某船用柴油机SCR系统混合器结构参数仿真优化

在某船用柴油机SCR反应器及尿素喷射系统结构参数优化的基础上,建立SCR混合器三维仿真模型,研究SCR混合器叶片角度和安装位置对SCR系统的混合均匀性、压力损失、NH₃逃逸、NOx转化率的影响。仿真结果表明：混合器叶片角度为15°、安装位置离喷嘴下游75mm时,可使催化剂进口截面的NH₃分布均匀性系数提高4.5%,NOx转化率提高6%。     

船用板式换热器混合板片热力性能实验研究

以人字形板式换热器板片为研究对象,测试单相流体在三种不同组合方式的板式换热器中的换热特性和阻力特性并对此进行比较,得出三种组合方式的优劣。实验结果表明:随着波纹角度的增加,板式换热器的阻力特性不断升高,换热性能则先增加再逐渐下降。综合板式换热器流动换热特性随流速的变化规律,小波纹倾角模型换热效果最差,但其压损最小;大波纹倾角模型换热效果最好,同时压力损失最大;混合板片模型换热效果和压降都介于小波纹倾角模型和大波纹倾角模型中间。     

船舶废气SCR系统设计及应用

针对在船舶上设计及安装废气SCR处理设备及系统的需求,以85 000 DWT散货船SCR系统装船样式为例,分析船用废气处理技术的类型及特点,以及SCR技术的要求和实际组成要素,船舶废气SCR处理系统的实际应用和工作流程分析表明,SCR废气处理技术在船舶系统实际应用过程中,设备安装、系统管路长度及走向,排气温度及尿素溶液喷射量控制等会影响废气中NO_x的实际处理效果,系统设计需遵循一定的设计原则、布置方法,以及管线设计要求。     

LNG/柴油双燃料发动机混合器的设计与优化研究

LNG作为一种新型绿色能源,具有清洁、高效、经济的特点,受到了发动机行业的广泛关注。对于单点喷射的气体燃料发动机与双燃料发动机而言,燃气与空气的混合质量直接影响发动机的整机性能,而供气系统的混合器对于燃气与空气的混合起着重要的作用。由于原机混合器存在一定的局限性,并不能很好地满足发动机需求。鉴于此,基于Z6170ZLCZ-19双燃料发动机设计出一新型混合器。经过仿真计算与发动机台架试验,验证表明,与原机混合器相比,该新型混合器具有良好的混合特性,能够使发动机的各缸排气温度更均匀,动力性能也有所提升。     

半球形结构对船用板式换热器性能的影响

设计一系列内置不同尺寸半球形凹坑结构的V字形板式换热器板片,利用ANSYS FLUENT软件探究各型板片的换热性能。数值模拟结果表明：加入半球形凹坑结构能使换热器触点周围高速流动区域流体的流动更均匀,并明显增大较宽流道区域内流体的流动速度,提升换热器的换热性能;随着结构尺寸增加,半球形结构内部流体的流动更剧烈,流道内流体受到的扰动作用更强,流道内的温度场、速度场和压力场的增幅越来越大。综合考虑扰流结构对传热效果的提升作用和摩擦因子的增加发现,Ⅳ型板片（凹坑半径为3 mm）的传热效果最佳,与传统板片相比,其传热效率提高24%。     

波浪与弧板式透空堤相互作用的数值与试验研究

将连续性方程和雷诺平均纳微斯托克斯方程作为控制方程,引入主动吸收式造波边界消除造波板的二次反射,并采用阻尼消波方法减小水槽末端的波浪反射。应用流体体积函数法追踪流体自由表面,构建波浪与弧板式透空堤相互作用的数值模型。通过物理模型试验对建立的数值模型的准确性与可靠性进行验证,探讨弧板式透空堤的消浪性能和受力特性。研究结果表明,波浪对弧板式透空堤的透射系数与反射系数的影响均较为显著,透射系数随相对板宽的增大而减小,反射系数随相对板宽的增大略有增大。弧板上下表面所受波浪压力的分布特征差异显著,同一表面所受正负波压力近似呈对称分布。研究结果可为弧板式透空堤的工程应用提供参考。     

喷射压力对船用柴油机燃油喷雾特性的影响

为了深入研究船用柴油机燃油喷雾特性,本文以某船用孔式喷油器为研究对象,运用液滴破碎模型、大涡湍流模型、液滴碰撞聚合模型对燃油喷雾过程进行数值分析,研究喷射压力对喷雾特性的影响规律,并与试验结果对比以验证数值模拟结果的正确性。结果表明:喷雾贯穿距随着喷射压力升高而增大,喷雾初期贯穿距与时间成正比,而喷雾中后期,贯穿距增大的速度逐渐减缓;喷雾锥角随着喷射压力的增大而增大,每提升10 MPa喷射压力,锥角增大0.4°;喷雾体积随喷射压力的提高而变大,射流边缘出现的块状结构会回到喷雾主体内,而喷雾头部块状结构无法回到喷雾主体内;索特平均直径随着喷射压力的提高而变小,每提升10 MPa喷射压力,索特平均直径减小约4%。     

