掺水乳化柴油缸内燃烧数值模拟研究

利用计算流体力学(CFD)软件AVL-FIRE对柴油机缸内燃烧过程进行三维数值模拟.研究标准喷油量和标准含油量2种工况下不同掺水比例对于乳化油燃烧放热率、缸内温度、压力、NOx、碳烟等影响.研究表明柴油掺水乳化能够降低其燃烧产生的碳烟量,与纯柴油相比最大可降低43.8％碳烟排放,减排效果明显;标准喷油量下随着掺水比例的...     

燃油喷射对柴油机燃烧及排放的影响

针对4190柴油机燃油系统电控化改造项目,应用AVL_FIRE三维CFD软件平台,建立该机缸内高压循环仿真模型,通过台架试验获得缸压曲线验证仿真计算的正确性。借助模型研究燃油喷射系统参数对燃烧、NOX和碳烟颗粒生成等的影响。结果表明:随着喷孔锥角的增大,缸内最大温度与压力逐渐增大,采用小喷孔锥角时,NOx排放浓度低,但碳烟排放浓度较高;喷油器喷孔直径增大,缸内压力与温度逐渐增大,采用0.30 mm喷孔直径时,NOx和碳烟的排放浓度均较低;喷油提前角增加导致缸内温度增大,NOx排放浓度增加,碳烟排放浓度降低。     

低活性燃料对柴油机RCCI的工作性能影响

为实现柴油机节能减排,提高燃烧效率,满足TierⅢNO_x排放法规和碳中和目标,建立TBD620柴油机三维仿真模型。通过甲醇进气道喷射法和缸内直喷掺水乳化油技术相结合,研究燃用低活性燃料对柴油机RCCI燃烧模式的工作性能影响。在额定工况下,柴油机转速为1 800 r/min,设置10%～50%共5组甲醇掺混比,每组甲醇掺混比都对应0～20%的6组掺水率,共30组模拟组合进行研究。研究结果表明：随着进气道甲醇量增加,柴油机燃烧始点滞后1～2℃A、燃烧初期放热率峰值升高,燃烧效率下降40.0%,缸内爆压升高5.1%,CO₂和NO_x排放分别下降41.8%和7.7%;随着掺水率增加,柴油机燃烧始点滞后1～2.5℃A,燃烧初期放热率峰值升高,燃烧效率提高8.1%,NO_x排放最大下降13.3%,2种技术不同组合下柴油机CO₂和NO_x排放显著改善、燃烧效率升高,甲醇进气道喷射法和缸内直喷掺水乳化油技术组合的RCCI燃烧模式,对于实现TierⅢ NO_x...     

某490增压柴油机燃用二甲醚燃料的性能计算与分析

应用CFD软件STAR-CD,建立了某490增压柴油机燃用二甲醚的燃烧模型.在额定功率下,计算了二甲醚在不同喷油提前角时缸内温度、压力、NOX随曲轴转角的变化情况.结果表明:柴油机中燃用二甲醚燃料NOX排放浓度显著降低.通过对上止点前5°,7°,9°时不同喷油始点的计算表明,提前角增大,NOX生成量增加.为二甲醚燃料的推广使用与燃烧系统的优化提供了参考.     

燃烧室对4190船用柴油机燃烧及排放性能的影响

结合4190ZLC-2型船用柴油机电控化改造项目,应用AVL_FIRE专业软件,建立柴油机缸内高压循环的仿真模型,通过台架试验获得缸压曲线,验证模型的正确性。利用该模型研究燃烧室型式、结构参数对燃烧过程和排放浓度等的影响。结果表明:缩口燃烧室的排放性能最好;喉口直径较小时,NOx排放浓度低,但是碳烟排放浓度较高;凸台高度增大使得缸内高温区面积减小,缸内最高温度增大,凸台高度越小,NOx排放浓度越高,但碳烟排放浓度较低;随着凹坑半径增大,缸内最高温度和压力逐渐增大,排放浓度也会受到很大影响。     

掺烧不同比例二甲醚柴油机燃烧与排放特性的影响

为研究不同比例的二甲醚/柴油混合燃料的燃烧性能与排放特性的研究，以4190ZLC-2型船用中速柴油机为原型机，运用AVL_FIRE仿真软件构建燃烧室高压循环模型，首先通过仿真数据与台架试验的缸压曲线进行对比，验证模型的准确性。研究结果表明：经过双喷油孔的二甲醚（DME）进入缸内后，呈现明显的燃烧阶段DME低温燃烧和柴油扩散燃烧；随着DME的掺烧比例的增大，缸内压力和温度峰值有增大的趋势，对应的相位有所提前；在100%负荷工况下NOX排放最终呈现先减小后增大；在CO和碳烟排放中呈现显著降低趋势。在反应过程中掺烧DME缩短了滞燃期和燃烧持续时期，混合质量较柴油好，DME和柴油混合后有良好的雾化特性，为后期的DME研究提供参考。     

