柴油机微粒捕集器捕集特性影响因素分析与性能评价

运用层次分析法完成微粒捕集器的微孔直径、壁厚、过滤体长度、孔隙率、通道密度、排气量、排气温度对其压降、捕集效率和壁面捕集质量等捕集性能的权重分析;结合模糊数学与神经网络建立微粒捕集器捕集特性的模糊神经网络评价模型,仿真结果表明,神经网络评价模型评价结果与模糊综合评价结果基本吻合,所建立的模糊神经网络评价模型可以根据微孔直径、壁厚、孔隙率、排气量等因素取值来评价微粒捕集器捕集特性。     

船舶柴油机颗粒物捕集及再生试验

颗粒物捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)是应对柴油机颗粒物(Particulate Matter,PM)排放的有效工具,针对某型船用发动机,设计DPF和不同的PM再生方式,对DPF的PM捕集效率和再生性能进行试验测试。结果表明:该型DPF对船舶柴油机在不同工况下的PM排放均有较高的捕集效率,达到90%以上,但会造成柴油机排气背压和油耗升高;采用贵金属催化剂和非贵金属催化剂涂层均可降低PM的纯被动再生活性温度,实现有效再生,但贵金属催化剂结合抗硫涂层的耐硫性能优于非贵金属催化剂;采用燃烧器主动再生装置提高柴油机烟气温度可有效实现DPF再生,再生效率和再生程度较高。根据试验结果对船舶柴油机匹配DPF及其再生系统提出建议,为DPF的实船应用提供参考。     

船用柴油机微粒控制排放控制与处理

柴油机被普遍用于在航运船舶上。随着人们对能源危机和环境问题的认识越来越深入,人们对船舶的污染排放越来越重视。其中柴油机排放的大量微粒对环境的影响较为严重。本文主要介绍了柴油机产生微粒的主要因素和控制污染排放的SCR技术,废气循环系统,微粒捕抓器。SCR技术主要原理是利用催化剂NH_3与NO_X还原为N_2和H_2O,减少污染物NO_X。废气循环系统原理是减少气缸中氧气所占的比例,降低燃烧温度,破坏NO_X生成的条件来减少微粒的排放。微粒捕抓器利用一种能承受高温,高压,耐腐蚀,气流阻力小的多孔过滤体来减少柴油机排放的气流中的微粒。由于微粒具有一定的惯性,当气流经过多孔过滤体的时候,柴油机的微粒在惯性和重力的作用下被过滤体收集,起到减排的作用。     

6135型柴油机SCR催化器结构优化分析

以船用国产6135型柴油机为研究对象。使用AVLBOOST软件建立柴油机模型,添加选择性催化还原仿真装置,研究催化器的长度、体积、孔密度等结构参数对柴油机尾气脱硝率、尾气压降的影响。通过研究发现随着SCR催化器长度的增加,尾气脱硝率和尾气压降同时升高;随着催化器体积的增大,尾气脱硝率逐渐提高而排气压降减少;随着催化器孔密度的增加,尾气脱硝率和尾气压降均上升。     

船用柴油机SCR催化器载体结构参数仿真优化

利用AVL_BOOST软件建立了某船用柴油机SCR催化器仿真模型,通过响应面优化法和BBD试验设计法开展仿真试验,得到以NO_X转化率为目标函数,压降和NH_3滑移量为约束条件的回归方程。通过回归方程对SCR催化器载体结构参数进行优化,优化结果为:横截面积为0.069m~2,长度0.833m,载体孔密度为22/cm~2,涂层厚度0.01mm,载体壁厚0.15mm。     

