基于模型的船用柴油机多目标优化

在船用发动机第一阶段排放法规将要实施的情况下,为兼顾发动机的经济性和排放性,采用基于模型的多目标优化标定方法对船用发动机进行优化。根据排放法规的要求并结合船用发动机的推进特性和工况点,采用混合试验设计(Do E)设计试验工况点,在发动机台架上收集发动机试验数据,通过对试验数据进行分析建立优化标定模型,以经济性最好及满足氮氧化物(NOX)和碳氢化合物(HC)排放要求为目标,以其他排放物和排温为约束条件,应用基于Pareto概念的遗传算法进行优化求解。验证结果表明:法规排放点满足船用发动机一阶段排放法规的要求,氮氧化物(NOX)和碳氢化合物(HC)排放、油耗分别比原机降低12.34%、3.65%,一氧化碳(CO)和颗粒物(PM)排放分别比原机降低33.29%、13.21%;推进特性下工况点得到了较好的优化效果。     

基于模型的船用柴油机多目标优化

在船用发动机第一阶段排放法规将要实施的情况下,为兼顾发动机的经济性和排放性,采用基于模型的多目标优化标定方法对船用发动机进行优化。根据排放法规的要求并结合船用发动机的推进特性和工况点,采用混合试验设计(Do E)设计试验工况点,在发动机台架上收集发动机试验数据,通过对试验数据进行分析建立优化标定模型,以经济性最好及满足氮氧化物(NOX)和碳氢化合物(HC)排放要求为目标,以其他排放物和排温为约束条件,应用基于Pareto概念的遗传算法进行优化求解。验证结果表明:法规排放点满足船用发动机一阶段排放法规的要求,氮氧化物(NOX)和碳氢化合物(HC)排放、油耗分别比原机降低12.34%、3.65%,一氧化碳(CO)和颗粒物(PM)排放分别比原机降低33.29%、13.21%;推进特性下工况点得到了较好的优化效果。     

某船用中速柴油机NOx排放特性分析

对一船用中速柴油机进行了NOx排放试验,得出并分析了其用作船舶主机时,在持续运行区域内随运行工况变化的NOx排放特性.柴油机NOx排放水平与其运行工况密切相关.对于按推进特性运行的船舶主机,排放法规有必要针对NOx排放实船测试特点,规定合适的标准测试工况,并在台架试验的基础上对因测试工况偏差而引起的NOx排放误差进行修正.     

燃油系统参数匹配优化对船用柴油机性能影响及试验研究

采用试验与仿真结合的方法研究电控化改造对柴油机性能的影响。分别用AMESim和AVL_FIRE仿真软件建立燃油喷射系统模型与柴油机缸内燃烧高压循环模型,以喷油压力为优化目标对喷油参数进行匹配,并将优化结果代入到燃烧模型中计算分析。以优化结果为基础进行台架试验,分析电控化改造对柴油机经济性和排放性的影响。研究结果表明,对于15mm×2.5mm×0.40 mm/°CA×0.30mm×900mm(柱塞直径×油管直径×凸轮型线速率×喷孔直径×油管长度)的组合(试验号8),喷油压力相对于原机提高了40.2%。试验号8的台架试验表明:油耗率有所降低,且在低速低负荷工况下油耗率降低较显著;对于NOx排放,电控化改造后试验号8的NOx排放浓度在负荷特性工况和推进特性工况下相对于原机平均降幅分别在50%以上。     

高原地区E50汽油机掺烧含水乙醇的试验研究

阐述了在高原地区进行汽油机掺烧含水乙醇的试验研究,着重介绍了掺烧50%的含水乙醇的汽油对汽油机的经济性、动力性的影响。还进行了怠速排放对比试验的研究。试验结果表明,此比例的混合燃料的稳定性良好；能够保持发动机的原机动力性；有效燃油消耗率有一定的上升,但不是十分明显；当量燃油消耗率明显低于原机水平,提高了原机的经济性；有效热效率相对于原机有了不同程度的提高；怠速工况CH和CO的排放有所改善。     

采用相继增压技术的柴油机低工况性能研究

柴油机作为船用主机需满足全工况工作的性能要求,为了改善其低工况性能,对柴油机进行了相继增压系统的改造,达到了体积小、结构简单、易于维修、可靠性高的设计目的。在此基础上进行了相继增压柴油机的计算,确定了相继增压的切换点,并对改造后的柴油机进行了螺旋桨特性、限制特性、万有特性的试验研究,分析了柴油机1TC工况与2TC工况不同特性的动力性能与经济性能。     

