船用LNG发动机掺烧模拟废气-燃料重整气缸内燃烧过程仿真

为研究废气燃料重整再循环技术(REGR)对船用LNG发动机性能的影响,搭建试验台架,进行性能测试;运用AVL-fire软件建立发动机燃烧室仿真模型,并依据试验数据验证仿真模型的准确性。基于该模型进行各负荷下不同废气再循环系统(EGR)率及在确定的EGR率下掺烧不同比例模拟重整气的仿真计算,并以75%负荷下的工况为例进行详细分析。计算结果表明,随着EGR率的升高,缸内平均压力和平均温度的峰值下降,燃烧过程整体后移,燃烧持续期增加,发动机的指示功率和NO比排放下降,指示燃油消耗率增加;掺混重整气比例增加,缸内平均压力和温度峰值升高,燃烧持续期缩短,指示功率和NO比排放升高,在重整气掺混率升高到一定程度时,指示燃油消耗率明显下降。综合分析发现,使用REGR技术可在不牺牲发动机的动力性和经济性的前提下降低液化天然气(LNG)发动机的NO比排放。     

天然气分段喷射对双燃料发动机性能影响的研究

针对6L190柴油/天然气双燃料发动机,采用天然气分段气态直喷的喷射规律,通过改变其主预喷间隔与预喷量,利用AVL Fire软件对缸内燃烧及排放进行数值模拟研究。结果表明:天然气预喷射能够改善混合气形成质量,缩短主喷射着火滞燃期,降低缸内最大爆发压力和最高燃烧温度,减少NOX排放,优化燃烧,但若要达到良好的预喷射效果,这需要对预喷量和主预喷间隔进行优化调整。间隔角较大时,宜采用较大预喷量;间隔角较小时,预喷量宜减少;间隔角不宜过小,否则效果会适得其反。预喷量固定时,较大的间隔角有利于改善排放;预喷量较小时,排放对间隔角变化相对不敏感。     

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.     

喷射压力对直喷天然气发动机燃烧特性的影响

天然气作为直喷式天然气发动机重要的燃料,其喷射压力对发动机燃烧特性有重要影响。采用CFD软件研究了不同天然气喷射压力对船用柴油引燃天然气直喷发动机燃烧性能的影响。结果表明:天然气喷射压力越大,其滞燃期和着火持续期越短;总放热量少,其NOx排放越低,但HC排放越高,Soot和CO排放先低后高。喷射压力越高,速度动能越大,混合越均匀燃烧更充分。喷射结束速度衰减较快,不利于混合与燃烧。天然气喷射压力的研究有利于优化发动机工作性能。     

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.     

喷射策略对正丁醇/柴油双直喷发动机性能的影响

基于三维计算流体软件，对一台小型柴油机进行改进，通过设置同轴喷油器，实现正丁醇和柴油这两种燃料的缸内直喷。基于该计算模型，研究缸内正丁醇的喷射比例和柴油预喷比例对柴油机燃烧和排放特性的影响。结果表明：随着正丁醇喷射比例的增大，缸压和放热率峰值下降，soot生成量和CO生成量都呈现先增大后减少的趋势，而NO_x生成量呈现减少的趋势；随着柴油预喷比例的增大，滞燃期缩短，缸压和放热率峰值上升，soot生成量和CO生成量排放物与正丁醇喷射比例增大的结果趋势相同，而NO_x生成量呈现上升的趋势。     

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。     

基于EGR+共轨技术的船用柴油机排放性能仿真研究

在论文中,针对TBD234高压共轨柴油机的高负荷情况,通过CFD模拟方法研究了EGR+共轨技术对船用柴油机排放控制效果的影响。结果表明,在设置的参数范围内提高共轨压力和增大喷油提前角都会使温度和压力升高,NO排放增加,soot排放减少。相比之下,共轨压力对柴油机燃烧排放性能的影响可以忽略不计;EGR对燃烧特性的影响要小于喷油提前角产生的影响,但是在限制NO的排放方面,EGR技术的应用潜力更大。另外,在参数设定范围内,发现NO排放与烟尘排放关系良好的相对优化条件为EGR率为0.1,燃料喷射提前角为5°CA。     

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。     

柴油微引燃喷射策略对双燃料柴油机RCCI燃烧性能的影响

双燃料柴油机采用柴油微引燃天然气的RCCI(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧方式能够优化排放和经济性能.本文研究微引燃柴油采用3次喷射的方式,即预喷、主喷和尾喷分别控制预喷、主喷和尾喷的喷射始点时刻,通过仿真实验的方法研究其对柴油机缸内压力、温度、放热...     

缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性

以L21/31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,进而降低NO、CO的生成量和排放量。     

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。     

船用HND三燃料发动机研究进展及发展趋势探讨

由于船用发动机节能减排的需要,使用清洁能源作为替代燃料成为一个重要的发展方向。结合国内外针对氢-天然气-柴油(HND)三燃料发动机的研究,分析此类发动机燃烧性能和排放性能。增加氢气在混合燃料中的比例使得发动机缸内压力峰值提升,缸内温度增加,有助于提高发动机效率和机动性;一氧化碳、二氧化碳、总碳氢排放随氢气比例的升高而减少;氮氧化物排放有所增加;颗粒物排放显著减少。随着氢能源战略的发展,船用HND三燃料发动机在未来有望得到商业化推广应用。     

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。     

基于化学反应动力学的双燃料发动机数值模拟

为了完整表达双燃料发动机湍流燃烧过程中湍流流动和化学反应的共同影响,在燃烧过程数值计算中将湍流和化学反应机理模型耦合,考虑两者的相互作用,成为可行的办法。在开展不同LNG替代率下双燃料发动机缸内工作过程数值模拟时,将构建的柴油引燃天然气化学反应机理模型耦合到CFD软件中计算,并考虑湍流和化学反应的相互作用。湍流流动采用RNG k-ε模型,化学反应机理模型由简化而来的正庚烷机理(162组分和692步基元反应)、甲烷机理(26组分和122步基元反应)以及扩展的NO热力学机理(3步反应)组成,湍流和化学反应之间的相互作用通过Kong模型建立。结果表明,双燃料工况下发动机的缸内压力要低于纯柴油工况,但氮氧化物的生成也要小于纯柴油工况,且随着LNG替代率的增加,天然气燃烧始点也逐渐延长,缸内压力以及缸内温度峰值也随之下降,氮氧化物的生成也会下降。     

柴油引燃缸内直喷天然气发动机燃烧和排放特性研究

为研究天然气和柴油喷射时刻对双燃料发动机的燃烧特性的影响,通过AVL-FIRE软件,以固定喷射间隔下的不同喷射时刻为研究变量,对其进行仿真研究。研究结果表明:随着天然气喷射时刻的推迟,缸内平均压力和温度的峰值逐渐降低,减小了发动机的机械负荷和热负荷;天然气于上止点时刻喷射,速燃期和缓燃期的时间之和最短,燃烧过程最快;氮氧化物排放量随喷射推迟有明显减少,故推迟燃料的喷射有利于优化排放。     

喷油正时对柴油机燃烧和排放性能影响的试验分析

试验分析喷油正时对柴油机燃烧及排放特性的影响规律。分析表明:喷油正时对柴油机燃烧和排放性能有着显著影响,随着喷油正时提前,缸内燃烧压力升高,压力升高率峰值增大,燃烧放热率峰值增大、燃烧始点提前,缸内燃烧温度升高;NOx排放随喷油正时提前明显升高,说明喷油正时滞后是降低柴油机NOx排放的有效措施。试验结果可为柴油机电控参数标定提供参考。     

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...     

进气压力对柴油微引燃乙醇发动机的影响

基于单缸四冲程柴油机,对在船舶上具有应用前景的柴油微引燃乙醇发动机进行燃烧、性能及排放特性研究。以所采用发动机中能实现压燃着火的最小柴油量为固定引燃柴油喷射量,比较进气压力分别为0.15 MPa和0.20 MPa的工况组,通过改变柴油喷射时刻来进行工况扫描。结果显示:进气压力更大的工况,着火滞燃期更短,燃烧持续期更长,指示热效率更低;存在两阶段着火的工况点,第一阶段放热的占比更大;进气压力增大时,氮氧化物(NOX)排放更低,但未燃碳氢(UHC)与一氧化碳(CO)排放更高。     

一种可变启喷压力喷油器的结构设计

根据不同启喷压力下柴油机喷油特性的仿真计算,分析不同启喷压力下喷油特性的变化规律,设计出一种可变启喷压力的喷油器,在柴油机处于不同工况的情况下,可以改变喷油器的启喷压力,使柴油机燃烧特性得到改善.