Volume 44,Issue 3,2023 Table of Contents
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  • GUO Huaiqian,ZHAO Bin,CHEN Sirui,ZHOU Jiayong,LU Xiqun and MORINA Ardian
    摘要:
    以船用柴油机供油机构中滚轮–浮动衬套–滚轮销为研究对象,考虑其低速重载运行工况下衬套弹性变形,计入表面粗糙特征,构建了浮动衬套内外双层油膜混合热弹性流体动压润滑分析模型,并据此探究了内外层油膜间隙比、衬套宽径比、衬套厚度及其表面粗糙度对环速比、内外层最大油膜压力及承载能力等润滑特性的影响规律。结果表明:滚轮–浮动衬套–滚轮销结构运行过程中内层油膜厚度较小,润滑状态较为恶劣;低速重载工况下,衬套弹性变形与混合润滑效应不可忽略;宽径比越大、内外层间隙比越小,最大油膜压力越小,结构承载能力越强,但温升越高;混合润滑状态仅出现于衬套内层润滑油膜,且衬套表面粗糙度越大,润滑效果越差。
  • FANG Jinwei,LI Su and LIU Xiaori
    2023,44(3):10-16 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.002
    摘要:
    使用不可压缩格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method, LBM)对活塞环进行润滑和流动计算,采用基于非平衡外推和空间插值的方法来重构活塞环几何形状和界面速度边界,通过Reynolds方程验证了LBM的可行性。在此基础上,建立了3种不同的活塞环桶面轮廓,研究了不同活塞环桶面轮廓对润滑和流动的影响,获得了润滑区域的速度分布和流线图。结果表明,在相同条件下,随着桶面偏移量的增加,峰值压力和承载力增加;在几何收敛区域内,润滑油沿流动方向流速快的流体占比逐渐增加;在活塞环入口位置捕捉到了涡流和反向速度分量的存在,随着桶面偏移的增大,涡流区有扩大的趋势。应用LBM计算活塞环润滑是可行的。
  • SUN Sicong,YANG Xin,ZHOU Jianming,CAI Yong and YANG Jianguo
    2023,44(3):17-23 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.003
    摘要:
    针对试验对象与活塞销–衬套润滑机理不一致的问题,以一种新型发动机活塞销–衬套试验台为对象,建立了耦合摩擦学特性的动力学模型,基于试验验证的模型对比分析了不同间隙和粗糙度对润滑性能的影响。结果表明:一定范围内增加活塞销–衬套的间隙,整体上增加了液动润滑的占比,局部的最小油膜厚度减薄,液动润滑产生的摩擦功耗增加,粗糙接触产生的摩擦功耗下降。随着表面粗糙度增加,连杆小端载荷中粗糙接触的占比增加,最小油膜厚度的变化不大,但平均油膜厚度有较大增加,平均膜厚比亦稍有增加,但最小膜厚比下降,液动润滑产生的摩擦功耗微幅降低,粗糙接触产生的摩擦功耗升高明显。
  • CHAO Shen,LIU Cheng,ZHU Guixiang,GAO Yuanjie,GUO Feng and LI Shuyi
    2023,44(3):24-33 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.004
    摘要:
    建立了内燃机凸轮–滚子副非牛顿时变乏油润滑模型,用膜厚比讨论每个凸轮旋转角度的润滑状态。首先,研究滚子打滑情况下接触副的润滑问题,分析了不同滑滚比对膜厚比的影响,发现滑滚比越大,膜厚比小于1.5的凸轮旋转角度越多。讨论了供油膜厚对膜厚比的影响,获得了膜厚比大幅下降的临界供油膜厚。最后,考虑实际工作温度下润滑油黏度的变化,探究了不同黏度对润滑状态的影响,发现黏度为0.01 Pa·s时,部分角度的润滑状态进入边界润滑,且某些工况下摩擦系数随润滑油黏度降低而逐渐降低。
  • CHEN Tao,LEI Jilin,DENG Xiwen,ZHANG Yong,WANG Ruyan and LI Hong
    2023,44(3):34-43 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.005
    摘要:
    为进一步提升柴油转子发动机的性能,对柴油转子发动机缸内燃烧过程进行了研究。此外,考虑到转子发动机在实际工作过程中难以避免的径向泄漏,建立了一种考虑径向密封泄漏的周边进气转子发动机三维动态计算模型,并对模型进行了验证。结合该计算模型,研究了柴油喷射时刻和喷射持续期对燃料分布及燃烧过程的影响。结果表明:当喷射时刻为上止点前80°曲轴转角且喷射持续期为50°曲轴转角时可获得较好的燃烧和排放特性。与原方案相比,缸内峰值压力提升了11.38%,碳烟和CO生成量分别降低了78.71%和92.72%,NOx和CO2生成量有所增加。
  • WAN Yuan,LIU Yongfeng,BI Guijun,LIU Haifeng and ZHANG Lu
    2023,44(3):44-54 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.006
    摘要:
