船用双燃料发动机引燃燃料在可燃混合气氛围内着火及火焰传播机理研究
批准号:
52071064
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
田江平
依托单位:
学科分类:
船舶工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
田江平
中文摘要
从多元化能源利用、环境保护以及经济性、安全性等角度考虑,天然气作为船舶内燃机燃料具有光明的前景。在天然气可用的几种燃烧方式中,因柴油微喷引燃的燃烧方式可以获得令人满意的性能而备受关注。这种高十六烷值燃料引燃可燃预混合气过程相对复杂,目前可查阅文献对其工程层面的研究居多,基础实验研究匮乏,数值模拟研究也不够深入。本项目拟通过综合的光学测试方法,结合化学动力学、一维小火焰模拟及三维CFD数值模拟,对微喷引燃燃料混合气形成、火核形成及其燃烧低温与高温反应历程,引燃燃料喷射引起的湍流与预混合气燃烧火焰的耦合作用过程、预混合气着火后的火焰传播和主要排放物生成过程、有氢气参与的引燃燃烧过程开展研究,以获取可燃预混气氛围下微喷引燃燃料混合气形成及燃烧特性参数影响规律,揭示引燃燃料喷射引起的湍流特征及其与燃烧火焰的相互作用机制,阐明预混合气火焰传播规律及排放特性,探寻拓展预混合气稀浓界限的方法。
英文摘要
From the perspective of the diversification of energy utilization, environmental protection, economy and safety, natural gas has a bright future as an alternative fuel to marine engines. Among the several combustion modes available for natural gas, diesel micro-pilot ignition has drawn much attention for its satisfactory combustion performance. The process of the combustible premixture ignited by a high-cetane-number fuel is relatively complex, and the available literatures mostly focused on the engineering development, lack of fundamental experiments, and numerical simulation is also not deep enough. In this project, comprehensive optical diagnostics, combining with chemical kinetics, 1D flamelet and 3D CFD numerical simulation, is used to investigate its processes: the formation of the mixture of pilot fuel in combustible mixture environment, the formation of the flame kernel and low temperature and high temperature reaction processes, the coupling of turbulence caused by pilot fuel injection with premixed combustion flame, the propagation of flame after the premixture is ignited, and the formation of major emissions, ignition and combustion processes when adding hydrogen, to obtain the formation and combustion characteristics of the pilot fuel mixture under the premixed combustible ambient, reveal the characteristics of turbulence induced by pilot fuel injection and its interaction with combustion flame, clarify the flame propagation and emission characteristics of premixed gas, and explore methods to extend the combustion limit of premixed gas.
天然气是优越的内燃机替代燃料,采用柴油引燃的点火方式是提高中大缸径预混燃烧天然气发动机着火稳定性和促进燃烧的有效途径。目前,关于柴油-天然气双燃料发动机的研究多集中于发动机台架实验以及三维CFD仿真,而针对其详细的基础喷雾、着火及火焰传播过程的研究依然较为匮乏。为深入探究柴油引燃天然气的喷雾与燃烧过程,本项目基于自主设计搭建的可视平台,采用综合光学测试手段并结合燃烧放热分析开展了详细的喷雾及燃烧基础实验研究。首先,本项目基于高温定容平台,以甲烷-氮气混合气为环境气体,开展了引燃柴油喷雾特性实验研究。其次,基于该平台还开展了柴油引燃甲烷预混合气的燃烧特性可视化实验。为获取更高环境温度及更大甲烷预混合气当量比下的燃烧特性,设计搭建了新型的RCEM实验平台。基于该平台,改变预混合气当量比、缸内初始温度进行燃烧特性实验,并探究了甲烷掺氢对燃烧过程的影响。为了探究引燃柴油喷射参数对燃烧特性的影响,开展了不同柴油喷射量、喷射压力以及喷嘴几何参数下的燃烧特性实验。之后,通过改变进气角度在燃烧室内形成不同强度的涡流,探究了涡流条件下不同参数对柴油引燃甲烷预混合气的燃烧特性的影响研究。本项目开展了系统且深入的研究工作,获取了大量基础喷雾与燃烧特性数据,探究了多种关键因素对柴油-天然气双燃料发动机燃烧特性的影响规律,对指导柴油引燃预混天然气双燃料发动机的开发具有重要理论意义和现实价值。
射流火焰淬熄及触发预混合气着火过程基础研究
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批准号:51406028
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2014
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负责人:田江平
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依托单位:
国内基金
海外基金