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%。     

基于Design-Expert的小通道热沉结构优化

主要针对小通道热沉散热效率与尺寸大小的关系,以壁面最高温度和进出口压差为衡量标准进行了研究。设计变量为肋板宽(a)和下槽宽(b),进行了2因素5水平全因子设计,得到25组数据,并通过软件Design Expert进行了响应面模型的建立,将得到的结果进行了显著性分析。结果表明,对最高温度而言,两变量交互项不明显,其F值较小,而对于压降,个别一次项对其没有较大影响,最终确定了热沉模型的最佳尺寸为肋板宽0.5mm,下槽宽0.4375mm,此时壁面最高温度为312.725K,最小压降为220.673Pa。同时得到了对于小通道热沉的最佳通道横截面类型为梯形,这对于研究小通道热沉结构优化是一个普适性规律。     

通气空泡流中洞壁效应对空化数和压力场影响的研究

文章在均质平衡多相流模型的基础上耦合输运方程型空化模型,通过求解混合介质的RANS方程、RNG k-ε湍流输运方程以及各相的质量输运方程,采用通用CFD软件—FLUENT数值模拟了水洞中带圆盘空化器航行体模型的定常通气空泡流动,研究了圆形截面闭式空泡水洞中洞壁效应对通气空化数和压力场的影响。得到的阻塞空化数线性正比于圆盘水洞直径比,且与三维圆盘自然空泡流的势流近似解基本一致,分析了洞壁效应作用下空化流场内的压力分布特点,并根据计算结果拟合了一定适用条件下通气空泡长度、最大直径和模型阻力系数的近似公式。     

通气空泡流中洞壁效应对空化数和压力场影响的研究

文章在均质平衡多相流模型的基础上耦合输运方程型空化模型,通过求解混合介质的RANS方程、RNGk-ε湍流输运方程以及各相的质量输运方程,采用通用CFD软件-FLUENT数值模拟了水洞中带圆盘空化器航行体模型的定常通气空泡流动,研究了圆形截面闭式空泡水洞中洞壁效应对通气空化数和压力场的影响.得到的阻塞空化数线性正比于圆盘水洞直径比,且与三维圆盘自然空泡流的势流近似解基本一致,分析了洞壁效应作用下空化流场内的压力分布特点,并根据计算结果拟合了一定适用条件下通气空泡长度、最大直径和模型阻力系数的近似公式.     

侧向推进器水动力性能数值分析与验证

为研究侧向推进器的水动力性能,采用CFD方法以四叶Ka型螺旋桨侧向推进器模型实验为依据进行了仿真验证,结果吻合度高。在此基础上,模拟和分析零航速时不同螺距比、盘面比、通道长度和船艏两侧倾斜角度对侧向推进器流场和水动力性能的影响。结果表明:侧推器通道长度对侧推器效率影响较大,在2D时,效率最高;侧推器进出口处两侧倾斜角度对性能也有影响,船艏水线与侧推器轴线的夹角大则效率高。另外,研究了有航速时,首侧推器受航速影响的规律并分析了侧推器失效的原理。     

船舶柴油机颗粒物排放控制技术研究进展

颗粒物是船舶柴油机排气中的主要污染物,严重危害人体健康和大气环境,如何降低船机颗粒物排放已成为环境保护及柴油机领域的一个重点研究方向。本文对船机排放颗粒物的组分及来源进行分析,梳理论述目前主流的颗粒物排放控制技术及DPF再生技术。认为后处理技术是今后颗粒物排放控制技术研究的重点,其中,最有效、应用最广泛的是DPF技术,复合再生技术是DPF再生过程的发展方向,提出了船机颗粒物排放控制未来需重点研究的关键技术及长远发展目标。     

柴油机米勒循环结合EGR的性能分析及优化

文章建立了增压柴油机米勒循环结合EGR(废气再循环)的热力学模型,利用模型分析了柴油机设计参数对其性能的影响,为米勒循环结合EGR的增压柴油机参数设计提供了理论依据。研究表明,要使WP7柴油机的热效率和平均有效压力同时提高,增压系统效率需大于0.7。同时,以柴油机转速为1 500 r/min外特性工况点的NO_X排放下降50%、最高爆发压力不超过原机为约束条件,对WP7柴油机参数进行了优化设计。优化结果表明,该方法将有效压缩比从18降低到15.5,再结合12%的EGR率,可以在保持柴油机经济性、动力性与原机基本一致的前提下,将NO_X排放下降50%以上。     

