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。     

掺烧生物柴油结合相继增压技术对柴油机性能影响试验研究

本文基于TBD234V6型柴油机,将原单涡轮增压改为双涡轮增压进行掺烧生物柴油试验。配置生物柴油体积掺混比为0%,5%,10%,15%,20%,25%共6组生物柴油掺混比,选取10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%,100%共10个工况点进行试验。结果表明：相继增压柴油机生物柴油掺混比为0时,在10%～40%负荷,较原机相比,最高燃烧压力增大,油耗降低,NOx和Soot排放下降;在50%～100%负荷,最高燃烧压力与原机相比略微下降,燃油消耗率、NO_X和Soot排放略优于原机。但增大生物柴油掺混比,相继增压柴油机最高燃烧压力下降,油耗增加,NOx排放升高,显著改善Soot排放。基于试验数据,建立多目标灰色决策模型,计算得到相继增压柴油机生物柴油最佳掺混比为25%。     

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.     

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。     

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。     

燃油系统参数优化对双燃料船用发动机性能的影响

基于4190ZLC-2型船用中速柴油机,利用AVL FIRE仿真软件建立天然气/柴油双燃料发动机燃烧高压循环模型;采用一次回归正交试验设计方法对燃油系统5个参数进行优化,建立以油耗率和NO_X排放量为目标函数的数学预测模型,进而找出油耗率和NO_X排放量最优的参数组合。结果表明:建立的油耗率、NO_X排放量数学预测模型精确度较高,预测值与仿真值误差低于3%,可用于参数优化匹配研究;优化后的油耗率和NO_X排放量相比正交试验设计最优组合分别降低约3.8%和98%;油耗率最小的参数组合为:70%-0-355.15 K-0.223 MPa-22.6°CA(天然气替代率-EGR率-进气温度-进气压力-喷油提前角);NO_X排放质量分数最低的参数组合为:67%-12.5%-336.55 K-0.205 MPa-21.88°CA(天然气替代率-EGR率-进气温度-进气压力-喷油提前角)。     

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。     

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。     

R6160ZC柴油机增压系统设计改进

通过R6160ZC柴油机主要技术参数及原机试验结果,建立了原机BOOST热力过程计算模型.以原机模型为基础,对柴油机增压系统及其各关联系统进行设计改进,根据仿真计算的结果,确定最佳方案.从而改善了柴油机的经济性、动力性以及排放性能.     

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%。     

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。     

Pe=3．0MPa柴油机工作过程组织研究

针对230单缸机进进Pe=3.0MPa工作过程组织的研究.采用高压缩比、低压力升高比的工作过程组织方式,通过工作过程计算、油气室匹配三维CFD计算、多方案对比试验等多种研究手段对工作过程影响参数进行分析研究,并在230单缸机试验中得到了和计算分析相一致的结果:230单缸机上达到了预期的性能指标,实现了近似定压过程,压力升高比控制在1.3.     

船舶柴油主机NOx减排废气再循环系统应用分析

分析最新首台符合IMO氮氧化物(NOx)排放标准Tier Ⅲ、装有废气循环技术的船用大型柴油机MAN B W 6S80ME-C9的EGR系统,并对EGR系统参数、EGR系统排放标准Tier Ⅲ认证试验、EGR系统洗涤器、 WTS水处理系统等进行研究,促进废气再循环技术在船的应用,以满足IMO关于 NOx的排放标准。     

柴油机烟气排放状况及减排技术

基于国际海事组织对船舶柴油机烟气中NOx、SOx等有害成份的排放控制要求,文章对这些要求以及目前正在研发和应用的技术进行了归纳和分析。SCR和EGR是2种有效降低船用柴油机氮化物的手段,根据柴油机的功率大小来选取SCR或EGR能有效平衡投资金额和解决机舱的安装问题。船舶安装脱硫装置将受到低硫燃油价格的影响,从长远看,燃用低硫燃油和各种清洁燃料将是今后的发展趋势。     

柴油机氮氧化物排放预测

为了减少柴油机SCR系统标定的试验量，基于NOx转化效率与氨氮摩尔比之间的关系以及法规中NOx比排放的计算规范，探讨预测发动机ETC测试时NOx比排放的方法，试验结果表明该方法比较准确，可以不通过白架试验获得SCR系统标定的效果。     

基于正交分析的柴油机微粒捕集器结构仿真优化

采用微粒捕集器可大幅减少船舶柴油机颗粒物的排放量,但在实际应用中仍然受到背压过大等条件的限制。文章利用GT-Power软件建立了柴油机和微粒捕集器(DPF)联合仿真模型,在柴油机试验台架上进行了模型验证试验,模型误差均在5%以内,满足仿真优化要求。分析了滤体结构中的微孔直径、壁厚、孔隙率、过滤体长度、通道密度对DPF性能的影响,可得微孔直径对捕集效率影响较大;壁厚和孔隙率增加时,过滤体压降和捕集效率均有所增加;过滤体长度和通道密度增加时,压降降低,初始捕集效率升高。通过正交分析法建立正交表并计算得出最佳DPF结构模型。与原模型相比,改进的模型压降由原来的7.16 k Pa下降至3.92 k Pa,初始捕集效率由原来的93.87%上升到94.09%,为DPF结构优化设计提供了理论依据。     

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、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。     

RT-flex58T-B船用电控柴油机的性能优化

文章介绍了RT-flex58T-B低速船用电控柴油机共轨系统控制原理,与传统的RTA58柴油机主要技术性能指标进行了比较,概述了降低NOx排放的措施,详细地阐述了利用共轨系统控制燃油喷射过程,优化了RT-flex58T-B柴油机各项性能指标,使之更加高效可靠、经济、低排放运行。