舰用电站柴油机过渡工况的性能研究

采用自行设计的过渡工况控制及测量系统，对舰用电站柴油机进行加载过渡工况下柴油机的空燃比、消光烟度及示功图参数的测试；试验结果表明，随负荷增加率的上升，空燃比减小，燃烧恶化，燃烧始点后移，预混燃烧比明显下降，上述原因导致了在加载过渡工况下，随负荷增加率的升高，柴油机的性能恶化。油耗增加，燃烧噪声变大，排气烟度上升。     

船用增压柴油机不同负荷下燃烧排放性能研究

为了研究柴油机在不同运行工况下偏心燃烧室缸内燃烧及排放情况,采用三维流体数值分析软件AVL FIRE建立某型柴油机燃烧及排放的计算模型。通过对不同负荷下柴油机燃烧及排放的模拟,计算该型柴油机缸内压力、温度等参数随曲轴转角的变化及燃烧温度、燃空当量比、NO和Soot的分布情况。研究表明：随着负荷的增加,在高负荷下易出现燃油撞壁现象;NO生成量随着负荷的增大而增加,在负荷增大到一定值时反而减小;NO生成主要分布于燃烧室偏心侧,高工况时NO大量生成在燃烧室边缘;Soot主要集中在油束与缸盖之间的缝隙位置。     

降低船用柴油机NOx排放率的研究

在"低温燃烧"的概念下,根据IMO<船用柴油发动机氮氧化物释放控制技术规则>推荐的试验程序,对一台4135G柴油机在推进工况下进行改变喷油正时和压缩比的试验研究.结果表明延后喷油正时和(或)减少压缩比可以实现柴油机的"低温燃烧",从而降低柴油机的NOx排放率,但柴油机的油耗率和烟度将受到影响;若采取喷油正时延后4°和压缩比提高5.5%的组合技术方案时,则可使柴油机在推进工况下的NOx平均排放率减少16.3%,柴油机的油耗率稍有降低,但烟度在高负荷时稍有增加而低负荷时稍减.     

柴油机使用柴油/甲醇双燃料降低排放的试验研究

在4100AD柴油机上采用组合燃烧方式,即低负荷时发动机仅燃用柴油,中等以上负荷燃用柴油与预混甲醇,对发动机排放性能进行试验研究.试验表明,在额定转速下,喷醇发动机与原柴油机相比,NOx和碳烟排放大为改善,而THC排放有所增加,低负荷工况对CO排放有一定改善.     

绞吸挖泥船柴油机排放性能的优化

针对绞吸挖泥船柴油机在香港国际机场第三跑道3206标段回填工程中排放性能不达标的问题,对“天滨”绞吸挖泥船的16V240ZC型柴油机排放问题进行分析,重新匹配增压器,改造冷却水系统,增加VTG（增压器可变喷嘴）电子控制系统,并进行实船应用。结果表明,改善后的柴油机的空燃比得以优化,燃烧效率提高,油耗降低3%,烟度值FSN从0.61下降到0.40以下,改善了排放性能。     

进气挡板对TBD620柴油机燃烧过程的影响分析

通过实测示功图计算燃烧放热率,根据TBD620柴油机的进气涡流挡板对柴油机燃烧过程的影响测试,获取数据。得出在低负荷下,关闭进气涡流挡板,可提高进气涡流比,有效改善缸内可燃混合气形成质量,缩短滞燃期、增强预混燃烧比例。     

重油在线乳化装置在实船柴油机上的试验与分析

开发了一套基于在线乳化理论的重油乳化智能控制装置,该装置根据船舶柴油机运行参数,在不改变柴油机结构、不添加乳化剂的前提下,应用单片机技术,运用模糊控制理论,油水比例随船舶柴油机负荷变化实现掺水的优化控制,使船舶柴油机达到较佳的节能效果。同时采取加压防破乳技术,在重油高温状态下,实现了良好的重油乳化效果,且边乳化边稳定燃烧。在"宁大6号"船舶柴油机上进行推进特性、废气排放特性等试验。结果表明,常用工况节油率可达9.8%,NOx降低率为15.40%,烟度降低率为24.92%,具有较高的实用推广价值。     

O_3协同SCR处理船舶柴油机废气排放的试验

为提高船用柴油机低负荷下选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)反应器的NO_x转化率,采用O_3协同SCR进行排气处理试验研究。试验研究结果表明:柴油机在40%负荷率以下的低负荷工况,SCR反应器不工作的情况下,排气管中注入O_3,NO_2/NO浓度比得以提高;柴油机在20%负荷率工况下,NO_2/NO浓度比达到30%。同时,O_3可有效地降低柴油机烟度(K值)和HC的排放,其排放浓度与注入O_3前相比,最高降幅分别达到51%和19.1%。柴油机在30%负荷率以下的低负荷工况,SCR反应器按氨氮比1∶1的标定尿素喷射量喷入尿素时,SCR反应器前的排气管注入O_3与注入O_3前相比,SCR反应器中NO_x转化率得以提高,最高增幅达到32.1%。主要原因在于排气管中注入O_3,NO_2/NO浓度比升高,促进SCR反应器中NO_x催化还原的快速反应。排气管注入O_3后,在SCR反应器工作的情况下,SCR反应器后的烟度(K值)降低,HC排放也稍有降低。试验表明:O_3协同SCR有利于柴油机在低负荷下提高SCR反应器的NO_x转化率。     

