实验室平台建设

相关技术人员搭建了柴油机燃油喷雾、燃烧过程及排放的模拟与可视化平台，设计开发了柴油机新型涡流-湍流燃烧系统以及高压共轨射流系统（图1）。包括：（1）在喷雾可视化测量方面，曾用高速摄影、LDA、激光全息对柴油机喷雾特性和燃烧过程进行过系统研究；（2）在燃油喷射燃烧系统优化设计方面，进行过柴油机燃烧室优化设计以降低排放的研究。（3）在燃油喷射与燃烧过程模拟方面，进行过大型程序KIVA的开发和计算。（4）在燃油喷射控制系统设计方面，曾开发了燃油共轨喷射系统电控单元及模拟程序。（5）在转子发动机基础燃烧研究方面，开展了转子发动机燃料适应性及其缸内流动和燃烧的耦合机理研究。

图1. 高压共轨射流系统

已购置多功能柴油机喷雾与燃烧试验测试与分析平台、激光全息动态拍摄系统、PLIF系统（图2）、粒子图像测试分析仪、相位多普勒粒子分析仪等各类大型仪器设备，以满足对柴油机喷雾、燃烧过程及排放模型的模拟与可视化研究。已建立柴油喷雾与燃烧试验测试分析实验室，开展了国产电控喷油器性能及其燃油喷射雾化质量的研究、柴油喷雾初次雾化模型的研究与再构、柴油机缸内气体流动及可燃混合物湍流燃烧机理的研究，并设计开发了柴油机新型涡流-湍流燃烧系统，为柴油机性能的提升提供了可靠的实验图表及数据。

图2. 平面激光诱导荧光火焰燃烧检测系统

已购置高速纹影系统、PIV测试系统、定容燃烧弹系统、并行计算机工作站、商用CFD软件（StarCD-Kinetics，Converge）、喷雾湍流燃烧数值模拟程序、KIVA3V程序、Openform开放式可编程程序等多种商用软件和仪器设备，并设计研发了天然气/柴油双燃料喷射器及控制系统，以满足双燃料发动机的研究工作。已建立双燃料发动机可视化实验平台，开展了天然气/柴油双燃料喷射混合燃烧的试验和数值模拟研究，为天然气/柴油双燃料发动机的研发提供了可靠数据。

图3. 先进喷雾燃烧定容系统

已建立完成的光学化转子发动机实验台，是国内第一个可以利用激光诊断技术测试缸内流动和燃烧过程的可视化实验台架。在此实验台架上，首次实现了PIV准确测量，对转子发动机缸内流场的研究提供了理论基础，也为数值模拟提供了实验验证数据，为转子发动机的研究提供了实验基础。此外，由于国内外没有专门应用于转子发动机工作过程的多维模拟商业软件，我们在FLUENT 14.0软件的基础上进行了二次开发，实现了火花点燃式天然气转子发动机的动态模拟，并添加了较为详细的化学反应机理，建立了基于化学反应动力学的三维动态模拟模型。并且计算结果与实验数据进行了对比，验证了所建立模型的可靠性。为转子发动机的研究提供了数值计算基础。

通过实验和数值模拟相结合的方法，获得了转子发动机工作过程中基本的流动和燃烧过程发展规律。并在此基础上，系统的研究了各种运行参数，结构参数以及掺氢对转子发动机缸内流场和燃烧过程的影响，获得了缸内流场和燃烧火焰传播的耦合机制，为天然气转子发动机的性能改进，提供了理论依据。

图3. 组装完成的光学转子发动机和PIV实验台架