生物柴油在船用发动机上的应用探讨

介绍了生物柴油的基本特点,表明生物柴油在冷凝点、闪点、含硫量、含氧量、可再生性等方面优于普通柴油,但粘度大、倾点高、腐蚀性大、含水率高、易被氧化。分析了生物柴油在船用发动机上的应用条件,针对性地提出了建议,包括改用氟橡胶零件、增大每循环供油量、增大喷油器喷孔直径和孔数、推迟喷油等措施。最后探讨了生物柴油在船用发动机上应用需要解决的关键技术问题,并认为生物柴油将是石油枯竭后替代现有船用柴油最合适的船舶发动机燃料。     

大气湿度对柴油机缸内工质热物性参数的影响

将有关热物性参数计算表达式嵌入KIVA-3软件中,这些参数包括压力、温度、比热容、比热比、比焓、导热系数、动力粘度、音速、压缩系数和普朗特数。通过改变进气成分,计算进气含湿量分别为0,5,10和20 g/kg时柴油机燃烧过程中缸内工质热物性参数的变化规律。计算结果表明,大气湿度对燃烧温度、比热容和普朗特数影响较大,对压力、比热比、比焓和音速影响较小,对压缩系数影响很小。含湿量增加,在高温时动力粘度和导热系数两者稍微增加。     

基于不同燃油品质的内河船舶排放特性试验研究

采用车载排放测试系统,对某内河船舶于苏州河某航段进行了分别燃用B0（纯石化柴油）和B10（生物柴油-柴油混合燃料,生物柴油体积比10%）的实船放对比试验,探究了燃油品质对内河船舶PN（颗粒物数量）、CO、THC和NOX排放的影响,结果表明：○1内河船舶燃用B0和B10时的PN随粒径分布相似,在离港、进港和低负荷工况时呈双峰对数分布,在巡航及中、高负荷工况时呈单峰对数分布;○2内河船舶燃用B0和B10时,PN、THC、NOX排放均随负荷变大而升高,而CO排放则先降低后升高;○3相对B0,内河船舶燃用B10时PN、CO排放下降、THC和NOX排放上升,离港、巡航、进港时PN排放因子分别降低13.82%、8.21%、46.44%,CO排放因子分别降低20.87%、34.75%、17.60%, THC排放因子分别升高33.68%、26.00%、14.15%,NOX排放因子分别升高1.33%、13.92%、8.93%。     

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。     

船舶推进轴系瞬时转速的测试与分析

瞬时转速作为柴油机缸内燃烧状态的监测参数一直受到重视,但对船舶推进轴系瞬时转速的诊断应用研究目前还不多。为了解船舶推进轴系不同部位瞬时转速的波动特征,分别在自动化机舱实验室和远洋实习船上对柴油主机飞轮端、水力测功器轴段和船舶尾轴段的瞬时转速进行测试与分析,证实了船舶主机飞轮端的瞬时转速受螺旋桨的影响较小,可以反映柴油主机各缸内的燃烧状态,也验证了尾轴段的瞬时转速可以反映螺旋桨的工作状态。可以利用船舶尾轴段瞬时转速的转速波动特性和频率特性判断螺旋桨的工作状态,为利用推进轴系的瞬时转速进行船舶推进装置的状态监测和故障诊断奠定了基础。     

柴油机燃油物性参数的分析

柴油机是某著名科学家所发明的,在农业、工业生产中得到广泛应用,其柴油机工作原理与汽油发动机工作原理相似。由于柴油机需要燃油的动力才能正常启动,而燃油的密度将随着压力、温度的变化而变化,因此,文中对柴油机燃油物理性质参数进行分析研究,分析燃油压缩率、燃油弹性模量、粘压系数、燃油密度的变化等。     

