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。     

辛酸甲酯与正丁醇在低速柴油机中的氮氧化物排放特性仿真分析

以生物柴油替代燃料辛酸甲酯,建立辛酸甲酯(MO)与正丁醇(NBA)的混合燃料燃烧反应机理,通过CHEMKIN软件中的均质充量压燃反应器模拟混合燃料在船用低速柴油机中的燃烧,计算氮氧化物体积分数随曲轴转角(CA)变化关系,分析1∶1混合比例下,混合燃料在不同工况下的NO_x排放特性,结果表明,正丁醇掺混比例增加和发动机转速降低会使氮氧化物的体积分数降低;在1.2～26.1 (°)CA内NO体积分数下降原因之一是NO转化为N₂,NO₂体积分数下降的原因是NO₂转化为NO,而其在26.1～126 (°)CA内上升的原因是由NO转化而来;N₂O在1.2 (°)CA后体积分数下降的主要原因之一是N₂O转化为N₂。     

低活性燃料对柴油机RCCI的工作性能影响

为实现柴油机节能减排,提高燃烧效率,满足TierⅢNO_x排放法规和碳中和目标,建立TBD620柴油机三维仿真模型。通过甲醇进气道喷射法和缸内直喷掺水乳化油技术相结合,研究燃用低活性燃料对柴油机RCCI燃烧模式的工作性能影响。在额定工况下,柴油机转速为1 800 r/min,设置10%～50%共5组甲醇掺混比,每组甲醇掺混比都对应0～20%的6组掺水率,共30组模拟组合进行研究。研究结果表明：随着进气道甲醇量增加,柴油机燃烧始点滞后1～2℃A、燃烧初期放热率峰值升高,燃烧效率下降40.0%,缸内爆压升高5.1%,CO₂和NO_x排放分别下降41.8%和7.7%;随着掺水率增加,柴油机燃烧始点滞后1～2.5℃A,燃烧初期放热率峰值升高,燃烧效率提高8.1%,NO_x排放最大下降13.3%,2种技术不同组合下柴油机CO₂和NO_x排放显著改善、燃烧效率升高,甲醇进气道喷射法和缸内直喷掺水乳化油技术组合的RCCI燃烧模式,对于实现TierⅢ NO_x...     

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。     

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.     

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。     

掺水乳化柴油缸内燃烧数值模拟研究

利用计算流体力学(CFD)软件AVL-FIRE对柴油机缸内燃烧过程进行三维数值模拟。研究标准喷油量和标准含油量2种工况下不同掺水比例对于乳化油燃烧放热率、缸内温度、压力、NO_x、碳烟等影响。研究表明柴油掺水乳化能够降低其燃烧产生的碳烟量,与纯柴油相比最大可降低43.8%碳烟排放,减排效果明显;标准喷油量下随着掺水比例的增加NOx生成量降低,在标准含油量下,NO_x生成量随着掺水量的增加而增加。即使乳化油掺水比例相同,在不同工况下的燃烧特性也存在明显差异。     

氨燃料船舶氨气处理技术探索

随着航运业碳减排战略实施，作为零碳燃料，氨将成为船舶行业碳减排有力措施，氨燃料应用技术也将随之发展。氨气处理技术作为船舶安全运营的保障措施之一，必然紧跟氨燃料应用技术进步而发展。目前，船级社对船舶氨气排放的要求比较简略，未提出详细的设计要求。文章对现有陆地工业氨气处理技术进行分析，认为氨气吸收技术是当前最适合氨燃料船舶的氨气处理手段，而氨气燃烧和催化氧化技术在应用成本和NO_x排放方面还有待改善。     

可变比例掺水甲醇燃料供给系统原理性设计

船舶主机排放NO_x需要满足IMO TierⅢ的要求,基于MAN主机给出的甲醇掺水可有效降低排放NO_x的实验数据,设计了淡水掺入甲醇的供给系统。船舶燃料通过设计的甲醇燃料供给单元和淡水供给管路,再经比例混合供给主机。对二级加压加温、比例供给、消除管路气阻、惰化防爆安全等重点问题和关键点展开分析。该设计可实现淡水和甲醇按指定比例混合,压力和温度满足主机使用要求,分析表明,在主机负荷25%时,淡水可实现掺混质量流量比0.8,在主机负荷100%时,淡水可实现掺混质量流量比0.4,并可根据负荷变化实现比例可变。     

船用HND三燃料发动机研究进展及发展趋势探讨

由于船用发动机节能减排的需要,使用清洁能源作为替代燃料成为一个重要的发展方向。结合国内外针对氢-天然气-柴油(HND)三燃料发动机的研究,分析此类发动机燃烧性能和排放性能。增加氢气在混合燃料中的比例使得发动机缸内压力峰值提升,缸内温度增加,有助于提高发动机效率和机动性;一氧化碳、二氧化碳、总碳氢排放随氢气比例的升高而减少;氮氧化物排放有所增加;颗粒物排放显著减少。随着氢能源战略的发展,船用HND三燃料发动机在未来有望得到商业化推广应用。     

高压共轨船用柴油机燃烧与排放数值研究

为研究高压共轨船用柴油机燃烧与排放特性,应用CFD软件fire对某型船用柴油机喷雾燃烧进行了三维数值模拟。计算得到了不同轨压和不同喷油提前角下的燃油液滴分布、当量比分布、缸内燃烧温度和压力分布,以及NOx和soot质量分数分布等,同时还得到了油耗与指示功率值。对比研究了共轨压力和喷油提前角对燃烧和排放的影响。     

