2018年01月01日--2021年12月31日 国家自然科学基金面上项目

多成分燃料高压射流喷雾局部浓度及蒸发率的瞬时测试方法研究

发动机喷雾浓度场信息对于喷雾仿真模型的开发以及发动机燃烧和排放控制十分重要。发动机液体燃料通常含有多种成分，但目前针对多成分燃料喷雾蒸发特性的测量方法却极为罕见。本研究旨在建立一种基于激光励起原子发光光谱分析的喷雾局部浓度及蒸发率的测试方法。利用燃料中氢原子与氛围气中氮原子发光强度之比实现多组分碳氢燃料浓度测试；利用燃料中氧原子与氛围气中氮原子发光强度之比定量分析含氧燃料的局部浓度；利用液滴“微爆”多普勒效应引起的原子发光谱线半峰宽度变化得出局部蒸发率。建立本方法的标定与实验测试系统，结合理论与实验分析各展宽机制对测试结果的影响并提出相应修正方法。最后，利用本方法对沸点不同的多组分燃料以及含氧燃料喷雾局部浓度及蒸发率进行测试；阐明单组分、双组分及多组分燃料喷雾蒸发特性的异同，揭示机理。本研究结果将为新测试方法的开发与实际燃料喷雾仿真模型的构建提供稀缺而重要的实验数据支持。

2016年9月-2019年3月 国家自然科学基金项目

高精度1D/3D仿真技术研究

随着高压共轨燃油喷射与先进燃烧技术的进步，适用于现代柴油机的高精度仿真模型有着重要理论研究意义和实际应用价值：一方面有助于进一步理解现代柴油机工作中缸内工质的物理过程和化学反应过程；另一方面能对整机的标定、性能预测和优化设计等过程提供更准确的指导。本项目以高温高压定容燃烧弹和单缸模型机的实验测试数据为基础，利用GT-Power、CONVERGE、Chemkin等软件对喷雾破碎过程、蒸发过程、湍流作用、化学反应机理、排放机理等各子模型的现有不同理论进行比较与验证，并对相关的模型常数和计算过程进行修正，形成适用于现代柴油机高温高压工作环境的高精度仿真模型。最后，利用本研究的仿真模型，不仅能对相应实验工况条件下的结果做出符合一定精度的预测，同时能以此为基础完成相关的柴油机喷雾燃烧系统优化设计工作。

2018年1月-2022年1月 十三五XXXD项目、中船动力研究院校企合作项目

柴油机喷雾燃烧相似性研究

大型柴油机研发过程中，由于其体积大、成本高，很难直接用与其相同尺寸的单缸模型机进行大量试验来完成相应的优化设计任务。采用缩小比例的单缸模型机，通过适当设计再现目标大型机的喷雾燃烧与排放特性并映射回大型机的设计过程中，一方面有利于降低大型柴油机零部件开发过程和整机优化过程的成本，另一方面对不同缸径柴油机产品研发的集约化有指导意义。因此，不同尺寸柴油机间喷雾燃烧过程的相似性研究具有重要理论研究意义与实际应用价值。本项目在十三五XXXD项目和中船动力研究院的支持下，基于实际单缸模型机设计按相应比例缩放的喷油器、缸套、活塞等柴油机零部件，设计开发关于大小柴油机转速、喷油压力、喷射脉宽等单值条件的相似性规则，探究传热损失、涡流比等有关变量的影响，结合三维CFD仿真对柴油机喷雾燃烧相似性理论进行验证、修正和完善，形成基于相似性理论的整机设计与优化流程。

2017年7月--2020年6月 上海市国际合作项目

时空可控先进点火技术研究

高增压高稀释比燃烧是提升发动机热效率的有效途径，但受限于目前仍无稳定点火技术，高稀释比燃烧时循环变动较大。增加点火能可一定程度提高点火成功率，但初期火核形状、大小、位置等均对稳定点火有重要影响，因而单纯增加点火能效果有限。实现点火放电时空灵活可控，有潜力突破高增压高稀释比混合气点火困难的技术瓶颈。但受限于对点火过程物理机制的理解仍较肤浅，当前点火技术研发只能依赖经验，远非完美。本项目将利用高速显微摄影观测点火过程，进行光谱分析测试等离子体温度，开发激光诱导磷光技术监测电极温度，构建点火过程仿真模型，形成从电能供给、击穿放电、混合气升温、直至初期火核形成与发展的全过程能量流解析方法。揭示点火过程物理机制，构筑仿真模型，最终开发实现高增压高稀释比燃烧的大功率灵活放电高效点火系统。项目成功实施对改善发动机热效率、节约能源、降低有害排放、以及丰富发展内燃机燃烧理论具有重要科学意义与应用价值。

火花放电高速摄影

火花放电光谱测温

点火能测试

2018年-2023年 大型邮轮创新工程（一期）

大型豪华邮轮动力系统集成

课题依托我国第一艘大型豪华邮轮建造为契机，以解决设计问题为宗旨，以引进的邮轮设计图纸、设备图纸、计算分析报告和工艺图纸为研究标的，对技术资料进行梳理，探寻动力系统集成设计建造方法。课题研究具有重要而深远的意义，首先它标志着我国正式进入大型邮轮动力系统设计领域，填补我国大型邮轮设计空白，同时课题研究也将为我国积累宝贵的大型综合电力推进系统应用经验。项目主要目的在于解决攻克动力系统集成设计方法、动力系统集成关键技术、构建动力系统评估体系以及制定相应的设计规范与管理流程。