    为研究CO2/O2环境对柴油着火和燃烧特性的影响,以正庚烷为柴油表征燃料,利用CONVERGE计算了不同CO2/O2环境下正庚烷的着火和燃烧过程,并搭建了可视化定容燃烧弹试验平台进行了验证。使用高速摄影机记录了初始温度850 K,初始压力3 MPa,CO2体积分数分别为35%、40%、50%和60%时正庚烷燃烧的自发光强度,利用CHEMKIN中定容均质反应器分析了CO2物理和化学作用对着火的影响。研究结果表明:在CO2体积分数35%时存在爆燃的现象,随着CO2体积分数增长,着火延迟时间增长,着火位置远离喷嘴,稳态燃烧阶段火焰的长度和宽度也增大,CO2体积分数在50%~60%之间时火焰自发光强度峰值明显下降;CO2的物理作用抑制了着火,第三体作用对着火的促进作用大于直接参与反应对着火的抑制作用,造成CO2的化学作用缩短了着火延迟时间,并且随着CO2体积分数增大,化学作用对着火的促进作用更加明显。
  • CHEN Guisheng,ZENG Huixuqing,TIAN Wenjing,ZHANG Kaiqi,YANG Jie and ZHANG Han
    2023,44(3):55-62 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.007
    摘要:
    基于某高压共轨柴油机搭建了三维催化型柴油机颗粒捕集器(catalytic diesel particulate filter, CDPF)模型,研究了极限碳载量下不同结构CDPF的再生特性,分析了不同极限碳载量条件下灰分量及灰分分布系数对不同结构CDPF再生特性的影响。结果表明:极限碳载量下对称孔道结构(symmetrical cell technology, SCT)和非对称孔道结构(asymmetric cell technology, ACT)CDPF最高温度峰值随着极限碳载量增加而上升,不同结构CDPF压降随着极限碳载量的增加而上升且差距明显。随着极限碳载量的升高,CDPF载体温度及碳烟再生速率上升迅速且峰值明显增高。极限碳载量下,CDPF压降及载体最高温度随着灰分量的增加而上升,不同结构CDPF压降特性差异较大,SCT结构载体最高温度高于ACT结构,CDPF碳烟再生速率随灰分量的增加先上升后下降,在灰分量高时碳烟再生速率上升快且峰值高。极限碳载量下,相同灰分分布系数的不同结构CDPF压降差距明显,SCT结构压降整体高于ACT结构,不同结构CDPF碳烟再生速率和载体温度均随灰分分布系数的增加先上升后下降。
  • YANG Lu,WANG Guiyong,WANG Yuhua and HE Shuchao
    2023,44(3):63-71 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.008
    摘要:
    基于尿素选择性催化还原系统物理模型与尿素喷射量控制模型联合仿真的虚拟标定方法,获得了目标NOx转化率脉谱;采用多目标遗传算法对尿素选择性催化还原系统进行优化,得到最优尿素喷射量目标值,同时优化了NOx转化率和NH3泄漏值。分析了原排参数及优化结果对NOx转化率的影响。仿真结果表明,采用优化后的尿素喷射量可实现较高的NOx转化率,在排温200~300 ℃的条件下NOx转化率平均提高35%左右,同时满足国六排放法规对NH3泄漏限值的要求。
  • YIN Dailin,WEN Yi,LUO Jiaxin,ZHAO Xiaochun and LI He
    2023,44(3):72-82 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.009
    摘要:
    基于COPERT模型和MOVES模型的计算原理,利用车辆特征、气候、燃油等参数信息将蒸发排放因子细化,建立了热浸、运行、昼间、加油4类不同蒸发机制的排放因子数据库,并对国三、国四、国五、国六车辆进行了蒸发实车试验,与模型计算结果校验得知两者的总体变化趋势一致,数据较吻合。利用建立的排放因子库,结合各省市的汽油车保有量、活动水平等数据,计算得到2020年中国汽油车挥发性有机化合物排放总量约为51.42万t。在总的蒸发排放量中,加油排放是最大的贡献者,对总蒸发排放的贡献率为37.4%。
  • YAN Dengkui,MA Zhihao,CHEN Wei,WANG Nan and WANG Xin
    2023,44(3):83-90 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.010
    摘要:
    为了探究不同结构滤纸在振动条件下的油水分离效率的规律,搭建并使用振动柴油–水分离试验台在振动频率为20 Hz、50 Hz、100 Hz、150 Hz、200 Hz和300 Hz,振动加速度为9.8 m/s2,19.6 m/s239.2 m/s2,58.8 m/s2和78.4 m/s2,柴油–水界面张力为22 mN/m,等效面流速为5 cm/min的条件下对4种不同结构的商用滤纸进行油水分离试验。试验结果表明:在4g振动加速度下,油水分离效率仅在20 Hz的低频振动条件下有明显变化;单层滤纸与复合滤纸相比,在振动条件下的油水分离效率变化更明显;沿X方向(柴油流动方向)的振动与沿Y方向(与柴油流动方向垂直且与地面平行的方向)和Z方向(与地面垂直的方向)相比,油水分离效率降低幅度更大;低频振动使水滴提前脱离纤维,并因振动产生的惯性碰撞而破碎导致油水分离效率下降。随着振动加速度的增大,油水分离效率降低,1号(单层聚结式滤纸)、3号(单层阻拦式滤纸)、4号(复合阻拦式滤纸)滤纸在78.4 m/s2的振动加速度下油水分离效率分别下降了7.2%、6.7%、3.4%。