船用焚烧炉烟气排放控制技术研究

为防止船舶排放物污染海洋环境,国际海事组织不断制定新的法规以限制船舶废弃物的排放。同样,船用焚烧炉的废气排放也受到相关法规的严格限制。焚烧炉技术研究中降低废气中有害物质排放、使其符合相关规范或要求成为研究的重点。本文在分析船舶废弃物的热动力性能、燃烧过程的基础上,重点对焚烧炉烟气排放控制技术进行了分析研究,对船用焚烧炉的优化设计及其控制策略的确定有着重要的指导意义。     

发电用汽轮机配汽方式改造与试验

双列调节级在低负荷工况下的汽流弯应力是叶片强度振动的重要因素之一。本文分析了汽流弯应力的影响因素以及不同配汽方式对汽流力的影响。为降低动叶的汽流力,提出对发电用汽轮机配汽方式的改造方案。在第4、第5组阀不变的情况下,对前3组调节汽阀进行了重新设计,得到了改造后的流量特性。为验证配汽方式的改造效果,对发电用汽轮机进行了不同负荷下的试验研究。试验结果表明,调节汽阀流量特性、喷嘴前压力等参数的试验值与计算结果一致性较好,说明计算方法是合理准确的。通过对汽轮机调速性能的试验研究,得到了改造前后调速性能的差异,结果表明配汽方式的改造不会对汽轮机调速控制系统带来明显影响,可满足设计要求。     

船用二回路系统全工况热力计算方法及特性分析

[目的]为便捷高效地对船用核动力装置二回路系统进行全面的热力计算,[方法]针对船用核动力二回路系统的特点,综合考虑核动力装置主汽轮机组以及各辅助设备,立足几种典型工况下的设备参数和热平衡计算结果,建立二回路系统全工况数学模型,提出一种全工况计算方法。在最高工况和最低工况之间均匀设置多个主机功率,将主机功率作为输入自变量。通过多层嵌套循环实现系统各设备热力参数同步变化,得出全部工况下主要设备的耗汽量、工质在各换热节点的温度以及动力装置总耗汽量和效率等参数随工况变化的规律。分析上述变化规律的原因,并将计算结果与设计值进行对比。[结果]结果表明,系统参数误差较小,满足计算精度要求。[结论]计算方法以及得出的变化规律为二回路系统的参数匹配特性计算和研究提供了思路。     

船用燃气轮机燃气发生器特性仿真与试验研究

某型低工况改进型船用燃气轮机在首次整机试验时,在部分工况出现低压压气机喘振裕度不足10%的情况。为了使低压压气机以及整机工作在安全范围内,有必要对高低压压气机压比进行重新调配。为了改善低压压气机运行工作线,提出了通过仿真分析改变涡轮喉道面积来调整高低压压气机压比分配的研究方法。本文基于热力循环分析法,建立低工况下燃气发生器数学物理模型、部件匹配模型,以及喷管热力学模型,借助Matlab/Simulink仿真平台建立改进涡轮喉道面积燃气发生器仿真模型。根据仿真结果确定增大低压涡轮喉道面积5%的调整方案,并将该方案应用于后续燃气发生器试验。试验结果表明,通过喉道面积调整可以有效的调整燃气轮机燃气发生器高低压压气机压比分配,增大低压压气机喘振裕度,保证燃气轮机在全工况范围内安全、稳态、高效的运行,为下一阶段低工况改进型整机性能试验提供了理论和试验的双重支撑。     

隧道施工机械柴油机排放后处理器的试验与研究

针对隧道施工机械用柴油机的有害气体排放，设计了一种不锈网带加尿素水混合液作为过滤介质的柴油机排放后处理装置，并通过柴油机台架试验，分析了此种过滤介质对柴油机有害排放物的过滤行性和机理。这对施工企业降低内燃机在隧道施工中的有害排放物具有重要的参考价值。     

某型舰用三轴燃气轮机性能仿真研究

以某型舰用三轴燃气轮机为研究对象,以仿真软件MATLAB\Simulink作为仿真平台,利用模块化建模方法对燃气轮机各个部件和整机进行了建模。在无设计资料、图纸和详细数据的情况下,根据部分工况下的实验数据,经过多次仿真计算,得到各个部件进出口的稳态数值和工况变化时的变化曲线。经过与实验数据的比较分析,仿真结果具有较高的精度。     

