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。     

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,在燃烧过程的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.在对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计算流体动力学(CFD)软件中进行计算,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,湍流与化学反应之间的相互作用通过Kong模型建立,基于此开展了不同初始温度对双燃料发动机中引燃柴油的燃烧过程和液化天然气(LNG)极限替代率的影响分析.结果表明,在初始温度为400 K,引燃柴油量所占原柴油量的百分比在1.6％及以上时,引燃柴油基本上被完全压燃,随着初始温度的升高,其可以被压燃所需要的柴油量会减少;同样初始温度400K时,LNG极限替代率降低到94.9％,随着初始温度的升高,LNG的极限替代率会提升.     

喷油策略对大缸径双燃料发动机燃烧和排放的影响

为改善大缸径双燃料发动机的动力性,提高经济性并降低排放,以1台6缸多点进气的柴油/天然气双燃料发动机为研究对象,分析不同引燃油量和喷油正时对缸内燃烧、替代率以及排放的影响.研究结果表明,增加引燃油量和喷油提前角可以较大幅度降低CH4和CO的排放,HC排放的下降幅度较小,在不发生缸内爆震的情况下,引燃油量的减少不会影响爆压的变化和NOx的排放;相比于改变引燃油量,改变提前角对缸内燃烧和替代率的影响更大,喷油提前角增大1℃A,循环供油量平均减小0.19g/cyc,替代率平均增大2.5％;在全工况范围内,最佳喷油正时随着负荷的升高而减小,随转速升高而增大.通过优化喷油正时和引燃油量得出全工况各点的最高替代率,最高达到94.2％,提升了燃油经济性.研究结果可为大缸径双燃料发动机的开发提供依据.     

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。     

船用柴油机双燃料系统设计及其特性

随着排放法规的日趋严苛和运输市场竞争日益激烈,为降低航运业运营成本、保护环境,船舶发动机燃油系统不断被改进,双燃料发动机以其污染更少、燃料价格较低, 成为研究热点。本文介绍了一种新的船用柴油天然气双燃料系统,并为系统设计了性能可靠控气精准的组合喷射阀。为了提高系统适应性,设计了通过T-S模糊控制算法处理油耗和转速信息得出系统的天然气喷入量的控制系统,不安装限油装置,最大限度地利用了原柴油机的控制系统,通过发动机自身调节机构对引燃柴油量调节,安装简单方便。在台架实验中,双燃料发动机的替代率随着转速的升高逐渐增大,在额定转速（负荷）点工作时,替代率达到了73%,费用节省率达到了31%,运行可靠稳定。     

船用柴油机双燃料系统设计及其特性

介绍一种新的船用柴油天然气双燃料系统,并为系统设计性能可靠、控气精准的组合喷射阀。为提高系统适应性,设计一型控制系统,通过T-S模糊控制算法处理油耗和转速信息得到系统的天然气喷入量。该系统不安装限油装置,最大限度地利用原柴油机的控制系统,通过发动机自身调节机构对引燃柴油量进行调节,且其安装简单方便。在台架试验中,双燃料发动机的替代率随着转速的升高逐渐增大,在额定转速(负荷)点工作时,替代率达到73%,费用节省率达到31%,运行可靠稳定。     

一种新型双燃料喷射器设计与数值模拟

在现有共轨喷油器的基础上,提出一种适用于液态天然气(LNG)液喷的新型双燃料喷射器结构,并运用AMESim软件建立柴油和天然气喷射过程的计算模型,研究柴油压力、LNG压力、柱塞直径和控制腔进油孔孔径对针阀运动和喷油速率的影响规律,验证了设计方案的可行性,也为适用于 LNG液喷的引燃柴油/天然气新型双燃料喷射器的设计提供理论依据.     

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。     

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...     