2016年10月--2018年3月 上汽基金项目

P2混合动力车型能量管理研究

混合动力是整车节能减排重要的技术方向，P2+DCT技术路线是当前业内重要的混合动力构型技术方案之一。本项目依托上汽集团乘用车技术中心在研P2混合动力车型项目，在整车能量管理方面进行了深入的研究。通过整车阻力、动力总成匹配、传动系效率、整车寄生负荷、混动系统在整车标准测试工况下（NEDC）效率最优化方案等方面展开相关研究，达到上汽P2项目车型相比传统车型节油率超过20%要求。同时，实现了整车能耗计算模型计算误差低于3%，从而为上汽新能源车型开发提供必要的理论支撑与技术支持。

2016年01月01日--2018年12月31日 国家自然科学基金——青年科学基金项目

柴油和生物柴油喷雾射流反应流中碳烟颗粒的采样诊断研究

随着我国机动车保有量的不断增加，机动车颗粒物的排放污染问题愈发严重，这就需要对颗粒物生成的内在机制有更深入的了解。本研究借助定容燃烧弹，对高环境温度和压力下柴油和生物柴油喷雾反应流中颗粒物进行采样研究。本课题首先对两种燃料的喷雾燃烧特性进行研究，以求揭示出火焰结构和火焰浮起长度对碳烟生成及空间分布的影响。在此基础上对燃烧喷雾中的颗粒进行采样并对样品进行理化分析表征，从而进一步阐明燃油喷雾射流中碳烟颗粒的纳观结构、表观形貌的演化发展历程及其理化属性。为了澄清颗粒间相互作用力对颗粒凝结团聚机制的贡献及其影响因素，本课题对碳烟凝聚态絮状颗粒物团聚机制及力学属性进行了实验研究。 最后，通过对采样颗粒物挥发性有机成分中多环芳香烃的提取及分析检测，揭示采样碳烟颗粒吸附的多环芳香烃的生成特性及其随燃烧过程发展的演化规律。本研究对发展柴油机低温燃烧理论，探索降低颗粒排放的技术途径有重要价值。

碳烟采样实验装置结构简图

不同喷油量（10,30,50mg），碳烟基元颗粒直径分布曲线图

2016年10月--2018年3月 国家自然科学基金

基于氛围气激光诱导荧光法的射流浓度测试方法研究

当利用PLIF探究燃料的浓度分布时，通常的做法不是直接用激光照射在燃料的射流中，而是在燃料中加入示踪粒子（tracer），这种方法叫做Fuel Traced LIF, 用tracer的分布去代表燃料的分布，因此，tracer的选择及其重要。理想的tracer应该在液滴形成、蒸发、输运、扩散、反应等方面与被测燃料的特性相似，显然，要想找到能满足所有条件的理想tracer是非常困难的，不同燃料有着各自的物理特性，那就不能只用一种tracer去研究性质有较大差异的燃料，因为不同的tracer带来的测试不确定性不同，这就限制了一些燃料之间的互相比较。同时，目前我们所使用的燃料，例如汽油、柴油，本身是多组分的，而且每个组分的特性都不尽相同，这又给Fuel Traced LIF带来了一定难度。本课题组将丙酮作为tracer加在氛围气中去测量气体射流的浓度分布，分析局部混合气的形成。这种方法在一定程度上避免了tracer选择的限制，由于tracer加在氛围气中而不是被测燃料，研究人员不必再去考虑tracer的分布是否可以代表被测燃料的分布，所以理论上该方法是可以探测不同的燃料射流，并进行对比。LIFA优点总结如下：选取荧光剂灵活，不受燃料的限制；可以测取多组分燃料浓度，而LIF只能测取单一组分或者有限组分的燃料；由于其tracer在氛围气里，且提前加入浓度已知，因此可以实现在线标定，减少每次激光脉冲波动对实验结果的影响。

试验装置布置图

不同时刻的瞬态射流

射流浓度平均值及标准差分布状况

2016年10月--2018年3月 国家自然科学基金

高压射流喷雾瞬态现象研究

研究意义：本研究旨在探究超临界低氧氛围内高压喷雾射流减速瞬时火焰回撤机理，明确火焰回撤的边界条件，为构筑低温燃烧时 HC/CO 排放的控制策略提供重要参考，对发展高效清洁燃烧理论，探索开发极限条件下燃烧可控的先进发动机的技术途径有着重要理论价值与工程指导意义。

研究内容：
（1）跨临界/超临界射流与氛围气的混合过程及相应理论研究；
（2）高压喷雾射流减速瞬时卷吸波的形成与发展机理及其对近喷孔区域过度混合的影响研究：
（3）高压喷雾射流反应流减速瞬时火焰回撤机理研究；

试验装置布置图