基于FPSO的船舶柴油发电机励磁系统控制

针对大功率船舶柴油发电机工况的复杂性、时变性以及非线性等特性,以及船舶运行负载的变化对发电机励磁系统的影响,借鉴粒子群优化算法能够很好地适应复杂系统参数的寻优的特性以及模糊控制对参数优化的精确性,使用粒子群优化算法对控制器的PID参数进行优化,再使用模糊PID算法以误差和误差变化率作为输入,PID参数的增量作为输出对粒子群优化算法优化出来的PID参数进行修正,构成船舶发电机模糊-粒子群优化(FPSO)励磁控制系统控制器。在Matlab/Simuink环境下进行了额定负载、增加50%额定负载和三相故障等工况的仿真实验。实验表明,端电压经过短暂的波动后能够快速的回归稳定,证明该方法能够很好地适应工况的改变。     

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。     

船舶大型化趋势下新能源的经济可行性分析

现今航运产业低迷,各大船公司几乎无利可图.降低运营成本是企业降低损失、谋取利润的重要方法.而燃油成本则是企业运营成本的重要组成部分,本文通过对比核能、太阳能、液化天然气及生物柴油与传统燃料的经济特性,通过考虑设备购置成本及燃料成本等,从经济角度探究何种能源最优,最有望在未来船舶上得到应用.     

无轴轮缘侧推器水动力特性及影响因素分析

为了揭示船舶无轴轮缘侧推器的水动力性能,分析侧推器结构参数的影响规律,采用计算流体力学的方法对无轴侧推器进行数值计算,研究船首位置的无轴侧推器水动力性能、周围流场的分布规律及其水动力性能变化的影响参数,获得不同螺距比、盘面比及毂径比对无轴侧推器水动力特性的影响规律。结果表明：随着流速增大,无轴侧推器的推力系数和扭矩系数均增大;螺距比在0.7～1.2范围内,螺距比增大,无轴侧推器的推力系数和扭矩系数同时增大,推力系数比扭矩系数变化速率快;盘面比在0.3～0.9范围内,盘面比增大,无轴侧推器的推力系数和扭矩系数有所增加,但增加幅度较小,推力系数增长幅度在5%左右,扭矩系数变化幅度小于2.5%,毂径比对无轴侧推器水动力性能影响较弱。     

含大功率脉冲性负荷的船舶供电系统设计及研究

脉冲性负荷是一种功率波动明显、频率切换频繁的负载,而船舶电力系统的容量和惯性较小,容易受到负荷波动的影响。本文首先根据雷达的种类、功率,及其运行特性和影响,将其进行分类并梳理出相应的解决思路,对功率波动周期和占空比都不确定的脉冲负荷雷达进行研究。由于柴油机的调速特性和发电机的调压特性都跟不上负荷频幅的波动,脉冲性负荷的工作会给船舶电力系统造成恶劣的影响,本文设计了一种含电容储能的脉冲性负荷供电系统,并完成储能电容参数的计算,结合柴油发电机组固有机械储能特性优化配置电容储能的容量。通过仿真验证了该供电系统在雷达多种典型工况下,直流母线电压的波动满足相关指标要求,网侧输入功率平滑稳定,且网侧电压谐波小于2%,满足负荷供电需求及舰船电网抗负载冲击的要求。研究结果对脉冲负载在舰船电力系统中的应用及其设计方面具有一定的指导意义和参考价值。     

超临界二氧化碳涡轮发电在船舶余热利用上的技术分析

船舶动力技术水平关系到国家经济发展与军事安全,其中实现其发动机排气余热高效利用是一项关键技术.船舶具有多种余热利用的途径,现代船舶对于电能的需求越来越大,利用余热进行发电具有前景.超临界二氧化碳具有良好的密度和流动特性,可在中低温区实现高效的涡轮机械作功,相比温差发电或燃气轮机发电具有明确的效率优势.本文对比分析了超临界二氧化碳涡轮发电的发展现状和关键技术,并针对船舶参数开展30 kW级超临界二氧化碳涡轮发电机的研制,在氮吹试验中实现了36 kW/36.5 kr/min的功率输出,可进一步验证并推进超临界二氧化碳涡轮发电在船舶余热利用上的发展.     

