气轮机燃烧室的主要燃烧方式，采用预混燃烧可以有效降低NOx排放和提高燃烧效率。
但是，预混燃烧往往容易出现自激不稳定性问题，这种现象会导致燃烧室内的压力和温度出现剧烈波动，严重影响燃烧室的性能和安全性。
研究内容和方法：本课题旨在研究燃气轮机燃烧室预混燃烧自激不稳定性问题，探究其机理和影响因素，并提出相应的解决方案。
具体研究内容包括：1. 高精度数值模拟：利用计算流体力学（CFD）方法建立预混燃烧燃气轮机燃烧室模型，研究不同燃烧工况下的流场和燃烧过程，并分析自激不稳定性的机理和特点。
2. 实验研究：通过实验手段获取燃烧室内的温度、压力、振动等参数，分析不同参数对自激不稳定性的影响，并与数值模拟结果相互验证。
3. 解决方案：基于研究结果提出相应的解决方案，包括优化燃烧室结构、改进燃烧控制系统、引入振动调节器等方法。
研究预期成果：1. 燃气轮机燃烧室预混燃烧自激不稳定性的机理和特点得到了深入研究，为进一步优化燃烧室结构和控制系统提供了依据。
2. 提出了相应的解决方案，在一定程度上缓解了预混燃烧自激不稳定性问题，提高了燃气轮机的燃烧效率和安全性。
3. 丰富了预混燃烧技术的理论和应用研究，对于其他工业领域的燃烧问题有一定的参考价值。
结论：本课题的研究对于提高燃气轮机的燃烧效率、降低排放、提高安全性具有重要意义，同时也对于推动预混燃烧技术的应用和发展起到了积极的促进作用。
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发动机缸内预混湍流燃烧点火过程稳定性研究当今社会能源短缺和环境污染问题越来越严重,而初始火核生成及发展的微小循环变动对发动机动力输出及排放特性有很大的影响。
为了探讨点火能量、点火提前角、过量空气系数和流场强度对发动机缸内点火过程稳定性的影响,本文基于1E65FM发动机进行了计算机模拟计算和试验研究。
利用ANSYS软件Fluent模块,并基于异辛烷简化反应机理,模拟点火能量、点火提前角、过量空气系数和缸内湍流强度对点火过程的影响,并通过自编Matlab程序对模拟结果进行处理,得到各影响因素对初始火核生成阶段的初始
火核半径,火核发展阶段的火核半径生长速度、点火滞燃期和火核表面褶皱度的影响规律。
模拟结果表明:点火能量由50mJ增加到150mJ,初始火核半径及火核发展阶段的火核生长速度不断增加,点火滞燃期逐渐减小,点火过程的稳定性增强,点火能量对火核发展阶段的影响不如火核生成阶段明显;点火提前角对初始火核生成阶段影响不大,随着点火提前角从20°减小到10°,临界火核半径和点火滞燃期逐渐减小,点火过程稳定性增强,但火核发展期火核生长速度逐渐增大;过量空气系数处于最佳值0.9时,火核发展期的火核生长速度最大,临界火核半径最小,点火滞燃期最短,点火过程稳定性最好,过量空气系数对初始火核生成的影响不如火核发展明显;发动机缸内湍流强度与转速成正比关系,且在点火过程中湍流强度逐渐减小,随着发动机转速从1500r/min增加到2500r/min,初始火核半径基本不变,火核发展期的火核生长速度逐渐减小,点火过程稳定性降低。
本文对1E65FM发动机进行了可视化改造,设计了一套纹影系统和可视化系统,并根据实验可行性选择合理的试验方案。
实验研究发动机不同转速对点火过程稳定性的影响规律,实验结果表明:转速对初始火核的生成影响不大;转速越低,
发动机的动力性越好,滞燃期越短,点火过程越稳定。