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。     

乳化柴油经济性与排放特性研究

文章试验评估了乳化柴油的使用对直喷柴油机排放特性的影响,并比较了在东风6135柴油机上使用普通柴油和乳化柴油时检测到的运行参数,结果表明,乳化柴油的使用会明显降低排放尾气中NO_X的浓度,且各种工况下NO_X排放减少率都维持在22%左右,比较稳定;在含水量不大于12%时,乳化柴油中含水量越大,NO_X排放减少越明显。通过试验还发现,使用乳化柴油会使尾气中CO浓度大幅度提高,减少乳化柴油中乳化剂成分可使CO排放的增加率降低。     

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。     

掺水乳化油对船舶柴油机燃烧和排放的影响

应用AVL-FIRE软件对使用不同掺水量乳化油燃料的船舶柴油机进行了多维数值模拟研究,对比分析了缸内压力、放热率、缸内平均温度、NOX和碳烟排放浓度,并且得到了缸内温度场、NOX和碳烟浓度场。结果表明,计算燃烧缸内压力曲线与试验缸内压力曲线具有较好的一致性,验证了模型的准确性。通过比较可知,掺水乳化油会使滞燃期延长,在燃烧过程中由于水蒸发吸热,降低了燃烧温度,并且发生水煤气反应,有效地减少了污染物排放。仿真结果表明,使用5%~10%掺水乳化油做为燃料,使NOX排放量减小43.9%~67.7%。     

基于神经网络对电控柴油机运行特性影响因素仿真研究

基于AVL-BOOST软件仿真平台建立某船用四缸柴油机仿真模型,标定后的模型进行柴油机全工况仿真计算.仿真出来的3 200组数据作为人工神经网络输入数据,采用贝叶斯统计方法对网络进行训练建立2层的反馈神经网络仿真模型.并分别通过实验、AVL-BOOST和神经网络数据曲线的对比分析,验证人工神经网络预测的准确性.利用验证好的人工神经网络模型预测进排气压力对柴油机转矩的影响,以及预测压缩比和供油定时对柴油机排放性能和动力性能的影响,最后利用扰动法分析不同工况下柴油机各个参数对柴油机性能的影响程度.     

可变喷油速率的电控单体泵喷射系统控制研究

利用 AMESim软件建立柴油机喷射系统仿真模型,对柴油机的结构参数进行匹配优化,选取5种比较合理的方案,并将其中的两组导入到 AVL-BOOST整机仿真模型中,选取最优的供油定时角。在定喷油量、定供油定时角前提下,将不同喷油速率导入到柴油机仿真模型当中,研究不同喷油速率对柴油机缸内温度、压力、排放、放热率以及油耗和转矩的影响。结果表明：合理的喷油速率和供油定时角能进一步优化柴油机的综合性能,同时选取1组动力性能和经济性比较好的方案,进行柴油机的台架试验,仿真和实验的误差在2%以内。结果表明仿真有助于探索柴油机的综合性能规律。     

超高压喷射条件下非常态燃油的缸内燃烧排放特性研究

以改善大功率柴油机的燃烧与排放性能为目标,创新性地提出180 MPa 以上的超高燃油喷射压力。建立包括进气道和燃烧室在内的三维几何模型,利用 AVL FIRE 软件对仿真模型进行动网格划分,将燃油喷射系统的喷嘴内流场计算结果作为边界条件对燃烧过程进行仿真计算,分析燃油物性参数的变化以及喷嘴参数对柴油机燃烧排放性能的影响。结果表明：当燃油的物性参数发生变化之后,喷孔内部空化效应的增强有助于油束获得良好的初始破碎状态,雾化效果好,缸内燃烧过程进行得更加充分;当喷孔直径增大时,油滴初始湍动能增强,运动发展范围较大,喷油持续期短,后期排放物浓度小;随着喷射夹角增大,缸内燃油与空气混合得更加均匀,燃烧性能进一步提高。