超临界二氧化碳涡轮发电在船舶余热利用上的技术分析

船舶动力技术水平关系到国家经济发展与军事安全,其中实现其发动机排气余热高效利用是一项关键技术。船舶具有多种余热利用的途径,现代船舶对于电能的需求越来越大,利用余热进行发电具有前景。超临界二氧化碳具有良好的密度和流动特性,可在中低温区实现高效的涡轮机械作功,相比温差发电或燃气轮机发电具有明确的效率优势。本文对比分析了超临界二氧化碳涡轮发电的发展现状和关键技术,并针对船舶参数开展30 kW级超临界二氧化碳涡轮发电机的研制,在氮吹试验中实现了36 kW/36.5 kr/min的功率输出,可进一步验证并推进超临界二氧化碳涡轮发电在船舶余热利用上的发展。     

考虑表面粗糙度与轴瓦变形的水润滑轴承动力特性系数计算

本文在传统轴承动力学分析模型的基础上考虑了水润滑轴承轴瓦的刚度、阻尼和轴承质量以及可能存在的接触刚度、阻尼,推导了考虑表面粗糙度和轴瓦变形的扰动压力雷诺方程,对比了混合润滑模型与动力润滑模型、弹流润滑模型的轴承动力特性系数并分析其差异,研究了倾角、粗糙度等参数综合作用下水润滑轴承动力特性系数的变化规律。结果表明,最小膜厚比大于某一阈值时粗糙度增加可提高水膜动力特性系数,轴瓦变形会使动力特性系数减小,同时也会扩大使水膜刚度、阻尼获得增幅的粗糙度范围,但削弱了粗糙度对承载方向刚度、阻尼的增幅效果。此外,在承受载荷一定的条件下,粗糙轴承的动力特性系数在倾角较大时明显小于光滑轴承的对应值。     

英标及PIANC规范船舶撞击能量计算比较

对比了英标和PIANC两本规范关于船舶撞击能量计算的异同,并就护舷设计吸收能与中国规范进行了比较分析,就撞击能计算中的偏心系数开展了进一步研究。得出结论:1)英标及PIANC规范船舶撞击能量计算中偏心系数、水动力质量系数和异常靠泊能量系数等参数取值不同。2)英标的集装箱船撞击能设计值大多小于PIANC,而油船撞击能设计值大于PIANC。3)油船采用三分点靠泊时撞击能量约为四分点靠泊时的1. 3倍左右。4)油船及气体运输船管汇偏中影响着偏心系数C_E取值,随着船舶吨级增大而减小,影响程度为12%～29%。     

船舶微过热蒸汽发生系统供汽性能研究

为提高船舶微过热蒸汽发生系统的稳定性和优化微过热系统性能参数,探析稳态、动态工况下微过热蒸汽发生系统供汽响应特性。本文以船舶微过热蒸汽发生系统为机理模型,采用 CFD模拟方法计算了微过热蒸汽发生系统速度场、压力场和温度场的稳态分布规律,引入实际微过热蒸汽系统运行参数作为边界条件,开展微过热蒸汽发生系统供汽性能动态研究,得到过热蒸汽掺混流量、饱和蒸汽掺混流量、微过热蒸汽压力和温度等关键性能参数的动态变化规律,并提出微过热蒸汽掺混因子,定量表征微过热蒸汽系统掺混特性及其对蒸汽温度影响规律。计算结果显示,在微过热蒸汽供汽过程中,饱和蒸汽系统管路压降大于过热蒸汽压降,微过热蒸汽压力不断降低,过热蒸汽和饱和蒸汽掺混流量增大,促使蒸汽掺混因子减小,导致微过热蒸汽温度略有降低。基于微过热供汽性能参数的分析,说明船舶微过热蒸汽发生系统供汽响应方案满足用汽设备的要求,可用于船舶蒸汽动力系统的设计。     