掺水燃烧对STC柴油机燃烧和排放特性的影响

文章对采用相继增压(STC)技术的TBD234V6型柴油机在25％Pe0和75％Pe0工况下的燃烧和排放特性进行研究,分析不同比例的掺水乳化油对缸内压力、缸内温度场、燃烧放热率、NO和Soot浓度场的影响,并通过灰色决策理论确定最佳掺水率.模拟结果表明:随着掺水率的升高,相比原机,STC柴油机在25％ Pe0工况下缸内压力先升高后降低,在75％ Pe0工况下最高缸压逐渐下降;在25％Pee0和75％Pe0工况下,STC柴油机的燃烧放热率均滞后,折合油耗率呈下降趋势,缸内高温分布区域逐渐缩小,NO和Soot生成质量分数下降.通过灰色决策优化评估分析,计算得出25％Pe0和75％Pe0工况下最佳掺水率分别为20％和15％.在高负荷下掺水率过高,STC柴油机的动力加速性能减弱,故掺水率不宜过高.     

掺烧乙醇/水对柴油机燃烧与排放性能的影响

针对TBD234V6型柴油机,采用AVL-fire软件对额定工况下,不同乙醇/水掺混比进行三维数值模拟研究,对比分析缸内压力、缸内温度、缸内温度场、燃烧放热率、NOx浓度、NOx浓度场、Soot浓度、Soot浓度场,并通过赋权法确定最优乙醇/水掺混比。结果表明：随着乙醇/水掺混比的增加,缸内压力逐渐升高,燃烧放热率滞后,燃油消耗率呈上升趋势,但在0E10W时,最高燃烧压力下降率约为3.7%;燃油消耗率下降0.38%;缸内高温分布区域缩小,NOx和Soot浓度下降。通过计算确定最优掺混比为20E10W,此时,最高燃烧压力提升5.6%,燃油消耗率上升2.41%,NOx排放下降率约为18.8%,Soot排放下降率约为29.6%。研究结果可为船用柴油机采用柴油/乙醇/水三燃料燃烧提供一定的指导依据。     

掺水乳化油对船用柴油机性能影响优化分析

为探索掺水乳化油对船用柴油机动力性、经济性和排放性能影响,采用AVL-fire软件对TBD234V6型柴油机进行仿真建模,选取柴油机推进特性额定工况运行时,对不同乳化油掺水比进行三维数值模拟研究。结果表明,随着掺水比的增加,相比原机,其缸内爆压逐渐降低,燃烧放热率峰值明显滞后,折合油耗率呈先下降后上升的趋势,NO_X排放量显著降低,Soot排放量上升。通过灰色决策理论结合主客观赋权法确定10%为最优掺水比,此时缸内爆压下降6.9%,折合消耗率下降6.5%,NO_X排放降低36.1%,Soot排放上升110.6%。研究结果可为船用柴油机掺水乳化油燃烧提供一定参考依据。     

掺烧乙醇/水对柴油机燃烧与排放性能的影响

针对TBD234V6型柴油机,采用AVL-fire软件对额定工况下,不同乙醇/水掺混比进行三维数值模拟研究,对比分析缸内压力、缸内温度、缸内温度场、燃烧放热率、NO_X浓度、NO_X浓度场、Soot浓度、Soot浓度场,并通过赋权法确定最优乙醇/水掺混比。结果表明:随着乙醇/水掺混比的增加,缸内压力逐渐升高,燃烧放热率滞后,燃油消耗率呈上升趋势;但在0E10W时,最高燃烧压力下降率约为3.7%,燃油消耗率下降0.38%,缸内高温分布区域缩小,NO_X和Soot浓度下降。通过计算确定最优掺混比为20E10W,此时的最高燃烧压力提升5.6%,燃油消耗率上升2.41%,NO_X排放下降率约为18.8%,Soot排放下降率约为29.6%。研究结果可为船用柴油机采用柴油/乙醇/水三燃料燃烧提供一定的指导依据。     

米勒循环对船用低速柴油机性能影响的仿真研究

针对节能减排对船舶行业所具有的重要意义,对应用米勒循环技术的某型船用低速柴油机进行了模型验证与仿真计算,分析了米勒循环强弱对柴油机性能的影响,给出了米勒循环强弱对柴油机缸内压力、温度、放热率及NOx排放的影响规律,并对船用低速柴油机的综合性能进行了评估。研究结果表明：米勒循环强弱对柴油机缸内温度及放热率具有较大影响,控制米勒循环强弱能够显著降低NOx的排放,排气阀每晚关10oCA, NOx生成量降低6%-7%,当米勒循环增加到一定程度时,继续加强米勒循环将在降低NOx排放的同时,导致燃油经济性降低且需高压比的增压器匹配,使得配机成本增加,这些结论将为船用低速柴油机的进一步开发提供参考。     