  • PANG Haoqian,ZHANG Pan,WANG Wen,WANG Yanjun,ZOU Jiahua and GAO Wenzhi
    2023,44(3):91-100 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.011
    摘要:
    针对发动机单缸部分失火故障,提出基于小波阈值降噪和残差神经网络的“降噪–残差神经网络”故障诊断方法。通过降噪与深度学习算法相结合,将小波阈值降噪后的振动信号输入到残差神经网络进行故障诊断;使用短残差块进一步防止网络的退化,并利用大卷积核增大长数据输入的卷积视野,提高信号故障特征的提取能力。测试结果证明该方法不仅实现了未参与训练的运转工况97%以上的故障诊断准确率,而且对于加入高斯噪声后的含噪声信号也能实现较高的诊断准确率。通过与其他故障诊断网络进行对比证明了该方法的优越性。
  • WANG Chen,ZHANG Jingzhou and WANG Chunhua
    2023,44(3):101-108 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.012
    摘要:
    在典型燃烧室工作环境下,针对特定双层壁冷却结构,以综合冷却效率和相对压力损失为优化目标,采用径向基神经网络构建数学模型,通过遗传优化算法实现多目标优化,旨在提高其气动和传热性能。在给定的双层壁冷却结构参数范围内,优化后双层壁冷却结构的最大综合冷却效率为0.89,而相对压力损失可降至0.17%。
  • TAN Guirong,ZHAO Zengliang and PAN Mingzhang
    2023,44(3):109-113 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.013
    摘要:
    基于一台可满足国六b排放标准的11 L重型柴油机,采用纯柴油、体积比85%柴油+15%正丁醇和体积比70%柴油+30%正丁醇燃料研究了燃料属性和冷却液温度对柴油机循环波动的影响。结果表明,添加不同比例正丁醇对循环波动的影响并无明显规律,即燃料属性对循环波动的影响机理复杂并可能呈现随机性。 冷却液温度升高,循环波动降低,这在低负荷时更加明显。低十六烷值燃料在低负荷时更宜采取较高的冷却液温度。
  • BAO Yuzhuan,LEI Jilin,LI Weixian,DENG Wei,SONG Guofu and LIU Kang
    2023,44(3):114-124 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.014
    摘要:
    通过建立缸盖–缸垫–缸体耦合模型,采用数值仿真方法,研究了柴油机铸铁缸体和铝合金缸体在施加相同缸盖螺栓预紧力时,改变螺栓孔设计参数对缸孔关键截面失圆变形和平均圆度、圆柱度、同轴度和漏光率4个评价指标的影响。研究发现,铸铁缸体和铝合金缸体的关键截面在傅里叶变换下变形趋势基本一致,除了漏光率基本不变外,平均圆度、圆柱度、同轴度分别增大了54.40%、38.39%、27.08%;对于铝合金缸体,减小沉孔和螺栓孔比值能减小各截面的综合变形,同时平均圆度、圆柱度、同轴度也会减小,但处于螺纹主要受力段以下的截面在傅里叶四阶变形的极值相位角一致性变差;保持沉孔深度不变,适当增加螺纹旋合长度方案下缸体缸孔平均圆度、圆柱度、同轴度下降速率最明显;保持螺纹不变,减小沉孔深度方案下缸体缸孔平均圆度、圆柱度、同轴度的值最小,相较于原始缸体分别下降了32.74%、31.24%、39.34%。
    目次
  • GUO Huaiqian,ZHAO Bin,CHEN Sirui,ZHOU Jiayong,LU Xiqun and MORINA Ardian
    摘要:
    以船用柴油机供油机构中滚轮–浮动衬套–滚轮销为研究对象,考虑其低速重载运行工况下衬套弹性变形,计入表面粗糙特征,构建了浮动衬套内外双层油膜混合热弹性流体动压润滑分析模型,并据此探究了内外层油膜间隙比、衬套宽径比、衬套厚度及其表面粗糙度对环速比、内外层最大油膜压力及承载能力等润滑特性的影响规律。结果表明:滚轮–浮动衬套–滚轮销结构运行过程中内层油膜厚度较小,润滑状态较为恶劣;低速重载工况下,衬套弹性变形与混合润滑效应不可忽略;宽径比越大、内外层间隙比越小,最大油膜压力越小,结构承载能力越强,但温升越高;混合润滑状态仅出现于衬套内层润滑油膜,且衬套表面粗糙度越大,润滑效果越差。
  • FANG Jinwei,LI Su and LIU Xiaori
    2023,44(3):10-16 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.002
    摘要:
    使用不可压缩格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method, LBM)对活塞环进行润滑和流动计算,采用基于非平衡外推和空间插值的方法来重构活塞环几何形状和界面速度边界,通过Reynolds方程验证了LBM的可行性。在此基础上,建立了3种不同的活塞环桶面轮廓,研究了不同活塞环桶面轮廓对润滑和流动的影响,获得了润滑区域的速度分布和流线图。结果表明,在相同条件下,随着桶面偏移量的增加,峰值压力和承载力增加;在几何收敛区域内,润滑油沿流动方向流速快的流体占比逐渐增加;在活塞环入口位置捕捉到了涡流和反向速度分量的存在,随着桶面偏移的增大,涡流区有扩大的趋势。应用LBM计算活塞环润滑是可行的。