船舶微过热蒸汽发生系统供汽性能研究

为提高船舶微过热蒸汽发生系统的稳定性和优化微过热系统性能参数,探析稳态、动态工况下微过热蒸汽发生系统供汽响应特性。本文以船舶微过热蒸汽发生系统为机理模型,采用CFD模拟方法计算了微过热蒸汽发生系统速度场、压力场和温度场的稳态分布规律,引入实际微过热蒸汽系统运行参数作为边界条件,开展微过热蒸汽发生系统供汽性能动态研究,得到过热蒸汽掺混流量、饱和蒸汽掺混流量、微过热蒸汽压力和温度等关键性能参数的动态变化规律,并提出微过热蒸汽掺混因子,定量表征微过热蒸汽系统掺混特性及其对蒸汽温度影响规律。计算结果显示,在微过热蒸汽供汽过程中,饱和蒸汽系统管路压降大于过热蒸汽压降,微过热蒸汽压力不断降低,过热蒸汽和饱和蒸汽掺混流量增大,促使蒸汽掺混因子减小,导致微过热蒸汽温度略有降低。基于微过热供汽性能参数的分析,说明船舶微过热蒸汽发生系统供汽响应方案满足用汽设备的要求,可用于船舶蒸汽动力系统的设计。     

液态LNG喷雾过程闪急沸腾条件数值模拟研究

由于闪急沸腾喷雾可以改善燃油雾化质量,对缸内混合气的形成十分有利,所以研究液态LNG的闪急沸腾喷雾具有非常重要的意义。文章首先解析了纯液态LNG在喷嘴内部的流动过程,利用其计算结果作为LNG喷雾计算的初始条件和边界条件,在此基础上,使用AVL Fire软件激活了初始破碎模型及Flash Boiling模型,对纯液态LNG闪急沸腾喷雾过程进行了数值模拟计算,研究了喷雾发展的过程,并确定了LNG液态喷射发生闪急沸腾现象的条件,数值计算结果与文献结果吻合较好。计算研究表明,当环境压力处于[0.1 MPa,4.59 MPa]区间时,只要环境压力小于液态LNG饱和蒸气压,均可发生闪急沸腾现象;当环境压力大于4.59 MPa时,不论液态LNG温度如何变化,都不能发生闪急沸腾现象;LNG闪急沸腾喷雾形状始终保持为类圆锥体,但并不完全对称,在发展过程中,液滴直径迅速减小,喷雾前端会形成涡旋结构,随后,该结构破碎、消失。     

风帆辅助推进船舶操纵可控区研究

加装风帆后的船舶在低速时的航行特性有别于无帆情形。为确保低速航行安全,基于MMG非线性运动方程,计算了有、无风帆情况下的船舶操纵可控区。运动方程中的船体水动力系数、舵模块参数等由经验公式得到,帆/船整体气动力系数由基于滑移网格方法的CFD手段获得。计算结果表明:不同帆攻角下的船舶自由操控区不同,通过合理的帆/舵联合操纵,可以扩大风帆辅助推进船舶低速航行的可自由操控区,增强其在风中的抗风能力。     

舟、艇、舰、船有何不同？

先来说说船吧，船是一个总称．凡是利用水的浮力，依靠人力、风帆、发动机（如蒸汽机、燃气涡轮、柴油引擎、核子动力机组）等动力．牵、拉、推、划、或推动螺旋桨、高压喷嘴．使能在水上移动的交通运输工具．都叫做船。不过自古以来形成了一些称谓习惯．民用船一般称为船（古代叫做轴舻）、轮（船）、舫．军事用船则称为舰（古称艨艟）、艇．小型船称为舢舨、艇、筏或舟．但都可归于舰船、船舶或船艇这三个带“船”字的总称麾下。