发动机燃烧与性能研究

Alicat 已被 1,000 多篇同行评审的研究论文引用。以下论文重点关注发动机燃烧和性能以及该领域的新兴技术。如果您希望突出您的研究，请联系我们。

旋转诱导吸入下涡轮机边缘斜槽密封件的密封性能

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本研究的重点是涡轮机边缘密封件的密封能力，该涡轮机边缘密封件受到热气体吸入的驱动，纯粹由转子盘泵送效应驱动，而不是由导叶和转子叶片经过等主流特征引起的。目的是为旋转占主导地位的条件提供有用的数据，并阐明边缘密封中涉及的流动物理学。首次提出了在密封件外部不存在和存在轴向、轴对称主流流的情况下对溜槽密封件的密封有效性的实验测量。测试矩阵涵盖从 1.5×10 ⁶到 3×10 ⁶的旋转雷诺数 Re _ø和从 0 到 4×10 ⁴无量纲流量 C _w的范围主流流量（如果存在）按比例缩放以匹配轴向雷诺数 Re _ax的发动机代表性条件。

(a) 主流和吹扫空气供给供应，(b) 密封有效性测量系统

给出了转子-定子盘腔和边缘密封间隙内的稳定压力和气体浓度测量结果，并与其他密封设计的已发布数据进行了比较。滑槽密封的密封性能与最小间隙相同的轴向间隙密封有些相似。

参考

Bru Revert, A.、Beard, PF、Chew, JW 和 Bottenheim, S. (2020)。旋转诱导吸入下涡轮机边缘斜槽密封件的密封性能。物理学杂志。2021 年检索自 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1909/1/012035/meta。

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环形燃烧室顺时针和逆时针旋转热声模式之间间歇转换的实验和低阶建模

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燃气轮机和飞机发动机的环形燃烧室受到不稳定的方位角热声模式的影响，导致高振幅声波在方位角方向传播。对于某些操作条件，波的传播方向随机切换。燃气轮机燃烧室中普遍存在的强湍流噪声是热声模式的随机激励源，并且可能是这些切换事件的原因。提出了一个低阶模型来定性描述热声方位角模式动力学的这一特性。该模型基于声波方程，其中包含用于解释火焰响应的不稳定热声源项和用于解释湍流燃烧噪声的随机项。

在某些条件下，该模型正式简化为 Fokker-Planck 方程，描述具有两个对称井的潜在景观中的随机扩散过程：一个井对应于顺时针方向传播的模式，另一个井对应于沿顺时针方向传播的模式。逆时针方向。当湍流噪声水平足够时，随机力使模式随机地从一个井跳到另一井，再现方向切换现象。实验在具有 12 个氢-甲烷火焰的实验室规模环形燃烧器上进行。使用系统识别技术将模型拟合到实验数据上，从而提取随机激励的势形状和强度。

参考

Faure-Beaulieu, A.、Indlekofer, T.、Dawson, JR 和 Noiray, N. (2021)。环形燃烧器中顺时针和逆时针旋转热声模式之间间歇转换的实验和低阶建模。燃烧研究所学报，38(4), 5943–5951。https://doi.org/10.1016/j.proci.2020.05.008

预热旋流空气影响下旋流稳定燃烧室中丁醇-Jet A-1 混合燃料的燃烧特性

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生物燃料是碳中性替代燃料，已成为航空业减少温室气体排放的重要能源。丁醇被认为是一种新兴的生物燃料，具有适合燃气涡轮发动机应用的特性。它传统上是通过生物质发酵工艺（丙酮-丁醇-乙醇发酵）生产的。为了检验丁醇作为工作燃料的可行性，在实验室规模的旋流稳定燃烧器中检验了丁醇和丁醇/Jet A-1 混合物的燃烧特性，重点是由于燃烧过程中入口空气温度的变化而导致的预热效果。飞行操作。为了使恒定空气温度达到 150°C，对进入的空气（主空气）进行预热并研究各种当量比。

与纯 Jet A-1 相比，丁醇/Jet A-1 混合物的火焰对全局排放特性表现出更好的影响，并且与向 Jet A-1 添加丁醇时的温度分布相当。与纯 Jet A-1 相比，50% 丁醇负载的混合物减少了 29% CO 和 24% NO _x，而 30% 负载量也遵循类似的趋势，并且污染物排放量略高于 50% 混合物的情况。此外，30% 和 50% 丁醇混合物都显示出类似的火焰温度分布，高于纯 Jet A-1。