  • SUN Sicong,YANG Xin,ZHOU Jianming,CAI Yong and YANG Jianguo
    2023,44(3):17-23 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.003
    摘要:
    针对试验对象与活塞销–衬套润滑机理不一致的问题,以一种新型发动机活塞销–衬套试验台为对象,建立了耦合摩擦学特性的动力学模型,基于试验验证的模型对比分析了不同间隙和粗糙度对润滑性能的影响。结果表明:一定范围内增加活塞销–衬套的间隙,整体上增加了液动润滑的占比,局部的最小油膜厚度减薄,液动润滑产生的摩擦功耗增加,粗糙接触产生的摩擦功耗下降。随着表面粗糙度增加,连杆小端载荷中粗糙接触的占比增加,最小油膜厚度的变化不大,但平均油膜厚度有较大增加,平均膜厚比亦稍有增加,但最小膜厚比下降,液动润滑产生的摩擦功耗微幅降低,粗糙接触产生的摩擦功耗升高明显。
  • CHAO Shen,LIU Cheng,ZHU Guixiang,GAO Yuanjie,GUO Feng and LI Shuyi
    2023,44(3):24-33 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.004
    摘要:
    建立了内燃机凸轮–滚子副非牛顿时变乏油润滑模型,用膜厚比讨论每个凸轮旋转角度的润滑状态。首先,研究滚子打滑情况下接触副的润滑问题,分析了不同滑滚比对膜厚比的影响,发现滑滚比越大,膜厚比小于1.5的凸轮旋转角度越多。讨论了供油膜厚对膜厚比的影响,获得了膜厚比大幅下降的临界供油膜厚。最后,考虑实际工作温度下润滑油黏度的变化,探究了不同黏度对润滑状态的影响,发现黏度为0.01 Pa·s时,部分角度的润滑状态进入边界润滑,且某些工况下摩擦系数随润滑油黏度降低而逐渐降低。
  • CHEN Tao,LEI Jilin,DENG Xiwen,ZHANG Yong,WANG Ruyan and LI Hong
    2023,44(3):34-43 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.005
    摘要:
    为进一步提升柴油转子发动机的性能,对柴油转子发动机缸内燃烧过程进行了研究。此外,考虑到转子发动机在实际工作过程中难以避免的径向泄漏,建立了一种考虑径向密封泄漏的周边进气转子发动机三维动态计算模型,并对模型进行了验证。结合该计算模型,研究了柴油喷射时刻和喷射持续期对燃料分布及燃烧过程的影响。结果表明:当喷射时刻为上止点前80°曲轴转角且喷射持续期为50°曲轴转角时可获得较好的燃烧和排放特性。与原方案相比,缸内峰值压力提升了11.38%,碳烟和CO生成量分别降低了78.71%和92.72%,NOx和CO2生成量有所增加。
  • WAN Yuan,LIU Yongfeng,BI Guijun,LIU Haifeng and ZHANG Lu
    2023,44(3):44-54 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.006
    摘要:
    为研究CO2/O2环境对柴油着火和燃烧特性的影响,以正庚烷为柴油表征燃料,利用CONVERGE计算了不同CO2/O2环境下正庚烷的着火和燃烧过程,并搭建了可视化定容燃烧弹试验平台进行了验证。使用高速摄影机记录了初始温度850 K,初始压力3 MPa,CO2体积分数分别为35%、40%、50%和60%时正庚烷燃烧的自发光强度,利用CHEMKIN中定容均质反应器分析了CO2物理和化学作用对着火的影响。研究结果表明:在CO2体积分数35%时存在爆燃的现象,随着CO2体积分数增长,着火延迟时间增长,着火位置远离喷嘴,稳态燃烧阶段火焰的长度和宽度也增大,CO2体积分数在50%~60%之间时火焰自发光强度峰值明显下降;CO2的物理作用抑制了着火,第三体作用对着火的促进作用大于直接参与反应对着火的抑制作用,造成CO2的化学作用缩短了着火延迟时间,并且随着CO2体积分数增大,化学作用对着火的促进作用更加明显。
  • CHEN Guisheng,ZENG Huixuqing,TIAN Wenjing,ZHANG Kaiqi,YANG Jie and ZHANG Han
    2023,44(3):55-62 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.007
    摘要:
    基于某高压共轨柴油机搭建了三维催化型柴油机颗粒捕集器(catalytic diesel particulate filter, CDPF)模型,研究了极限碳载量下不同结构CDPF的再生特性,分析了不同极限碳载量条件下灰分量及灰分分布系数对不同结构CDPF再生特性的影响。结果表明:极限碳载量下对称孔道结构(symmetrical cell technology, SCT)和非对称孔道结构(asymmetric cell technology, ACT)CDPF最高温度峰值随着极限碳载量增加而上升,不同结构CDPF压降随着极限碳载量的增加而上升且差距明显。随着极限碳载量的升高,CDPF载体温度及碳烟再生速率上升迅速且峰值明显增高。极限碳载量下,CDPF压降及载体最高温度随着灰分量的增加而上升,不同结构CDPF压降特性差异较大,SCT结构载体最高温度高于ACT结构,CDPF碳烟再生速率随灰分量的增加先上升后下降,在灰分量高时碳烟再生速率上升快且峰值高。极限碳载量下,相同灰分分布系数的不同结构CDPF压降差距明显,SCT结构压降整体高于ACT结构,不同结构CDPF碳烟再生速率和载体温度均随灰分分布系数的增加先上升后下降。