大连机车研发出国内最先进船用发动机

<正>近日,中国北车大连机车车辆有限公司推出一款国内最先进的双燃料船用发动机,作为船舶动力,它可以同时"进食"柴油和天然气。这款双燃料发动机是大连机车在原有6缸240型柴油机的基础上进行系统研发而成,能够实现液化天然气与柴油的混合使用,液化天然气对柴油的替代率可达86%,节省燃料成本20%以     

中速柴油-甲醇双燃料发动机试验

在未对原机燃油系统进行改动的情况下,为一台中速柴油机加装甲醇喷射装置,组成了柴油-甲醇双燃料系统,分析了该发动机在变速和恒速工况下的甲醇替代特性,以及个别工况下喷油正时对上述特性的影响。试验数据显示,随着甲醇替代率的增加,NO_x排放和热效率会出现拐点;发动机HC排放的增长在低负荷时可控制在原机的2.3倍,中高负荷时普遍在10倍以上,最大时达22.4倍;推迟喷油在热效率上的负面影响会随着甲醇替代率的增加而逐步减少,而其在NOx排放方面的优势却能得以保持;在恒速发电工况下,中低负荷时甲醇的部分燃烧倾向增加,限制了甲醇替代率的提高;变速变载的运用形式下,柴油-甲醇双燃料系更容易取得较高的热效率,而恒速变载的运用方式下,双燃料系统更容易获得较低的NOx排放。     

内河船舶LNG双燃料柴油机的技术特点及应用

介绍了LNG双燃料柴油机的优点以及我国内河船舶“油改气”的现状,阐述了LNG双燃料柴油机的工作原理、结构组成以及进行改造的关键技术,对LNG燃料翻滚事故、低温破坏的预防和LNG燃料加注、储存方面的问题进行了探讨。     

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。     

舰用电站柴油机加载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了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。     

大型双燃料动力集装箱船氮气系统设计与配置

以20 000TEU大型液化天然气/柴油双燃料动力集装箱船为研究对象,结合IGF规则要求,对确保双燃料发动机安全运行所需的氮气系统的构成及功能进行阐述。结合实船需求,对该船氮气系统的设计与配置方案,包括氮气系统工作原理、氮气发生器选型和主要设备容量计算进行分析,确定氮气系统配置及选型方案。     

船用中速双燃料发动机放热规律神经网络预测模型的开发

以船用中速双燃料发动机为研究对象,提出其放热规律神经网络预测模型的开发方法。首先建立船用中速双燃料发动机的多维性能仿真模型,对增压空气压力、燃气喷射量和引燃油喷射提前角等不同控制参数进行数值组合,计算多组不同工况条件下的放热率曲线;通过对多条放热率曲线进行参数化分析,明确描述放热率曲线的4个曲线特征参数和特征方程;建立双燃料发动机放热规律神经网络预测模型,以控制参数作为输入量,以放热率曲线特征参数作为输出量,利用多组放热率数据对神经网络模型进行训练和测试。该模型揭示了控制参数与放热率之间的规律,可由控制参数对放热率曲线进行预测。仿真计算结果表明:相比一般的发动机实时仿真模型,神经网络预测模型结果更加贴近发动机实际工作状态。     

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。     

LNG燃料技术在大型汽车运输船上的应用

基于LNG双燃料大型汽车运输船项目的开发介绍了以LNG作为船舶燃料的规范标准和风险评估流程,进一步从ME-GI双燃料主机、LNG燃料舱、燃料供给系统等方面阐述了LNG双燃料大型汽车运输船设计和建造的关键技术,为建造经济、环保、安全的LNG动力船提供了建设性思路。     

排气阀晚关对大型二冲程低速船机的影响

为了探究排气阀晚关对低速船机的详细影响机制,针对一大型二冲程低速船机建立了三维仿真模型并进行了实验验证,在此基础上仿真研究了排气阀晚关对缸内气流、燃烧过程及低速机性能的影响规律和机制。结果表明：随排气阀晚关角度的增加,燃油喷射后的缸内涡流比缓慢增加,着火滞燃期逐渐延长,最高燃烧压力先大幅降低后小幅上升,指示比油耗先大幅增加后小幅减小,NOx比排放先大幅下降后急剧上升。存在一排气阀晚关角度的临界值,当超出该临界值后,排气阀晚关能够明显增强燃料与空气的混合强度,促进缸内燃烧过程,但NOx比排放会急剧增加。