喷射压力对船用柴油机燃油喷雾特性的影响

为了深入研究船用柴油机燃油喷雾特性,本文以某船用孔式喷油器为研究对象,运用液滴破碎模型、大涡湍流模型、液滴碰撞聚合模型对燃油喷雾过程进行数值分析,研究喷射压力对喷雾特性的影响规律,并与试验结果对比以验证数值模拟结果的正确性.结果表明:喷雾贯穿距随着喷射压力升高而增大,喷雾初期贯穿距与时间成正比,而喷雾中后期,贯穿距增大的速度逐渐减缓;喷雾锥角随着喷射压力的增大而增大,每提升10 MPa喷射压力,锥角增大0.4.;喷雾体积随喷射压力的提高而变大,射流边缘出现的块状结构会回到喷雾主体内,而喷雾头部块状结构无法回到喷雾主体内;索特平均直径随着喷射压力的提高而变小,每提升10 MPa喷射压力,索特平均直径减小约4％.     

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。     

某船用柴油机SCR系统匹配性能试验分析

针对某船用柴油机,在D2试验循环模式下进行原机和加装SCR系统后的性能对比试验,分析SCR反应器在无尿素喷射时对柴油机排气特性和经济性的影响,同时还分析按氮氨比为1∶1进行尿素喷射时SCR系统的工作性能。试验结果表明:柴油机安装SCR系统后,排气背压和排气温度均有所上升;经济性略有下降,额定工况下降低幅度在1%左右;虽然增压器后NOX排气浓度增大,但NOX质量流量下降幅度较大,额定工况下降幅度为12.3%,尿素基本喷射量标定计算应以加装SCR反应器后的柴油机排气参数为依据;NOX加权比排放由原机的12.63 g/k Wh降低到11.52 g/k Wh,降低了8.7%。按氮氨比为1∶1的比例进行尿素喷射时,SCR系统能满足Tire III的NOX排放限值要求。研究结果可为SCR系统设计和尿素喷射量的标定提供一定的指导依据。     

格子阵列引发纵向涡对多孔射流冲击冷却的影响

为提升船用燃气轮机涡轮叶片的内部冷却性能,对双层壁构型中的内腔进行格子阵列化设计,采用三维数值模拟方法对比分析格子阵列结构和光滑结构的流动传热特性.结果表明,格子阵列中形成的有序大尺度强制纵向涡,能够在大幅强化内腔传热的同时,使外腔射流冲击获得更高的初始动量,克服横流影响,强化靶面传热,形成内外协同的强化传热能力.格子阵列能有效改善射流冲击的孔间分配,从而提高靶面传热的展向均匀性.研究结果对涡轮叶片双层冷却构型的优化设计有一定的指导意义.     

船用板式换热器混合板片数值分析研究

通过Fluent数值模拟研究了由船用板式换热器不同人字形波纹板片组成的三种模型内部流场及换热过程,得到了压力损失ΔP、平均Nu数随流速的变化情况。分析了不同流速下,三种模型的人字形波纹板式换热器板片的流动和换热特性,并用相关实验数据对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:流速相同时,H-H模型Nu和ΔP值最大,V-V模型Nu和ΔP值最小,V-H模型Nu和ΔP值大小均介于两者之间。Nu和ΔP的数值分别是换热性能及阻力特性的度量。V-H模型以部分换热性能的损失获得了阻力特性的改善。Fluent模拟结果与实验结果一致。     

船用SCR技术现状及发展

船用选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)技术是1项高效的NO_X脱除技术，已经在船舶领域得到了广泛应用，但随着环保要求调整与能源结构的变化，船用SCR技术也需要相应调整。目前船用SCR多使用尿素-选择性催化还原(Urea-SCR)技术，此技术受船用燃料油中杂质及烟气排气温度影响较大。其中，船用燃料油中的硫(S)及碱性金属等物质含量高，对催化剂的毒副作用明显，限制了船用SCR的使用。船舶主要使用柴油机，决定了烟气排气温度变化区间，通过影响尿素水解产NH₃效果、SCR反应器布置形式及催化剂活性，最终影响尾气脱硝效果。上述现状表明，使用船用燃料油的船舶，带废气加热的LP-SCR系统设计将是SCR设计的重要方向；寻找产NH₃效率高及控制精确的安全NH₃源(或方式)，对于船用SCR系统发展也起到了至关重要的作用；提高燃料品质、降低烟气中毒副作用限制，可为研制发展船用新型低温、抗毒催化剂提供基础。由于碳中和目标，低碳、零碳燃料船舶将是全球趋势，使得燃烧后排气不同，进...     