  • YANG Lu,WANG Guiyong,WANG Yuhua and HE Shuchao
    2023,44(3):63-71 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.008
    摘要:
    基于尿素选择性催化还原系统物理模型与尿素喷射量控制模型联合仿真的虚拟标定方法,获得了目标NOx转化率脉谱;采用多目标遗传算法对尿素选择性催化还原系统进行优化,得到最优尿素喷射量目标值,同时优化了NOx转化率和NH3泄漏值。分析了原排参数及优化结果对NOx转化率的影响。仿真结果表明,采用优化后的尿素喷射量可实现较高的NOx转化率,在排温200~300 ℃的条件下NOx转化率平均提高35%左右,同时满足国六排放法规对NH3泄漏限值的要求。
  • YIN Dailin,WEN Yi,LUO Jiaxin,ZHAO Xiaochun and LI He
    2023,44(3):72-82 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.009
    摘要:
    基于COPERT模型和MOVES模型的计算原理,利用车辆特征、气候、燃油等参数信息将蒸发排放因子细化,建立了热浸、运行、昼间、加油4类不同蒸发机制的排放因子数据库,并对国三、国四、国五、国六车辆进行了蒸发实车试验,与模型计算结果校验得知两者的总体变化趋势一致,数据较吻合。利用建立的排放因子库,结合各省市的汽油车保有量、活动水平等数据,计算得到2020年中国汽油车挥发性有机化合物排放总量约为51.42万t。在总的蒸发排放量中,加油排放是最大的贡献者,对总蒸发排放的贡献率为37.4%。
  • YAN Dengkui,MA Zhihao,CHEN Wei,WANG Nan and WANG Xin
    2023,44(3):83-90 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.010
    摘要:
    为了探究不同结构滤纸在振动条件下的油水分离效率的规律,搭建并使用振动柴油–水分离试验台在振动频率为20 Hz、50 Hz、100 Hz、150 Hz、200 Hz和300 Hz,振动加速度为9.8 m/s2,19.6 m/s239.2 m/s2,58.8 m/s2和78.4 m/s2,柴油–水界面张力为22 mN/m,等效面流速为5 cm/min的条件下对4种不同结构的商用滤纸进行油水分离试验。试验结果表明:在4g振动加速度下,油水分离效率仅在20 Hz的低频振动条件下有明显变化;单层滤纸与复合滤纸相比,在振动条件下的油水分离效率变化更明显;沿X方向(柴油流动方向)的振动与沿Y方向(与柴油流动方向垂直且与地面平行的方向)和Z方向(与地面垂直的方向)相比,油水分离效率降低幅度更大;低频振动使水滴提前脱离纤维,并因振动产生的惯性碰撞而破碎导致油水分离效率下降。随着振动加速度的增大,油水分离效率降低,1号(单层聚结式滤纸)、3号(单层阻拦式滤纸)、4号(复合阻拦式滤纸)滤纸在78.4 m/s2的振动加速度下油水分离效率分别下降了7.2%、6.7%、3.4%。
  • PANG Haoqian,ZHANG Pan,WANG Wen,WANG Yanjun,ZOU Jiahua and GAO Wenzhi
    2023,44(3):91-100 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.011
    摘要:
    针对发动机单缸部分失火故障,提出基于小波阈值降噪和残差神经网络的“降噪–残差神经网络”故障诊断方法。通过降噪与深度学习算法相结合,将小波阈值降噪后的振动信号输入到残差神经网络进行故障诊断;使用短残差块进一步防止网络的退化,并利用大卷积核增大长数据输入的卷积视野,提高信号故障特征的提取能力。测试结果证明该方法不仅实现了未参与训练的运转工况97%以上的故障诊断准确率,而且对于加入高斯噪声后的含噪声信号也能实现较高的诊断准确率。通过与其他故障诊断网络进行对比证明了该方法的优越性。
  • WANG Chen,ZHANG Jingzhou and WANG Chunhua
    2023,44(3):101-108 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.012
    摘要:
    在典型燃烧室工作环境下,针对特定双层壁冷却结构,以综合冷却效率和相对压力损失为优化目标,采用径向基神经网络构建数学模型,通过遗传优化算法实现多目标优化,旨在提高其气动和传热性能。在给定的双层壁冷却结构参数范围内,优化后双层壁冷却结构的最大综合冷却效率为0.89,而相对压力损失可降至0.17%。
  • TAN Guirong,ZHAO Zengliang and PAN Mingzhang