参考

Kumar, M.、Chong, CT 和 Karmakar, S. (2021)。在预热旋流空气影响下，旋流稳定燃烧室中丁醇喷射 a-1 燃料混合物的燃烧特性。国际能源研究杂志。https://doi.org/10.1002/er.7331

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研究 SOFC-ICE 混合系统火花点火燃烧下的阳极废气

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固体氧化物燃料电池-内燃机 (SOFC-ICE) 混合系统是一种极具吸引力的发电解决方案。该系统利用SOFC的阳极废气作为ICE的燃料源，通过能量级联实现高达70%的理论电力转换效率。通过改变燃油空气当量比 (phi) 和压缩比 (CR)，使用单缸协同燃料研究 (CFR) 发动机进行实验研究，以研究发动机负载、燃烧特性和干式 SOFC 阳极关闭的排放水平。由33.9％H ₂、15.6％CO和50.5％CO ₂组成的气体。通过测量发动机排出的二氧化碳排放量来直接评估阳极废气的燃烧效率。

当 phi = 0.90 且 CR = 13:1 时，净指示燃料转化效率最高，为 31.3%。这些结果表明，使用火花点火燃烧模式可以成功氧化阳极废气。阳极尾气的燃料转化效率预计将在更现代的发动机架构中进一步提高，与 CFR 发动机相比，可以实现更高的燃烧率。由于气缸峰值温度从未超过 1800 K，阳极废气燃烧产生的氮氧化物排放量极小。这项实验研究最终证明了 ICE 使用阳极废气运行的可行性，从而为 ICE 创造了补充作用与混合动力发电厂中的 SOFC 配对。

参考

Ran, Z.、Longtin, J. 和 Assanis, D. (2021)。研究 SOFC-冰混合系统火花点火燃烧下的阳极废气。国际发动机研究杂志，146808742110169。https://doi.org/10.1177/14680874211016987

富氢分层旋流火焰闪回至火焰稳定转变的见解

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在这项研究中，我们研究了富氢分层旋流火焰在火焰闪回到具有旋流数 0.9 的轴向旋流器的环形混合管中后的火焰稳定性行为。确定了两种不同的火焰稳定模式，即中间稳定和火焰稳定。对于 80% 或更高的氢富集度的燃料，发现回火会导致火焰稳定。丙酮-PLIF 测量用于评估混合管中的当量比分布。

结果表明，混合管内的流动间歇性地存在富燃料区。此外，还进行了高速激光诊断和同步化学发光成像，以了解火焰传播从中心体边界层到外壁边界层的转变。借助时间分辨图像和同时速度场，确定了闪回到火焰稳定过渡的四个不同阶段。值得注意的是，由于火焰与富含燃料的区域相互作用而形成明亮的火焰核心，对外壁边界层附近的接近流施加显着的偏转。发现锐尖狭窄的火焰结构将火焰固定在外壁上。

参考

Ranjan, R. 和 Clemens, NT (2020)。深入了解富氢分层旋流火焰的闪回到火焰稳定的转变。燃烧研究所学报，38(4), 6289–6297。https://doi.org/10.1016/j.proci.2020.06.017

预测天然气火花点火发动机燃烧反馈信息的随机森林机器学习模型

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发动机标定需要详细的反馈信息，能够反映燃烧过程作为优化目标。指示平均有效压力（IMEP）是描述发动机在不同控制变量组合下做功能力的指标。在这种情况下，寻找具有成本效益的解决方案来减少实验测试的数量是很有意义的。本文提出了一种随机森林机器学习模型，作为优化发动机性能的经济有效的工具。具体来说，该模型估计了从改装柴油发动机获得的天然气火花点火发动机的 IMEP。目标是开发一种经济且强大的工具，有助于减少内燃机设计和开发过程中通常需要的大量实验。

用于构建此类相关模型的数据来自改变火花提前、燃油空气比和发动机转速的发动机实验。入口条件和冷却剂/油温度保持恒定。因此，模型输入是影响发动机性能的关键发动机运行变量。经过训练的模型能够以良好的精度预测燃烧相关的反馈信息（R ² ≈ 0.9 和 MSE ≈ 0）。此外，该模型准确地再现了控制变量对IMEP的影响，这将有助于缩小未来实验设计的操作条件的选择范围。总的来说，这里介绍的机器学习方法可以为具有成本效益的发动机分析和诊断工作提供新的机会。

参考

Liu, J.、Ulishney, C. 和 Dumitrescu, CE (2020)。用于预测天然气火花点火发动机燃烧反馈信息的随机森林机器学习模型。能源技术杂志，143（1）。https://doi.org/10.1115/1.4047761

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