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。     

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。     

某型船用柴油机降低NO_x生成与排放的改进研究

在某型船用柴油机基础上,保持缸径、冲程、转速和功率不变的情况下,通过调整供油定时、燃油喷射系统(喷油泵、喷油器)参数、进气系统(喷嘴环、扩压器)参数和活塞结构优化设计等机内净化措施,改进了缸内燃烧,使得NOx生成量降低,优化了排放。     

船用电控柴油机的排放控制技术与试验

本文介绍了MARPOL73/78公约附则VI《防止船舶造成大气污染规则》,概括了船用柴油机排放控制技术,主要阐述了新型船用低速电控柴油机利用共轨系统控制并优化燃烧过程,降低排放的措施与试验,并得出船用电控柴油机的排放完全符合IMO排放规则的结论。     

如何控制RT-flex58T-B船用电控柴油机的排放

根据MARPOL73/78附则VI《防止船舶造成大气污染规则》,概括了船用柴油机排放控制技术,主要阐述了RT-flex58T-B新型船用低速电控柴油机利用共轨系统控制并优化燃烧过程,降低排放的措施与试验,并得出船用电控柴油机的排放完全符合IMO排放规则的结论。     

基于正交设计的船用柴油机燃烧系统参数匹配及优化

为研究柴油机燃烧系统参数匹配对柴油机动力和排放性能的影响,首先分别利用AVL_BOOST和AVL_FIRE仿真软件建立4190ZLC-2型船用柴油机整机模型和缸内燃烧高压循环模型,然后基于已建模型应用正交试验设计方法安排柴油机进气系统、喷油系统和燃烧室结构尺寸参数匹配仿真计算。研究结果表明,通过极差分析可以得出燃烧系统参数对4190ZLC-2型柴油机性能的影响主次顺序。以柴油机指示功率为评价指标时,参数组合0.26 mm-28°CA-160°-0.9-145 mm-2.6 mm-22 mm(喷孔直径-喷油提前角-油束夹角-涡流比-喉口直径-凸台高度-凹坑半径)对应的指示功率为63.40 k W,比原机仿真值高15%;以NOX排放为评价指标时,参数组合0.30 mm-24°CA-140°-0.4-135 mm-6.6 mm-14 mm(喷孔直径-喷油提前角-油束夹角-涡流比-喉口直径-凸台高度-凹坑半径)对应的NOX排放质量分数为0.015 7%,比原机仿真值低30.2%。     

进气氧浓度和EGR对船用二冲程柴油机排放特性影响研究

以MAN 6S35 ME-B9型船用二冲程柴油机为研究对象,在GT-POWER软件中建立其工作过程一维模拟计算模型,通过改变EGR率和进气氧浓度,研究废气再循环和进气氧浓度对柴油机动力性、经济性和排放性能的影响。结果表明,提高EGR率会降低柴油机燃烧速率和燃烧温度,有效降低柴油机NOx生成及其排放,EGR率在28.89%～38.58%之间,NOx排放为3.04～1.34 g/kW·h,满足TierⅢ标准,但需要牺牲一部分经济性与动力性。贫氧进气条件下,燃烧温度和燃烧速率降低,输出功率降低,燃油消耗增加,NOx排放降低,碳烟排放较高;富氧进气条件下,柴油机燃烧趋于完善,能量利用率高,动力性和经济性好,Soot排放低,但NOx排放高。高EGR率条件下,在一定程度上提高进气氧浓度,可使柴油机NOx排放满足TierⅢ排放要求,并维持Soot排放在较低水平,同时减少动力性、经济性的损失。     

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。     

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。     

压缩比对船用中速柴油机燃烧性能的影响

采用AVL_FIRE三维CFD软件,对某船用中速柴油机缸内喷雾、燃烧过程进行仿真计算,分析在不同压缩比缸内不同时刻浓度场、滞燃期、索特平均直径以及贯穿距等因素,得出压缩比对某船用中速柴油机燃烧过程及排放性能影响的规律及机理。     