    2023,44(3):109-113 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.013
    摘要:
    基于一台可满足国六b排放标准的11 L重型柴油机,采用纯柴油、体积比85%柴油+15%正丁醇和体积比70%柴油+30%正丁醇燃料研究了燃料属性和冷却液温度对柴油机循环波动的影响。结果表明,添加不同比例正丁醇对循环波动的影响并无明显规律,即燃料属性对循环波动的影响机理复杂并可能呈现随机性。 冷却液温度升高,循环波动降低,这在低负荷时更加明显。低十六烷值燃料在低负荷时更宜采取较高的冷却液温度。
  • BAO Yuzhuan,LEI Jilin,LI Weixian,DENG Wei,SONG Guofu and LIU Kang
    2023,44(3):114-124 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.014
    摘要:
    通过建立缸盖–缸垫–缸体耦合模型,采用数值仿真方法,研究了柴油机铸铁缸体和铝合金缸体在施加相同缸盖螺栓预紧力时,改变螺栓孔设计参数对缸孔关键截面失圆变形和平均圆度、圆柱度、同轴度和漏光率4个评价指标的影响。研究发现,铸铁缸体和铝合金缸体的关键截面在傅里叶变换下变形趋势基本一致,除了漏光率基本不变外,平均圆度、圆柱度、同轴度分别增大了54.40%、38.39%、27.08%;对于铝合金缸体,减小沉孔和螺栓孔比值能减小各截面的综合变形,同时平均圆度、圆柱度、同轴度也会减小,但处于螺纹主要受力段以下的截面在傅里叶四阶变形的极值相位角一致性变差;保持沉孔深度不变,适当增加螺纹旋合长度方案下缸体缸孔平均圆度、圆柱度、同轴度下降速率最明显;保持螺纹不变,减小沉孔深度方案下缸体缸孔平均圆度、圆柱度、同轴度的值最小,相较于原始缸体分别下降了32.74%、31.24%、39.34%。
    目次
  • GUO Huaiqian,ZHAO Bin,CHEN Sirui,ZHOU Jiayong,LU Xiqun and MORINA Ardian
    摘要:
    以船用柴油机供油机构中滚轮–浮动衬套–滚轮销为研究对象,考虑其低速重载运行工况下衬套弹性变形,计入表面粗糙特征,构建了浮动衬套内外双层油膜混合热弹性流体动压润滑分析模型,并据此探究了内外层油膜间隙比、衬套宽径比、衬套厚度及其表面粗糙度对环速比、内外层最大油膜压力及承载能力等润滑特性的影响规律。结果表明:滚轮–浮动衬套–滚轮销结构运行过程中内层油膜厚度较小,润滑状态较为恶劣;低速重载工况下,衬套弹性变形与混合润滑效应不可忽略;宽径比越大、内外层间隙比越小,最大油膜压力越小,结构承载能力越强,但温升越高;混合润滑状态仅出现于衬套内层润滑油膜,且衬套表面粗糙度越大,润滑效果越差。
  • FANG Jinwei,LI Su and LIU Xiaori
    2023,44(3):10-16 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.002
    摘要:
    使用不可压缩格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method, LBM)对活塞环进行润滑和流动计算,采用基于非平衡外推和空间插值的方法来重构活塞环几何形状和界面速度边界,通过Reynolds方程验证了LBM的可行性。在此基础上,建立了3种不同的活塞环桶面轮廓,研究了不同活塞环桶面轮廓对润滑和流动的影响,获得了润滑区域的速度分布和流线图。结果表明,在相同条件下,随着桶面偏移量的增加,峰值压力和承载力增加;在几何收敛区域内,润滑油沿流动方向流速快的流体占比逐渐增加;在活塞环入口位置捕捉到了涡流和反向速度分量的存在,随着桶面偏移的增大,涡流区有扩大的趋势。应用LBM计算活塞环润滑是可行的。
  • SUN Sicong,YANG Xin,ZHOU Jianming,CAI Yong and YANG Jianguo
    2023,44(3):17-23 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.003
    摘要:
    针对试验对象与活塞销–衬套润滑机理不一致的问题,以一种新型发动机活塞销–衬套试验台为对象,建立了耦合摩擦学特性的动力学模型,基于试验验证的模型对比分析了不同间隙和粗糙度对润滑性能的影响。结果表明:一定范围内增加活塞销–衬套的间隙,整体上增加了液动润滑的占比,局部的最小油膜厚度减薄,液动润滑产生的摩擦功耗增加,粗糙接触产生的摩擦功耗下降。随着表面粗糙度增加,连杆小端载荷中粗糙接触的占比增加,最小油膜厚度的变化不大,但平均油膜厚度有较大增加,平均膜厚比亦稍有增加,但最小膜厚比下降,液动润滑产生的摩擦功耗微幅降低,粗糙接触产生的摩擦功耗升高明显。
  • CHAO Shen,LIU Cheng,ZHU Guixiang,GAO Yuanjie,GUO Feng and LI Shuyi
    2023,44(3):24-33 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.004
    摘要:
    建立了内燃机凸轮–滚子副非牛顿时变乏油润滑模型,用膜厚比讨论每个凸轮旋转角度的润滑状态。首先,研究滚子打滑情况下接触副的润滑问题,分析了不同滑滚比对膜厚比的影响,发现滑滚比越大,膜厚比小于1.5的凸轮旋转角度越多。讨论了供油膜厚对膜厚比的影响,获得了膜厚比大幅下降的临界供油膜厚。最后,考虑实际工作温度下润滑油黏度的变化,探究了不同黏度对润滑状态的影响,发现黏度为0.01 Pa·s时,部分角度的润滑状态进入边界润滑,且某些工况下摩擦系数随润滑油黏度降低而逐渐降低。