通过增加喷嘴环叶栅改善柴油机低负荷运行工况的探讨

针对船舶涡轮增压柴油机在低负荷工况运行时,出现增压压力不足,燃烧过量空气系数过小的特性,提出了一种通过增加增压器喷嘴叶栅数来提高增压器的压比和空气量的新方法,以改善增压器与柴油机的匹配与柴油机低负荷工况运行的性能。     

基于国四排放非道路柴油机喷射系统的优化试验

基于非道路378型柴油机,采用不同的轨压、主喷正时、预喷油量和预喷-主喷间隔,进行非道路柴油机八工况的喷油参数优化试验.试验结果表明:随轨压的增加,NO_x排放增加,烟度和有效燃油消耗率不断减小,HC排放先降后升;随主喷提前角的增大,NO_x排放增加,烟度、HC和有效燃油消耗率不断减小;随预喷油量的增大,NO_x、烟度和有效燃油消耗率先降后升,HC排放不断增加;随着预喷-主喷间隔角的增大,NO_x先降后增,烟度不断下降,HC和有效燃油消耗率不断增加.综合考虑排放和经济性,确定了八工况下的喷油参数的优化值,八工况稳态测试循环测量结果:NO_x+HC为6.32g·(kW·h)~(-1),PM为0.169 g·(kW·h)~(-1),满足非道路国四排放限值要求.对于非道路柴油机,采用较高的轨压、较小的主喷提前角、少量预喷油量及较短的预喷-主喷喷油间隔,可优化燃烧过程,降低排放,提高经济性.     

舰用柴油机预混合等压燃烧的数值模拟及试验研究

运用CFD软件Star-cd对一台舰用高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧进行了缸内喷雾及燃烧过程的模拟计算,主要考察了不同压缩比的燃烧室型线,以及喷油器喷孔参数对柴油机性能、缸内温度场、速度场和NO排放的分布的影响.经过多方案的计算分析,确定了高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧的压缩比和喷孔参数,并能在提高柴油机性能的同时降低排放.通过对最优方案的台架试验,在直喷式柴油机上实现了预混合等压燃烧要求的放热率.     

控制船用柴油机NOx和烟度排放的试验研究

分析喷油正时和压缩比对柴油机NO_x和烟度排放的影响,通过试验寻求在保证经济性前提下,通过改变喷油正时及压缩比降低NO_x排放的同时,又不致造成烟度排放大量增加的技术调整方法。     

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。     

船用大缸径柴油机燃烧系统的仿真研究与工程化应用

伴随着排放法规的不断升级,大缸径船用柴油机面临经济性和排放性升级的双重考验,因而对其油气混合过程和燃烧系统匹配优化的需求更加紧迫。文章采用仿真研究的方式,建立某200缸径船用柴油机的燃烧系统三维模型,研究其喷油规律、喷油器流量、夹角及燃烧室形状等参数对燃烧性能的影响,并以此为基础提出改进方案。实验结果表明,仿真优化方案实现了油耗原机基础上降低4.6%、烟度降低53%,极大地改善了产品性能。     

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AVL BOOST的船用柴油机典型故障仿真及其数据分析

[目的]大型船用柴油机故障类型的数据通过台架试验或者实船来获取存在许多不利因素,因此针对柴油机的故障仿真数值计算就显得尤为重要,同时对故障排除及数据驱动的智能故障诊断系统的构建也具有重要意义。[方法]基于AVL BOOST软件和台架试验数据,建立柴油机仿真模型,验证4种负荷工况下仿真模型需满足的精度要求;基于100%负荷工况模型,采用控制变量法模拟柴油机发火点提前、单缸停油及曲轴箱窜气这些典型故障,并分析计算得到的数据。[结果]结果表明:发火点提前5°时,缸内最高燃烧压力提高了17.4%;第1缸停缸后,有效油耗率上升近15%;对于不同气缸停油情况,第2号和3号气缸停油时的特征参数变化幅度较小;随着活塞有效窜气间隙的增加,各特征参数基本上呈线性扩大趋势,在窜气间隙值为0.04 mm时,部分特征参数急剧增加,例如油耗率增加了近40%。[结论]所得结果可作为柴油机故障状态识别及智能故障诊断系统构建的重要依据,为探索船舶柴油机智能故障诊断技术提供新的途径。     

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。     

基于空燃比的船舶柴油机碳排放计算方法研究

根据船舶柴油机燃烧产物组分和C、H、O原子守恒规律,首次在空燃比计算模型中直接使用干气体浓度进行计算,并提供了湿气体浓度的修正公式,从而建立排气质量流量计算模型计算碳排放。通过计算与MARPOL公约附则VI修正案(2011)中的简单碳平衡法作了比较分析。最后通过实验验证该计算模型的正确性。因此该计算模型对法规的完善、船舶设计能效管理和船舶营运排放控制有较大的指导意义。     

缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性

以L 21/31船用中速柴油机为原型,在不改变燃烧室结构的基础上将其改装成缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机,利用AVL_FIRE软件展开三维数值模拟,研究此双燃料发动机的LNG替代率极限以及高替代率时的缸内燃烧及排放性能。研究结果表明：改装后双燃料发动机的LNG替代率极限为99.5%,当替代率大于99.5%时,LNG无法被引燃;在可以正常燃烧条件下,保持引燃柴油及液化天然气喷射正时和喷射时间间隔不变,随着液化天然气替代率的增加,液化天然气燃烧始点基本不变,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低,NO、CO生成量和排放量降低。