轴流泵进口弯管优化设计

为减弱弯管内因流体不均匀流动造成的振动,对某船用轴流泵进口弯管进行优化设计。采用数值模拟方法分别计算了3种不同结构形式的异形弯管压力分布,并讨论了导流板数量、长度、分布对弯管处压力分布的影响,最后选取最优新型弯管3进行配机计算,分析机组不同位置压力脉动情况。结果表明:新型弯管2和3阻力系数略大,但其压力分布更均匀;导流板优化结果表明:3片导流板、均匀分布、短导流板效果最佳;配机计算结果表明:叶轮进口处主导频率为轴频和叶频,叶轮出口处主导频率为叶频、2倍频和3倍频。     

船用柴油机进气消声器声学性能研究及改进设计

为提高某船用柴油机进气消声器的消声性能,利用有限元软件LMS virtual lab中声学模块对消声器进行了声学性能仿真研究。分析了消声器的吸声片间距、直径参数,以及吸声片两侧布置穿孔板对传递损失的影响。结果表明:吸声片间距减小2 mm,消声器的传递损失增加约2.5 d B;吸声材料外径增加40 mm,消声器传递损失在大多数频率范围内增加1~2 d B;在吸声片两侧布置穿孔板,消声效果在800~1 600 Hz频率范围内可提高约8 d B,该改进设计方案有利于抑制增压器的噪声源峰值。     

船用柴油机燃油管系减振研究

为解决某船用柴油机燃油管系低压管路振动强烈问题,实船测量了燃油管路和主机振动、燃油脉冲压力和管路固有频率,确定喷油泵柱塞间隙性进、回油诱导管路内燃油压力脉动是激励管路振动的主要原因。从结构和流体两个角度分析了管系减振的方法,通过加焊马脚改变管系的刚度和加装阻尼器降低燃油脉冲强度两种方法来降低管路的振动。试验结果表明,两种方法皆有效地降低了管路的振动,特别是阻尼器从源头降低燃油脉冲能量的减振效果更明显。     

船用蒸汽喷射制冷机组试验研究

设计并搭建蒸汽喷射制冷机组性能研究试验台,以低温低压蒸汽作为机组驱动热源,选用水作为制冷剂。主要研究工作蒸汽温度、蒸发温度、冷凝温度和压力等工况条件对制冷机组制冷能力的影响,为改善和提高船用蒸汽喷射制冷机组的性能提供参考依据。     

船用中速柴油机排气SCR净化消声器的联合仿真分析

船用柴油机对环境的影响主要可分为噪声污染和排放造成的大气污染,伴随着国际海事组织(IMO)第3阶段排放标准(Tier Ⅲ)的实施,为船舶配置选择性催化还原反应(SCR)脱硝装置已成为必然选择,可借鉴车用柴油机排气净化消声器装置的应用经验,对船舶柴油机的排气消声器和SCR反应器进行联合设计。采用动力系统、流场和声场联合分析的方法,结合商用软件GT-Power、Fluent和LMS Virtual. Lab进行联合仿真,计算初步设计配置于船用MAN 9L32/40型柴油机排气净化消声器的压力损失和消声效果。仿真计算结果显示,该排气净化消声器的压力损失满足柴油机排气要求,同时在2 000 Hz以下具有良好的消声效果。     

栅板压力脉动衰减器的设计与数值模拟

针对离心泵输出的压力脉动问题,借鉴孔板消除气体脉动的原理,设计了一种带有缝隙的栅板式压力脉动衰减器,并运用FLUENT软件对其进行流场仿真,对缝隙宽度和缝隙数两个参数进行优化设计。通过计算发现：栅板式脉动衰减器可以对压力脉动进行衰减;此外,缝隙宽度和缝隙条数均是影响脉动衰减效果和插入压力损失的关键因素,因此,应考虑插入压力损失的同时获得最佳衰减效果;经过计算优化,当缝隙宽度为5、缝隙数为14时,压力脉动率最低,且其压力损失最小。     

表面微织构对船用滑动式中间轴承润滑性能影响研究

中间轴承是船舶推进系统重要部件,其润滑特性直接影响轴系工作状态。表面织构技术通过改变摩擦表面微结构,有利于润滑油膜形成,提高润滑油膜承载能力,改善轴承润滑性能,降低摩擦损失。本文建立考虑表面微织构的某船用滑动式中间轴承流体润滑数值模型,分析织构深度、特征长度、布置位置及面积率对中间轴承润滑性能的影响。研究表明,微织构结构参数对中间轴承润滑性能影响较大。本文研究结果对进一步提高滑动式中间轴承润滑性能,减少摩擦损失具有重要参考意义。