  • CHEN Tao,LEI Jilin,DENG Xiwen,ZHANG Yong,WANG Ruyan and LI Hong
    2023,44(3):34-43 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.005
    摘要:
    为进一步提升柴油转子发动机的性能,对柴油转子发动机缸内燃烧过程进行了研究。此外,考虑到转子发动机在实际工作过程中难以避免的径向泄漏,建立了一种考虑径向密封泄漏的周边进气转子发动机三维动态计算模型,并对模型进行了验证。结合该计算模型,研究了柴油喷射时刻和喷射持续期对燃料分布及燃烧过程的影响。结果表明:当喷射时刻为上止点前80°曲轴转角且喷射持续期为50°曲轴转角时可获得较好的燃烧和排放特性。与原方案相比,缸内峰值压力提升了11.38%,碳烟和CO生成量分别降低了78.71%和92.72%,NOx和CO2生成量有所增加。
  • WAN Yuan,LIU Yongfeng,BI Guijun,LIU Haifeng and ZHANG Lu
    2023,44(3):44-54 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.006
    摘要:
    为研究CO2/O2环境对柴油着火和燃烧特性的影响,以正庚烷为柴油表征燃料,利用CONVERGE计算了不同CO2/O2环境下正庚烷的着火和燃烧过程,并搭建了可视化定容燃烧弹试验平台进行了验证。使用高速摄影机记录了初始温度850 K,初始压力3 MPa,CO2体积分数分别为35%、40%、50%和60%时正庚烷燃烧的自发光强度,利用CHEMKIN中定容均质反应器分析了CO2物理和化学作用对着火的影响。研究结果表明:在CO2体积分数35%时存在爆燃的现象,随着CO2体积分数增长,着火延迟时间增长,着火位置远离喷嘴,稳态燃烧阶段火焰的长度和宽度也增大,CO2体积分数在50%~60%之间时火焰自发光强度峰值明显下降;CO2的物理作用抑制了着火,第三体作用对着火的促进作用大于直接参与反应对着火的抑制作用,造成CO2的化学作用缩短了着火延迟时间,并且随着CO2体积分数增大,化学作用对着火的促进作用更加明显。
  • CHEN Guisheng,ZENG Huixuqing,TIAN Wenjing,ZHANG Kaiqi,YANG Jie and ZHANG Han
    2023,44(3):55-62 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.007
    摘要:
    基于某高压共轨柴油机搭建了三维催化型柴油机颗粒捕集器(catalytic diesel particulate filter, CDPF)模型,研究了极限碳载量下不同结构CDPF的再生特性,分析了不同极限碳载量条件下灰分量及灰分分布系数对不同结构CDPF再生特性的影响。结果表明:极限碳载量下对称孔道结构(symmetrical cell technology, SCT)和非对称孔道结构(asymmetric cell technology, ACT)CDPF最高温度峰值随着极限碳载量增加而上升,不同结构CDPF压降随着极限碳载量的增加而上升且差距明显。随着极限碳载量的升高,CDPF载体温度及碳烟再生速率上升迅速且峰值明显增高。极限碳载量下,CDPF压降及载体最高温度随着灰分量的增加而上升,不同结构CDPF压降特性差异较大,SCT结构载体最高温度高于ACT结构,CDPF碳烟再生速率随灰分量的增加先上升后下降,在灰分量高时碳烟再生速率上升快且峰值高。极限碳载量下,相同灰分分布系数的不同结构CDPF压降差距明显,SCT结构压降整体高于ACT结构,不同结构CDPF碳烟再生速率和载体温度均随灰分分布系数的增加先上升后下降。
  • YANG Lu,WANG Guiyong,WANG Yuhua and HE Shuchao
    2023,44(3):63-71 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.008
    摘要:
    基于尿素选择性催化还原系统物理模型与尿素喷射量控制模型联合仿真的虚拟标定方法,获得了目标NOx转化率脉谱;采用多目标遗传算法对尿素选择性催化还原系统进行优化,得到最优尿素喷射量目标值,同时优化了NOx转化率和NH3泄漏值。分析了原排参数及优化结果对NOx转化率的影响。仿真结果表明,采用优化后的尿素喷射量可实现较高的NOx转化率,在排温200~300 ℃的条件下NOx转化率平均提高35%左右,同时满足国六排放法规对NH3泄漏限值的要求。
  • YIN Dailin,WEN Yi,LUO Jiaxin,ZHAO Xiaochun and LI He
    2023,44(3):72-82 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.009
    摘要:
    基于COPERT模型和MOVES模型的计算原理,利用车辆特征、气候、燃油等参数信息将蒸发排放因子细化,建立了热浸、运行、昼间、加油4类不同蒸发机制的排放因子数据库,并对国三、国四、国五、国六车辆进行了蒸发实车试验,与模型计算结果校验得知两者的总体变化趋势一致,数据较吻合。利用建立的排放因子库,结合各省市的汽油车保有量、活动水平等数据,计算得到2020年中国汽油车挥发性有机化合物排放总量约为51.42万t。在总的蒸发排放量中,加油排放是最大的贡献者,对总蒸发排放的贡献率为37.4%。
  • YAN Dengkui,MA Zhihao,CHEN Wei,WANG Nan and WANG Xin
    2023,44(3):83-90 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.010
    摘要:
    为了探究不同结构滤纸在振动条件下的油水分离效率的规律,搭建并使用振动柴油–水分离试验台在振动频率为20 Hz、50 Hz、100 Hz、150 Hz、200 Hz和300 Hz,振动加速度为9.8 m/s2,19.6 m/s239.2 m/s2,58.8 m/s2和78.4 m/s2,柴油–水界面张力为22 mN/m,等效面流速为5 cm/min的条件下对4种不同结构的商用滤纸进行油水分离试验。试验结果表明:在4g振动加速度下,油水分离效率仅在20 Hz的低频振动条件下有明显变化;单层滤纸与复合滤纸相比,在振动条件下的油水分离效率变化更明显;沿X方向(柴油流动方向)的振动与沿Y方向(与柴油流动方向垂直且与地面平行的方向)和Z方向(与地面垂直的方向)相比,油水分离效率降低幅度更大;低频振动使水滴提前脱离纤维,并因振动产生的惯性碰撞而破碎导致油水分离效率下降。随着振动加速度的增大,油水分离效率降低,1号(单层聚结式滤纸)、3号(单层阻拦式滤纸)、4号(复合阻拦式滤纸)滤纸在78.4 m/s2的振动加速度下油水分离效率分别下降了7.2%、6.7%、3.4%。
  • PANG Haoqian,ZHANG Pan,WANG Wen,WANG Yanjun,ZOU Jiahua and GAO Wenzhi
    2023,44(3):91-100 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.011
    摘要:
    针对发动机单缸部分失火故障,提出基于小波阈值降噪和残差神经网络的“降噪–残差神经网络”故障诊断方法。通过降噪与深度学习算法相结合,将小波阈值降噪后的振动信号输入到残差神经网络进行故障诊断;使用短残差块进一步防止网络的退化,并利用大卷积核增大长数据输入的卷积视野,提高信号故障特征的提取能力。测试结果证明该方法不仅实现了未参与训练的运转工况97%以上的故障诊断准确率,而且对于加入高斯噪声后的含噪声信号也能实现较高的诊断准确率。通过与其他故障诊断网络进行对比证明了该方法的优越性。
  • WANG Chen,ZHANG Jingzhou and WANG Chunhua
    2023,44(3):101-108 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.012
    摘要:
    在典型燃烧室工作环境下,针对特定双层壁冷却结构,以综合冷却效率和相对压力损失为优化目标,采用径向基神经网络构建数学模型,通过遗传优化算法实现多目标优化,旨在提高其气动和传热性能。在给定的双层壁冷却结构参数范围内,优化后双层壁冷却结构的最大综合冷却效率为0.89,而相对压力损失可降至0.17%。
  • TAN Guirong,ZHAO Zengliang and PAN Mingzhang
    2023,44(3):109-113 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.013
    摘要:
    基于一台可满足国六b排放标准的11 L重型柴油机,采用纯柴油、体积比85%柴油+15%正丁醇和体积比70%柴油+30%正丁醇燃料研究了燃料属性和冷却液温度对柴油机循环波动的影响。结果表明,添加不同比例正丁醇对循环波动的影响并无明显规律,即燃料属性对循环波动的影响机理复杂并可能呈现随机性。 冷却液温度升高,循环波动降低,这在低负荷时更加明显。低十六烷值燃料在低负荷时更宜采取较高的冷却液温度。
  • BAO Yuzhuan,LEI Jilin,LI Weixian,DENG Wei,SONG Guofu and LIU Kang
    2023,44(3):114-124 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2023.03.014
    摘要:
    通过建立缸盖–缸垫–缸体耦合模型,采用数值仿真方法,研究了柴油机铸铁缸体和铝合金缸体在施加相同缸盖螺栓预紧力时,改变螺栓孔设计参数对缸孔关键截面失圆变形和平均圆度、圆柱度、同轴度和漏光率4个评价指标的影响。研究发现,铸铁缸体和铝合金缸体的关键截面在傅里叶变换下变形趋势基本一致,除了漏光率基本不变外,平均圆度、圆柱度、同轴度分别增大了54.40%、38.39%、27.08%;对于铝合金缸体,减小沉孔和螺栓孔比值能减小各截面的综合变形,同时平均圆度、圆柱度、同轴度也会减小,但处于螺纹主要受力段以下的截面在傅里叶四阶变形的极值相位角一致性变差;保持沉孔深度不变,适当增加螺纹旋合长度方案下缸体缸孔平均圆度、圆柱度、同轴度下降速率最明显;保持螺纹不变,减小沉孔深度方案下缸体缸孔平均圆度、圆柱度、同轴度的值最小,相较于原始缸体分别下降了32.74%、31.24%、39.34%。