船用柴油机STC系统设计与试验研究

针对某船用增压柴油机,对其进行相继增压(STC)系统进、排气管路,排烟管和气动蝶阀控制系统的设计与改造。通过试验,研究了在推进特性工况下,采用1TC和2TC对柴油机燃烧和排放性能的影响。结果表明,采用STC系统相比原机常规增压在低工况(P≤40%Pe)时可以达到提高柴油机动力性,降低燃油消耗率,减少NOx和Soot浓度的目的。其中,最高燃烧压力在10%Pe相比原机增长幅度约为21.2%,燃油消耗率下降约4.7%,而NOx浓度最大降低率约为22.92%,Soot浓度最大减小率约为48.83%。     

掺烧生物柴油耦合进气道加湿对柴油机燃烧及排放性能的影响

为探索掺混生物柴油燃烧耦合进气道加湿技术对柴油机燃烧及排放性能的影响,基于TBD234V6型柴油机,应用AVL-fire软件建立仿真模型进行研究.选取柴油机在75％中高负荷工作时,设置0.5～2.5共5组掺水率、10％～40％共4组生物柴油掺混比做仿真分析.结果表明:在掺水率为0时,随着生物柴油掺混比例增大,柴油机动力性下降16.3％,CO排放量下降34.2％,Soot排放量下降92.8％,NO排放量升高35.7％;在生物柴油掺混比为40％时,随着掺水率增加,柴油机动力性下降3.3％,CO排放量升高19.2％,NOX排放量降低89.7％,Soot排放量升高150.8％,但与原机相比Soot排放量仍低出81.9％.掺烧生物柴油降低Soot及CO排放效果显著,但对NO排放有促进作用;生物柴油耦合进气道加湿技术能极大降低NO排放,同时对Soot和CO生成也有较好的抑制效果,柴油机排放性能虽得到了优化,但动力性有所下降.研究结果可为船用柴油机掺混生物柴油燃烧耦合进气加湿技术试验提供一定的指导依据.     

EGR技术对船用柴油机性能的影响

为降低柴油机污染物排放,满足最新IMO排放标准,通过GTK-power软件建立带有废气再循环(EGR)系统的某型柴油机仿真模型,研究EGR率对柴油机性能的影响规律。研究结果表明:在某型船用柴油机上安装EGR系统,需综合考虑柴油机排放性和经济性。最终确定在100%负荷工况时,EGR率控制在6.0%更加合理;75%负荷工况时,EGR率控制在8.0%更加合理;50%负荷工况时,EGR率控制在12.0%更加合理;25%负荷工况时,EGR率控制在18.0%更加合理。     

基于正交-主元分析的柴油机燃烧参数匹配优化

为解决船用柴油机改造之后运行参数的组合问题,利用AVL-FIRE软件耦合CHEMKIN建立天然气-柴油双燃料发动机燃烧室高压循环模型,并采用原机进行验证。以指示功率和NOX生成量为优化目标,采用正交试验法对燃烧参数匹配进行仿真试验。采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相对比,并最终代入模型中进行检验。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。优化后的柴油机运行参数为:天然气替代率45%;进气压力0.224MPa;废气再循环(EGR)率12.5%;进气温度335.15 K;喷油提前角22.7°。对应的指示功率为37.83 kW,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有效降低NOX排放。     

4190Z_LC船用柴油机工作过程仿真与整机性能优化研究

利用AVL BOOST软件建立了4190ZLC船用四冲程柴油机的仿真模型,并对柴油机进行了额定工况下的实验;通过对比仿真计算和实验结果,验证了仿真模型的正确性。利用建立的AVL BOOST仿真模型,研究了压缩比、燃烧起始角和配气相位对柴油机性能的影响;针对柴油机的输出功率,以气缸内最高爆发压力为约束条件、以油耗为优化目标,进行柴油机的优化计算,结果表明:优化后柴油机的性能有一定的提高。     