某490增压柴油机燃用二甲醚燃料的性能计算与分析

应用CFD软件STAR-CD,建立了某490增压柴油机燃用二甲醚的燃烧模型.在额定功率下,计算了二甲醚在不同喷油提前角时缸内温度、压力、NOX随曲轴转角的变化情况.结果表明:柴油机中燃用二甲醚燃料NOX排放浓度显著降低.通过对上止点前5°,7°,9°时不同喷油始点的计算表明,提前角增大,NOX生成量增加.为二甲醚燃料的推广使用与燃烧系统的优化提供了参考.     

部分预混耦合EGR对天然气直喷发动机的影响

以一台四冲程高压直喷天然气发动机为研究对象,模拟研究了5种天然气预喷量耦合5种废气再循环（EGR）率对部分预喷天然气发动机的燃烧和排放特性的影响。结果表明,相比于高压直喷模式,部分预喷模式有着更高的缸内峰值压力、峰值热释放率和最大压力升高率。预喷比例的增加会提前发动机燃烧相位、缩短燃烧持续期,进而降低发动机的指示燃料消耗率,但是EGR的加入会削弱这种效果。较高的预喷量耦合中等比例EGR能够削弱NOx-soot的“trade-off”关系;30%EGR率耦合40%预喷量能够使发动机具有较低的指示燃油消耗率,产生较低的甲烷、未燃HC和CO排放,以及优于非预喷方案的NOx和soot排放特性。     

柴油掺烧二甲醚的实验研究

二甲醚产量低，在柴油机上直接燃用二甲醚需改进原供油系统，短期内推广纯二甲醚柴油机不现实；实验结果表明，在柴油中掺入一定比例的二甲醚可改善其雾化性能、在柴油机上燃用柴油-二甲醚混合燃料可改善其排放性能。     

油加水作船舶燃料

波兰高等航海学校的工程师试用重油加水作柴油机船燃料获得成功，“罗尔尼克”货船利用这种燃料已顺利进行了远航。柴油机是这样工作的：油和水在喷嘴前面混合后，成为乳状液体进入燃料室燃烧。试验结果表明，利用油加水作燃料，柴油机功率不会降低，而废气毒性更小，还能节省许多油料。     

氨燃料散货船的方案设计

结合船舶行业要实现碳达峰、碳中和目标,需寻找替代能源来降低CO₂排放,氨燃料将会是最有希望的替代燃料的形势,分析氨燃料特性,结合散货船设计经验,对氨燃料散货船进行方案设计,提出两种可选的氨燃料散货船燃料舱的布置方案,对氨燃料的储存供给提供初步方案,明确氨燃料泄漏、蒸发、排放问题的处理方法。     

高原环境下喷孔夹角对某增压柴油机性能影响的数值模拟与分析

基于ECFM-3Z燃烧模型建立适应高原环境柴油机缸内工作过程模型,在平原试验验证的基础上,对喷油器喷孔夹角为147°、150°、153°、156°四种情况进行数值模拟,分析了喷孔夹角对海拔4550m下缸内燃烧过程的影响。研究结果表明,喷孔夹角增大后,缸内压力和温度上升,功率得到一定恢复,柴油机的排放随之上升。综合考虑柴油机的动力性和排放,海拔4550m下将喷孔夹角从150°(平原原机值)增加到153°比较合理。     

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。     

绿色低碳燃料船舶总拥有成本分析

随着航运业绿色低碳转型,低碳燃料的重要性逐渐显现,氨和氢燃烧无二氧化碳排放,被看作很有前景的零碳航运燃料.该文通过建立氨、氢动力船舶和传统燃油动力船舶总拥有成本(TCO)模型,量化对比相关经济性,并明确主要影响要素.结果显示:燃料价格是影响船舶经济性的主要因素;当前燃料价格水平下,氨、氢动力船舶的TCO约是传统燃油动力船的2倍,替代燃料的低能量密度是造成这一差异的主要原因.替代燃料成本将会是航运低碳转型的重要影响因素之一,替代燃料的降本增效值得关注.     

进气道加湿对船用柴油机性能影响仿真优化

本文基于TBD234V6型增压中冷柴油机,采用AVL-fire软件对柴油机额定工况下不同进气道加湿水油比进行三维数值模拟研究,对比分析该技术对柴油机缸内爆压、缸内温度、缸内温度场、燃烧放热率、NO_X浓度、Soot浓度及NO_X和Soot浓度场的影响,并通过灰色决策理论结合主客观赋权法确定最优水油比。结果表明：随着水油比的增加,相比于原型机,其爆压先升高后降低,水油比0.5时出现拐点,爆压上升幅度最大,约4.19%。且缸内温度降低,放热率峰值升高且出现时刻逐渐后移,燃油消耗率呈先下降后上升的趋势,NO_X排放量降低明显,Soot排放量呈先降低后升高的趋势。通过计算确定1.5为最优水油比,此时,爆压下降约1.01%,燃油消耗率下降2.35%,NO_X排放降低83.69%,Soot排放上升9.42%。研究结果可为船用柴油机掺水燃烧提供一定指导依据。