先进液压自由活塞发动机中燃烧过程关键问题的研究
批准号:
51476113
项目类别:
面上项目
资助金额:
83.0 万元
负责人:
汪洋
依托单位:
学科分类:
燃烧学
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
夏振炎、朱永生、陈翌锦、尹述君、耿鹤鸣、李国田、姜慧慧
中文摘要
本申请所提出的先进液压自由活塞发动机具备:对置活塞、PPM调频、切向进气口直流扫气、HCCI燃烧的特征。由于不受曲柄连杆机构的束缚,活塞的运动规律具有上止点停留时间短、膨胀速度快的特点,并且活塞的运动规律与缸内的燃烧过程具有较强的耦合关系;切向进气口的直流扫气作用,导致了缸内残余废气浓度分层分布的可能性。本研究针对上述燃烧过程的特点,通过大涡模拟加详细化学反应动力学模型的仿真研究,结合光学发动机的模拟实验,以及实际样机的台架实验,对燃烧过程中热功转化效率的影响因素,有害排放物NOx的形成规律,爆震发生的机理开展研究,探索通过发动机结构参数设计、EGR、运行参数控制等手段,在液压自由活塞发动机中实现高效、清洁燃烧过程的方法,探讨在液压自由活塞发动机中拓展HCCI燃烧模式工况运行范围的途径。
英文摘要
The advanced hydraulic free piston engine proposed here comprising such characteristics as: opposed piston, PPM frequency control, uniflow port scavenging, HCCI combustion mode. Out of the restraining of the crank-link mechanism, the movement of the piston has such characteristics as short staying time at TDC, rapid expansion, strongly coupling with the combustion process in the cylinder.The uniflow scavenging process of the tangential inlet port makes the residual exhaust gas concentration stratified distribution.Considering of the particularity in combustion process said above, factors affecting conversion efficiency in combustion process, NOx creating process and knock occurrence mechanism will all be studied after simulation research based on large eddy simulation with detailed chemical reaction kinetics, and experiments study on an optical engine and a prototype engine in this application. The method will be explored to reach efficient and clean combustion process by structural parameters design, EGR, and operation parameters control.The way will also be explored that how to expansion the HCCI combustion mode operating range in a hydraulic free piston engine.
先进液压自由活塞发动机具备:对置活塞、PPM调频、切向进气口直流扫气、HCCI燃烧的特征。由于不受曲柄连杆机构的束缚,活塞的运动规律具有上止点停留时间短、膨胀速度快的特点,并且活塞的运动规律与缸内的燃烧过程具有较强的耦合关系;切向进气口的直流扫气作用,导致缸内残余废气浓度分层分布。本研究针对上述燃烧过程的特点,通过大涡模拟加详细化学反应动力学模型的仿真研究,结合光学发动机的模拟实验,以及实际样机的台架实验,进行了如下研究:.1)活塞的运动规律与燃烧过程耦合关系的研究,结果表明,液压自由活塞发动机的活塞运动规律,对于燃烧相位的变化具有自适应性,同时对混合气浓度变化导致的燃烧相位、累积放热量的复合变化,同样具有自适应性,该特性能可有效避免爆震现象或后燃和熄火现象。.2)液压自由活塞发动机热功转化效率的研究,结果表明,综合使用多火花塞点火、提高活塞运动速度和适当高的压缩比(17.5),就可以在无爆震前提下获得高指示功,和原始方案相比优化后方案指示功提高了15.3%。相比于HCCI模式,热面辅助均质压燃燃烧放热速率较低,可以抑制爆震发生;相比于SI模式,热面辅助均质压燃可以实现稀薄燃烧,压缩比提高,燃烧持续期短;相比于火花助燃HCCI,热面点火能量高助燃效果要好。采用多火花塞点火可以优化初始进气压力增加较多后效率降低的现象,即使将初始增压压力提高到0.8MPa,也能得到较高的指示热效率。.3)液压自由活塞发动机HCCI燃烧过程爆震机理的研究,结果表明,燃烧室内的压力波呈同心圆环状分布。燃料发生自燃后,燃烧室中心压力突然升高,并不断向四周传播,撞到壁面后被反射回来并向燃烧室中心汇聚。压力波在燃烧室内不断扩散和汇聚,导致强烈的压力震荡。.通过以上研究,探索了通过发动机结构参数设计、EGR、运行参数控制等手段,在液压自由活塞发动机中实现高效、清洁燃烧过程的方法,揭示了在液压自由活塞发动机中拓展HCCI燃烧模式工况运行范围的途径。
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Study on adaptive behavior and mechanism of compression ratio (or piston motion profile) for combustion parameters in hydraulic free piston engine
液压自由活塞发动机压缩比(或活塞运动曲线)对燃烧参数的自适应行为及机理研究
DOI:
10.1016/j.apenergy.2017.11.100
发表时间:
2017
期刊:
Applied Energy
影响因子:
11.2
作者:
[Heming Geng, Yang Wang, Xudong Zhen, Yu Liu, Zhiyong Li]
通讯作者:
Zhiyong Li
DOI:
10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.01.014
发表时间:
2018
期刊:
内燃机工程
影响因子:
--
作者:
[刘宇, 汪洋, 田相龙, 耿鹤鸣, 甄旭东, 胡耀辉]
通讯作者:
胡耀辉
DOI:
10.1016/j.applthermaleng.2017.06.101
发表时间:
2017
期刊:
APPLIED THERMAL ENGINEERING
影响因子:
6.4
作者:
[Zhen Xudong, Wang Yang, Liu Daming]
通讯作者:
Liu Daming
DOI:
--
发表时间:
2016
期刊:
燃烧科学与技术
影响因子:
--
作者:
[田相龙, 汪洋, 耿鹤鸣, 刘宇, 付长来, 席博文, 甄旭东]
通讯作者:
甄旭东
DOI:
10.13949/j.cnki.nrjgc.2017.05.005
发表时间:
2016
期刊:
内燃机工程
影响因子:
--
作者:
[李国田, 汪洋, 徐帅卿, 肖欢, 田相龙, 李冀辉]
通讯作者:
李冀辉
共 15 条
基于电荷转移材料的不对称电容去离子界面调控机制
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:60万元
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批准年份:2021
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负责人:汪洋
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依托单位:
金属氧化物多孔薄膜与水溶液界面的离子成像与理论研究
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批准号:22111530225
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项目类别:国际(地区)合作与交流项目
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资助金额:3万元
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批准年份:2021
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负责人:汪洋
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依托单位:
金属氧化物多孔薄膜与水溶液界面交互作用机理研究
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批准号:21808160
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2018
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负责人:汪洋
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依托单位:
梯级引燃HCCI燃烧模式的提出和机理研究
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批准号:51776135
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2017
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负责人:汪洋
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依托单位:
EGR在火花点燃式甲醇发动机中爆震抑制机理的研究
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批准号:51176137
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:汪洋
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依托单位:
双燃料天然气发动机燃烧过程及排放控制机理的研究
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批准号:50006008
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:19.0万元
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批准年份:2000
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负责人:汪洋
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依托单位:
国内基金
海外基金