EGR及进气压力对双燃料发动机燃烧和排放的影响

为解决船舶柴油机排放的NOx、soot和CO等污染物过多的问题,以济南柴油机厂出产的4190ZLC-2型船用中速机为研究对象,运用AVLF FIRE软件构建双燃料燃烧室模型,并验证该模型的准确性.通过仿真试验研究甲醇掺混比为20％的情况下,不同EGR率和进气压力对柴油机燃烧、排放和动力特性的影响,保证在柴油机正常燃烧性能情况下得出最佳的EGR率和进气压力.研究结果表明:EGR引入并配合混合燃料能大幅降低NOx排放量,可满足国际海事组织TierⅢ排放标准;放热率曲线会随着EGR率的增大而后移,且峰值增加,同时柴油机的动力性有不同程度的下降.在EGR的基础上适当提高进气压力不仅能优化柴油机动力性,而且可进一步降低NOx、soot和CO排放.经分析,当掺混比为20％、EGR率为10％时,NO排放较原机排放降下76.9％,soot排放量降低40.7％,指示功率降为51.26 kW;当进气压力提高至0.213 MPa时,指示功率增大至52.88 kW,柴油机的动力性得到优化.     

某船用中速柴油机电控化改造前后性能对比分析

文中对某船用中速柴油机燃油喷射系统电控化改造前后的经济性能及排放性能进行了试验对比分析。结果表明,改造后的柴油机由于喷油压力大幅提高,喷孔直径减小,采用电控喷油定时,燃烧性能得以改善,经济性和排放性总体上有一定程度提高,但在高转速和负荷区域没有明显改善。有待于进一步开展燃烧室和进排气系统改造,实现该机电控化改造的整体优化匹配。     

燃油系统参数匹配优化对船用柴油机性能影响及试验研究

采用试验与仿真结合的方法研究电控化改造对柴油机性能的影响。分别用AMESim和AVL_FIRE仿真软件建立燃油喷射系统模型与柴油机缸内燃烧高压循环模型,以喷油压力为优化目标对喷油参数进行匹配,并将优化结果代入到燃烧模型中计算分析。以优化结果为基础进行台架试验,分析电控化改造对柴油机经济性和排放性的影响。研究结果表明,对于15mm×2.5mm×0.40 mm/°CA×0.30mm×900mm(柱塞直径×油管直径×凸轮型线速率×喷孔直径×油管长度)的组合(试验号8),喷油压力相对于原机提高了40.2%。试验号8的台架试验表明:油耗率有所降低,且在低速低负荷工况下油耗率降低较显著;对于NOx排放,电控化改造后试验号8的NOx排放浓度在负荷特性工况和推进特性工况下相对于原机平均降幅分别在50%以上。     

船用电控柴油机的排放控制技术与试验

介绍MARPOL73/78公约附则VI《防止船舶造成大气污染规则》,针对新型船用低速电控柴油机利用共轨系统控制并优化燃烧过程,采用低NOx喷嘴、延迟燃油喷射、增加压缩比、无烟运行模式等降低排放的措施与试验,结果表明船用电控柴油机的排放完全符合IMO排放规则。     

船用中速柴油机NO_x排放性能优化研究

利用专业的发动机仿真软件BOOST和HYDSIM建立柴油机工作过程模型和电控单体泵仿真模型,并根据现有的柴油机试验数据和电控单体泵系统平台试验数据对计算模型进行标定;运用标定好的模型对电控单体泵系统配机的排放性能进行优化分析,最终结合米勒循环和喷油正时调整得出优化结果;考虑到油、气、室三者间的匹配要求,最终的优化把喷射、雾化与燃烧结合起来,并通过三维燃烧分析软件对电控单体泵系统的改进方案进行校核,为实现电控单体泵系统与柴油机良好的匹配提供了有力的支撑.