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.     

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%。     

柴油机掺烧生物柴油结合进气道加湿技术及喷油提前角优化

为探索掺混生物柴油燃烧耦合进气道加湿技术及喷油提前角优化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,生物柴油掺混比为40％通过设置0.5～2.5共5组不同水油比做仿真分析.结果表明:在生物柴油掺混比为40％(B40)时,随水...     

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.     

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。     

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。     

基于GT-Power和Simulink的柴油机各缸不均匀性闭环控制

为改善柴油机各缸工作的不均匀性,以TBD314V8柴油机为研究对象,将基于缸压计算得到的各缸IMEP和CA50作为反馈变量,将各缸的喷油量和喷油提前角作为控制变量,建立GT-Power与Simulink联合仿真模型。通过模型分析轨压、负荷和喷油提前角对爆压不均匀率、IMEP不均匀率和CA50不均匀率的影响,并对影响因素进行参数灵敏度量化分析,验证闭环控制对改善各缸不均匀性的效果。结果表明:轨压对爆压不均匀率、IMEP不均匀率和CA50不均匀率的影响较小;负荷对IMEP不均匀率的影响最大,且随着负荷的增加线性下降;喷油提前角对爆压不均匀率和CA50不均匀率的影响最大,且CA50不均匀率随着喷油提前角的增大线性增加。经过闭环控制之后,各缸的不均匀性得到明显改善。     

基于GT-Power和Simulink的柴油机各缸不均匀性闭环控制

为改善各缸工作不均匀性,以TBD314V8柴油机为研究对象,基于缸压计算得到的各缸IMEP和CA50作为反馈变量,控制变量为各缸的喷油量和喷油提前角,建立了GT-Power与Simulink联合仿真模型,通过模型分析了轨压、负荷和喷油提前角对爆压、IMEP和CA50不均匀率的影响,并对影响因素进行参数灵敏度量化分析,验证了闭环控制对各缸不均匀性的改善效果。结果表明：轨压对爆压、IMEP和CA50不均匀率影响较小;负荷对IMEP不均匀率影响最大,且随着负荷的增加呈线性下降;喷油提前角对爆压不均匀率和CA50不均匀率影响最大,且CA50不均匀率随着喷油提前角的增大呈线性增加。经过闭环控制后,各缸不均匀性得到明显改善。     

柴油机掺烧气体燃料的低负荷性能试验研究

采用试验方法研究柴油机低负荷工况掺烧LPG和CNG燃料的经济性和排放性能,探讨气体燃料掺烧比例、喷油提前角和压缩比对低负荷性能的影响,研究表明,柴油机低负荷掺烧气体燃料会导致燃烧室温度下降、燃烧不良、经济性下降和HC排放急剧增加,因此,减少气体燃料掺烧比例、增大喷油提前角、减小喷油器的喷孔直径和适当增大压缩比,有利于改善柴油机掺烧气体燃料的低负荷性能。     

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)。     

喷油提前角及孔径对二甲醚/柴油发动机性能的影响

为了研究二甲醚/柴油双燃料发动机在不同喷油提前角及喷孔直径下的缸内燃烧特性和排放性能影响，以电控改造后4190Z_LC-2型中速柴油机为试验平台，建立仿真模型，并验证其准确性。结果表明：喷油提前角从16.6°CA BTDC增加到22.6°CA BTDC，缸内压力和温度曲线增大，放热率前移，但其峰值有所下降。通过缸内速度场和温度场云图可知，速度场分布规律与缸内压力和温度曲线相同，温度场升高速率提升，油气混合更为充分，提高了发动机动力性，同时NO排放显著增加，CO排放无明显变化，CH₂O排放略有降低。随着喷油孔直径减小，油束形成更为细小液滴，蒸发雾化过程速率加快，喷入缸内气体混合更加充分，燃烧更旺盛，缸内爆发压力和最高温度都呈上升趋势。缸内湍流动能增大，提升混合气体的质量。缸内温度小幅上升，soot排放得到抑制，NO排放略有增加，指示油耗率出现先减少后增加趋势，指示功率则是先增加后减少。该研究对DME/柴油发动机性能研究提供理论基础。     

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。     

相继增压对某型柴油机性能影响及喷油参数再优化

对某采用相继增压与可控进气涡流复合系统的柴油机建立了缸内仿真模型,分别对可控进气涡流系统和相继增压与可控进气涡流复合系统的燃烧过程进行仿真计算,结果表明,在低工况下后者排气中NOX、Soot的质量分数分别降低了54%和86.1%。并对相继增压与可控进气涡流复合系统柴油机喷油提前角、喷雾锥角进行了再优化仿真计算,结果表明,优化后喷油提前角为20°CA,喷雾锥角为155°。     

不同喷油策略对燃生物柴油船用柴油机燃烧和排放的影响

由于生物柴油可再生、无毒、可降解、可持续等优点,生物柴油受到了越来越多的关注。为了分析生物柴油燃烧特性和喷油策略对柴油机燃烧和排放特性的影响,本文建立三维CFD仿真模型,并采用ChemkinⅡ代码与三维AVL-Fire相耦合的方法进行计算。计算的机理主要考虑了生物柴油饱和度的69种产物和204种化学反应,并利用验证后的仿真模型研究了2种工况下3种不同喷油策略对柴油机功率、缸压、放热率、CO和NO_x排放的影响。     

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。     

柴油机燃油喷射系统参数优化匹配对NOx排放的影响

基于某船用柴油机燃油喷射系统的电控化改造,利用AMESim和AVL_FIRE仿真软件分别建立燃油喷射系统仿真模型与柴油机缸内燃烧模型,采用一次回归正交试验设计方法对燃油喷射系统参数进行优化,再运用二次回归正交试验设计方法将优化结果与喷油提前角(16°CA~24°CA)匹配优化。研究结果表明,初步优化得到的三组参数组合匹配下的喷油压力均高于105 MPa,经过再次优化的8×0.26 mm-15.0 mm-0.46 mm/°CA-900 mm-20.02°CA(喷孔数×孔径—柱塞直径—凸轮型线速度—油管长度—喷油提前角)参数组合下NO_X排放量最低,生成的NO_X质量分数为0.089 6‰;通过回归分析建立NO_X排放量数学预测模型精确度较高,测量最优点(以NO_X排放量为优化目标)误差低于3%,可以用于参数优化匹配研究。     

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。     

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。     

船用柴油机冷EGR+EGR率自控系统

为探究降低船用柴油机有害物排放的措施,设计1套自控EGR率和冷EGR的系统,并对其控制部分进行软件和硬件的设计。控制部分主要通过单片机控制水泵的转速和PWM信号来调节冷却水的循环量和EGR阀的开度,保证不同工况下EGR率和冷EGR的最佳效果,在船舶柴油YC4F100-C20上试验结果表明,与无EGR系统相比,该自控系统在保证CO和HC排放基本不变的情况下,可以有效降低NOx和烟度的排放量。