基于壁面润湿特性的内燃机燃油喷雾湿壁流固耦合过程可控性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51676084
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0603.传热传质学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The phenomenon of wall-wetting due to fuel injection has significant influence to quality of combustion and emission level of compression ignition engines; it is also one of the major reasons that leads to high HC and CO emission of the premixed compression ignition mode. In order to enhance the combustion stability and reduce the HC and CO emission, based on the latest development in the areas of both internal combustion engine and material engineering, the present research will take an inside look into the solid-fluid coupling process following the wall-wetting due to fuel injection, from a wettability point of view. The research will be carried out based on a high pressure common-rail, fixed-volume injection rig and also an optical I.C engine test rig. Technologies such as high-speed imaging, laser diagnostics, chemical kinetic analysis and thermal dynamic analysis will be used for determining the effects of the wall-wettability to the behavior of the fuel droplet upon the wall during the stage of pre-flame reaction, including such as spreading, evaporation and remixing process under different boundary conditions. The experimental results will also be used to establish a database for wettabilitis of different fuels upon various mental materials, and also a new physical model for describing the solid-fluid coupling process will be presented. Finally, controlling strategies for the above coupling process will be proposed with the wettability as the control variable. The research outcomes generated from this project will hopefully make significant contributions to the boundary control theories of internal combustion engine, and therefore improving the stability and controllability of turbulent combustion to reduce HC and CO emission of the premixed compression ignition engine.
燃油喷雾湿壁现象对发动机的燃烧及排放具有重要影响,是影响均质/预混压燃发动机燃烧边界可控性、燃烧稳定性,造成HC、CO排放高的主要原因之一。本项目结合当前内燃机及材料学领域的最新研究进展,以固体材料表面润湿性为切入点,针对湿壁燃油液滴与燃烧室壁面间的流-固耦合发展过程及其可控性开展研究工作。以高压共轨-定容喷射系统、可视化光学发动机为主要试验平台,借助高速摄影、激光诊断技术及化学动力学分析、热力学分析等手段,研究确定不同边界条件下壁面润湿性对焰前反应阶段湿壁液滴铺展、蒸发及二次混合的影响规律,建立不同金属材料与不同燃料间的润湿性评价标准及润湿性数据库,建构完善湿壁后流固耦合发展过程的物理模型。最终以壁面润湿性为控制变量,提出针对喷雾湿壁的主动控制方法及控制策略。本研究对完善极端条件下内燃机燃烧边界控制理论,提高压燃式发动机湍流燃烧的可控性、稳定性,降低HC、CO排放均具有重要意义。

结项摘要

本项目针对前内燃机、燃气轮机等动力机械的湍流燃烧过程控制,以提高湍流燃烧过程可控性为研究目标,以在各类动力机械中普遍存在的喷雾湿壁现象为切入点,对具有不同润湿性的燃烧室金属表面制备技术及在不同润湿性表面上燃油液滴、喷雾撞壁后的流固耦合发展过程的主动控制技术展开了研究。建立了特殊润湿性金属表面制备平台、固-液接触角分析平台、壁面蒸发过程纹影光学测试平台、定容弹喷雾及可视化光学发动机实验平台、CFD数值模拟及分子动力学仿真分析平台。基于上述研究平台开展并完成了对目标金属壁面的制备方法和不同壁面条件下撞壁燃油液滴及喷雾流固耦合发展过程的试验研究。阐明了燃料理化特性、壁面润湿性、喷油特征参数及实验边界条件对燃油单液滴及喷雾撞壁后形态发展和蒸发过程的影响规律及作用机理。建立了具有不同微观形貌的金属壁面润湿特性参数数据库,构建了基于流体力学和分子动力学的燃油液滴及喷雾撞击具有不同微观形貌壁面及撞壁后流固耦合发展过程的数学模型。在实验及数值模拟的研究结论的基础上,根据发动机缸内热氛围场分布规律,制定了基于燃烧室不同热氛围区域的壁面润湿性控制策略即燃油喷雾湿壁主动控制策略,实验验证了所提出的控制策略在冷起动等特殊工况下对减少近壁区池火燃烧比例和降低HC、CO排放等方面的效果。本项目的研究成果对于细化现有的发动机喷雾模型、完善高温高压条件下撞壁及湿壁相关的流-固耦合计算方法、提高极端条件下低温燃烧模式对湍流燃烧过程的控制精度、降低发动机不完全燃烧产物和提高发动机燃烧效率均具有重要的理论指导意义。至项目截至日期,共计发表学术论文18篇。其中国内外重要期刊文献10篇, SCI检索收录5篇,EI检索收录10篇。国内外重要会议论文9篇, CPCI检索收录2篇;提交中国专利申请18件,授权14件,尚在实质审查的4件;提交软件著作权申请12项,全部授权;获吉林省自然科学学术成果二等奖1项。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(9)
专利数量(7)
高压共轨柴油机起动工况高压泵控制策略
  • DOI:
    10.13229/j.cnki.jdxbgxb20170643
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    吉林大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林学东;江涛;许涛;李德刚;郭亮
  • 通讯作者:
    郭亮
Influence of biodiesel/diesel blends on particle size distribution of CI engine under steady/transient conditions
稳态/瞬态条件下生物柴油/柴油混合物对 CI 发动机粒度分布的影响
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2019.01.101
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Fuel
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Sun Wanchen;Wang Qiao;Guo Liang;Cheng Peng;Li Degang;Yan Yuying
  • 通讯作者:
    Yan Yuying
缸内直喷天然气发动机燃烧室选型及其混合气形成机理
  • DOI:
    10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180326
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    吉林大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨淼;林学东;许涛;李德刚;江涛;郭亮
  • 通讯作者:
    郭亮
An experimental study of using coal to liquid (CTL) and diesel as pilot fuels for gasoline dual-fuel combustion
以煤制油(CTL)和柴油为先导燃料的汽油双燃料燃烧实验研究
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2020.119962
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Fuel
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Hao Zhang;Wanchen Sun;Liang Guo;Yuying Yan;Jun Li;Shaodian Lin;Yi Sun
  • 通讯作者:
    Yi Sun
基于火焰发光法的煤基合成燃料燃烧及碳烟 生成历程研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张浩;孙万臣;郭亮;范鲁燕;孙毅;王乔;李英
  • 通讯作者:
    李英

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其他文献

西藏冈底斯斑岩型铜钼矿床的Cu、Mo 同位素组成及其意义
  • DOI:
    10.3799/dqkx.2019.077
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    地球科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡文峰;张烨恺;刘金华;郭亮;周炼
  • 通讯作者:
    周炼
基于MSFM的复杂速度岩体微震定位研究
  • DOI:
    10.13722/j.cnki.jrme.2016.0425
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭亮;戴峰;徐奴文;樊义林;李彪
  • 通讯作者:
    李彪
BIM技术在工程质量管理中的应用
  • DOI:
    10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.04.17
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    土木建筑工程信息技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓朗妮;罗日生;郭亮;马晋超;黄晓霞
  • 通讯作者:
    黄晓霞
细胞寿命在大肠杆菌细胞工厂构建中的应用
  • DOI:
    10.13345/j.cjb.200430
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘佳;郭亮;罗秋玲;陈修来;高聪;宋伟;刘立明
  • 通讯作者:
    刘立明
内皮祖细胞移植对百草枯中毒所致急性肺损伤MAPK通路蛋白表达的影响
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1002-1949.2021.02.014
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国急救医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    靳妍;刘志;才权;郭亮;杨琛
  • 通讯作者:
    杨琛

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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