船舶柴油机SCR系统尿素喷射控制仿真

选择性催化还原技术是一种柴油机尾气排放后处理技术。针对船舶柴油机SCR系统非线性、难以建模与控制的特点,分析系统内部的化学反应,根据能量和质量守恒确定各状态量满足的微分方程,建立SCR系统数学模型,并验证其特性。为了实现SCR系统的控制目标,即在保证NH_3逃逸量不超过限定值的前提下,尽可能提高NO_X转化率,以NH_3逃逸量为约束输出,NO_X出口浓度为控制输出,氨喷射量为控制变量,设计了非线性模型预测控制器,实时计算系统所需尿素喷射量。试验仿真表明了非线性模型预测控制器的有效性,稳态工况和瞬态工况下NO_X转化率分别达到了93.803%和91.760%,NH3逃逸量均低于10 ppm,满足Tier Ⅲ标准对船舶柴油机尾气氮氧化物排放的限制。     

柴油机使用柴油/甲醇双燃料降低排放的试验研究

在4100AD柴油机上采用组合燃烧方式,即低负荷时发动机仅燃用柴油,中等以上负荷燃用柴油与预混甲醇,对发动机排放性能进行试验研究.试验表明,在额定转速下,喷醇发动机与原柴油机相比,NOx和碳烟排放大为改善,而THC排放有所增加,低负荷工况对CO排放有一定改善.     

船舶SOx和洗涤水排放法规分析及对EGC系统配置的影响

随着近年来EGC系统装船数量的逐年增加,研究各项法规对脱硫系统配置的影响有非常重要的现实意义。分析表明:开式和混合式是未来船东的主要选择对象。开式系统满足洗涤水排放法规的难点在于PH值很难达标,可采用增加排舷口数量、增加排舷管直径、增设稀释水泵和加碱性物质等方式满足排放要求。闭式和混合式系统满足法规的难点在于"0"排放水柜的布置。本文对SOx排放法规做了深入研究,完成了排放法规对系统配置的研究。     

风机机舱火灾热流场特性数值研究

为研究风机机舱发生火灾后的热流场特性规律,建立适用于风机机舱火灾计算的数学物理模型,对描述质量、动量和能量运输的通用方程进行简化和变形,用数值程序进行了求解,得到火灾发生后热释放速率及机舱内温度、热流、烟气高度等参数数据;分析典型火灾工况下各参数变化的反应延迟时间和变化规律、以及典型工况下特征参数的阈值,通过分析火灾流场特性变化规律,为风机消防设计提供参考。     

相继增压柴油机文丘里管EGR系统设计与试验

针对柴油机高工况时废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)废气回流困难的问题,采用在增压器出口安装文丘里管的方法来提高对EGR的引射能力。以某V型相继增压柴油机为研究对象,选取其额定工况为设计工况,由计算大致明确文丘里管的结构尺寸,并通过计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件对不同EGR率状态下文丘里管的流场作出三维模拟分析,验证所设计的文丘里管具有良好引射能力;在一台相继增压柴油机上进行高压废气再循环对柴油机燃烧和排放性能影响试验。研究结果表明:文丘里管可有效解决高工况EGR废气回流问题,满足相继增压柴油机EGR系统的试验要求。     

船用断路器抗摇摆性能分析研究

为了研究影响船用断路器抗摇摆性能的主要因素,本文建立断路器整机动力学模型,采用隐式积分算法对船用断路器在不同摇摆工况下的动态特性进行数值模拟,并通过摇摆试验来验证模拟结果的准确性。基于计算结果对设备进行优化设计,以提升设备的可靠性和舰船的用电安全性。研究结论和方法也为舰船其他设备抗摇摆性能的提升提供借鉴和参考。     

主机长期低转速运行和硫排放控制对船用汽缸油的影响及对策

介绍船用汽缸油的主要性能,针对主机长期低转速运行工况对汽缸油的影响以及国际、国内排放法规实施对船用汽缸油性能要求进行分析,考虑现用船用汽缸油抗氧防腐性及其在硫排放控制区低硫燃料船舶上使用时的性能不足,提出更换油品的解决方案。     

不同喷油策略对燃生物柴油船用柴油机燃烧和排放的影响

由于生物柴油可再生、无毒、可降解、可持续等优点,生物柴油受到了越来越多的关注。为了分析生物柴油燃烧特性和喷油策略对柴油机燃烧和排放特性的影响,本文建立三维CFD仿真模型,并采用ChemkinⅡ代码与三维AVL-Fire相耦合的方法进行计算。计算的机理主要考虑了生物柴油饱和度的69种产物和204种化学反应,并利用验证后的仿真模型研究了2种工况下3种不同喷油策略对柴油机功率、缸压、放热率、CO和NO_x排放的影响。