某船用柴油机SCR系统匹配性能试验分析

针对某船用柴油机,在D2试验循环模式下进行原机和加装SCR系统后的性能对比试验,分析SCR反应器在无尿素喷射时对柴油机排气特性和经济性的影响,同时还分析按氮氨比为1∶1进行尿素喷射时SCR系统的工作性能。试验结果表明:柴油机安装SCR系统后,排气背压和排气温度均有所上升;经济性略有下降,额定工况下降低幅度在1%左右;虽然增压器后NOX排气浓度增大,但NOX质量流量下降幅度较大,额定工况下降幅度为12.3%,尿素基本喷射量标定计算应以加装SCR反应器后的柴油机排气参数为依据;NOX加权比排放由原机的12.63 g/k Wh降低到11.52 g/k Wh,降低了8.7%。按氮氨比为1∶1的比例进行尿素喷射时,SCR系统能满足Tire III的NOX排放限值要求。研究结果可为SCR系统设计和尿素喷射量的标定提供一定的指导依据。     

电控单体泵对某型船用柴油机的优化研究

本文通过改变喷油嘴孔径、喷油器启阀压力、单体泵相位差、柴油机冷却水温度进行油耗对比试验,得到负荷特性和推进特性下的经济性最优点,然后通过适当牺牲经济性来改善排放,并与原机进行对比。NOx和CH的浓度都有明显的降低,NOx最大降低79%,CH最大降低达79.7%,表明对传统机械泵柴油机进行电控单体泵改造是降低排放的一种有效措施。     

乳化柴油经济性与排放特性研究

文章试验评估了乳化柴油的使用对直喷柴油机排放特性的影响,并比较了在东风6135柴油机上使用普通柴油和乳化柴油时检测到的运行参数,结果表明,乳化柴油的使用会明显降低排放尾气中NO_X的浓度,且各种工况下NO_X排放减少率都维持在22%左右,比较稳定;在含水量不大于12%时,乳化柴油中含水量越大,NO_X排放减少越明显。通过试验还发现,使用乳化柴油会使尾气中CO浓度大幅度提高,减少乳化柴油中乳化剂成分可使CO排放的增加率降低。     

涡流比对柴油机NOx排放的影响

利用KIVA-3V程序模拟了柴油机的燃烧过程,通过改变涡流比的大小计算了缸内燃烧的压力、温度和有害物质NOx的生成浓度。通过对柴油机燃烧过程的模拟计算可分析得出,当涡流比增大时,NOx排放值升高,表明减小涡流比可以降低NOx的排放。但是,燃烧室内的涡流过强和过弱对发动机的性能都是不利的,对具体的燃烧室结构和喷油系统,合理匹配涡流运动十分必要。     

柴油机米勒循环结合EGR的性能分析及优化

文章建立了增压柴油机米勒循环结合EGR(废气再循环)的热力学模型,利用模型分析了柴油机设计参数对其性能的影响,为米勒循环结合EGR的增压柴油机参数设计提供了理论依据。研究表明,要使WP7柴油机的热效率和平均有效压力同时提高,增压系统效率需大于0.7。同时,以柴油机转速为1 500 r/min外特性工况点的NO_X排放下降50%、最高爆发压力不超过原机为约束条件,对WP7柴油机参数进行了优化设计。优化结果表明,该方法将有效压缩比从18降低到15.5,再结合12%的EGR率,可以在保持柴油机经济性、动力性与原机基本一致的前提下,将NO_X排放下降50%以上。     

运行参数对双燃料船用柴油机燃烧和排放性能的影响

为研究运行参数对天然气-柴油双燃料船用发动机燃烧和排放的影响,运用AVL_FIRE仿真软件基于4190Z_LC-2型船用中速柴油机,构建燃烧室高压循环模型。通过将仿真数据和台架试验得到的缸压曲线进行对比,验证模型的准确性。采用模型仿真,研究运行参数对燃烧和排放性能的影响。结果表明:天然气替代率可以明显改善NO的排放,过高的替代率会降低指示功率,损失部分动力性;提高进气温度可改善燃烧质量,合适的进气温度可以改善动力性和经济性;提高进气压力有增压效果,适当提高进气压力可获得较好的动力性和排放性;喷油提前角的增大,会延长滞燃期,缩短后燃期,而合适的喷油提前角可以避免工作粗暴,改善柴油机动力性。     

基于正交—主元分析对柴油机燃烧参数匹配优化

基于电控化改造后的4190柴油机，利用AVL—FIRE软件建立天然气—柴油双燃料发动机燃烧室高压循环模型，并与原机进行验证。采用正交试验法以指示功率和NOX生成量为优化目标，并对燃烧参数进行匹配，进行仿真试验。利用主成分分析法对仿真结果进行优化分析，将优化结果与正交试验结果对比并最终代入模型进行检验。通过正交—主成分分析得出：柴油机运行参数对低温燃烧影响的主次顺序与正交试验设计基本一致，且具有更高的可靠性和准确度。优化后的参数为：天然气替代率45%，进气压力0.224MPa，EGR率12.5%，进气温度335.15K，喷油提前角22.7°对应的指示功率为37.83kW，NOX生成质量分数比原机降低78.73%，比极差分析最优组合降低10.92%。该优化方案在保证动力性的前提下可以有效地降低NOX排放。