掺水燃烧对STC柴油机燃烧和排放特性的影响

文章对采用相继增压(STC)技术的TBD234V6型柴油机在25％Pe0和75％Pe0工况下的燃烧和排放特性进行研究,分析不同比例的掺水乳化油对缸内压力、缸内温度场、燃烧放热率、NO和Soot浓度场的影响,并通过灰色决策理论确定最佳掺水率.模拟结果表明:随着掺水率的升高,相比原机,STC柴油机在25％ Pe0工况下缸内压力先升高后降低,在75％ Pe0工况下最高缸压逐渐下降;在25％Pee0和75％Pe0工况下,STC柴油机的燃烧放热率均滞后,折合油耗率呈下降趋势,缸内高温分布区域逐渐缩小,NO和Soot生成质量分数下降.通过灰色决策优化评估分析,计算得出25％Pe0和75％Pe0工况下最佳掺水率分别为20％和15％.在高负荷下掺水率过高,STC柴油机的动力加速性能减弱,故掺水率不宜过高.     

掺烧乙醇/水对柴油机燃烧与排放性能的影响

针对TBD234V6型柴油机,采用AVL-fire软件对额定工况下,不同乙醇/水掺混比进行三维数值模拟研究,对比分析缸内压力、缸内温度、缸内温度场、燃烧放热率、NOx浓度、NOx浓度场、Soot浓度、Soot浓度场,并通过赋权法确定最优乙醇/水掺混比。结果表明：随着乙醇/水掺混比的增加,缸内压力逐渐升高,燃烧放热率滞后,燃油消耗率呈上升趋势,但在0E10W时,最高燃烧压力下降率约为3.7%;燃油消耗率下降0.38%;缸内高温分布区域缩小,NOx和Soot浓度下降。通过计算确定最优掺混比为20E10W,此时,最高燃烧压力提升5.6%,燃油消耗率上升2.41%,NOx排放下降率约为18.8%,Soot排放下降率约为29.6%。研究结果可为船用柴油机采用柴油/乙醇/水三燃料燃烧提供一定的指导依据。     

掺烧生物柴油耦合进气道加湿对柴油机燃烧及排放性能的影响

为探索掺混生物柴油燃烧耦合进气道加湿技术对柴油机燃烧及排放性能的影响,基于TBD234V6型柴油机,应用AVL-fire软件建立仿真模型进行研究.选取柴油机在75％中高负荷工作时,设置0.5～2.5共5组掺水率、10％～40％共4组生物柴油掺混比做仿真分析.结果表明:在掺水率为0时,随着生物柴油掺混比例增大,柴油机动力性下降16.3％,CO排放量下降34.2％,Soot排放量下降92.8％,NO排放量升高35.7％;在生物柴油掺混比为40％时,随着掺水率增加,柴油机动力性下降3.3％,CO排放量升高19.2％,NOX排放量降低89.7％,Soot排放量升高150.8％,但与原机相比Soot排放量仍低出81.9％.掺烧生物柴油降低Soot及CO排放效果显著,但对NO排放有促进作用;生物柴油耦合进气道加湿技术能极大降低NO排放,同时对Soot和CO生成也有较好的抑制效果,柴油机排放性能虽得到了优化,但动力性有所下降.研究结果可为船用柴油机掺混生物柴油燃烧耦合进气加湿技术试验提供一定的指导依据.     

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。     

船用LNG发动机掺烧模拟废气-燃料重整气缸内燃烧过程仿真

为研究废气燃料重整再循环技术(REGR)对船用LNG发动机性能的影响,搭建试验台架,进行性能测试;运用AVL-fire软件建立发动机燃烧室仿真模型,并依据试验数据验证仿真模型的准确性。基于该模型进行各负荷下不同废气再循环系统(EGR)率及在确定的EGR率下掺烧不同比例模拟重整气的仿真计算,并以75%负荷下的工况为例进行详细分析。计算结果表明,随着EGR率的升高,缸内平均压力和平均温度的峰值下降,燃烧过程整体后移,燃烧持续期增加,发动机的指示功率和NO比排放下降,指示燃油消耗率增加;掺混重整气比例增加,缸内平均压力和温度峰值升高,燃烧持续期缩短,指示功率和NO比排放升高,在重整气掺混率升高到一定程度时,指示燃油消耗率明显下降。综合分析发现,使用REGR技术可在不牺牲发动机的动力性和经济性的前提下降低液化天然气(LNG)发动机的NO比排放。     

掺烧乙醇/水对柴油机燃烧与排放性能的影响

针对TBD234V6型柴油机,采用AVL-fire软件对额定工况下,不同乙醇/水掺混比进行三维数值模拟研究,对比分析缸内压力、缸内温度、缸内温度场、燃烧放热率、NO_X浓度、NO_X浓度场、Soot浓度、Soot浓度场,并通过赋权法确定最优乙醇/水掺混比。结果表明:随着乙醇/水掺混比的增加,缸内压力逐渐升高,燃烧放热率滞后,燃油消耗率呈上升趋势;但在0E10W时,最高燃烧压力下降率约为3.7%,燃油消耗率下降0.38%,缸内高温分布区域缩小,NO_X和Soot浓度下降。通过计算确定最优掺混比为20E10W,此时的最高燃烧压力提升5.6%,燃油消耗率上升2.41%,NO_X排放下降率约为18.8%,Soot排放下降率约为29.6%。研究结果可为船用柴油机采用柴油/乙醇/水三燃料燃烧提供一定的指导依据。     

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。     

掺烧生物柴油结合相继增压技术对柴油机性能影响试验研究

本文基于TBD234V6型柴油机,将原单涡轮增压改为双涡轮增压进行掺烧生物柴油试验。配置生物柴油体积掺混比为0%,5%,10%,15%,20%,25%共6组生物柴油掺混比,选取10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%,100%共10个工况点进行试验。结果表明：相继增压柴油机生物柴油掺混比为0时,在10%～40%负荷,较原机相比,最高燃烧压力增大,油耗降低,NOx和Soot排放下降;在50%～100%负荷,最高燃烧压力与原机相比略微下降,燃油消耗率、NO_X和Soot排放略优于原机。但增大生物柴油掺混比,相继增压柴油机最高燃烧压力下降,油耗增加,NOx排放升高,显著改善Soot排放。基于试验数据,建立多目标灰色决策模型,计算得到相继增压柴油机生物柴油最佳掺混比为25%。     

燃油喷射对柴油机燃烧及排放的影响

针对4190柴油机燃油系统电控化改造项目,应用AVL_FIRE三维CFD软件平台,建立该机缸内高压循环仿真模型,通过台架试验获得缸压曲线验证仿真计算的正确性。借助模型研究燃油喷射系统参数对燃烧、NOX和碳烟颗粒生成等的影响。结果表明:随着喷孔锥角的增大,缸内最大温度与压力逐渐增大,采用小喷孔锥角时,NOx排放浓度低,但碳烟排放浓度较高;喷油器喷孔直径增大,缸内压力与温度逐渐增大,采用0.30 mm喷孔直径时,NOx和碳烟的排放浓度均较低;喷油提前角增加导致缸内温度增大,NOx排放浓度增加,碳烟排放浓度降低。     

舰用柴油机预混合等压燃烧的数值模拟及试验研究

运用CFD软件Star-cd对一台舰用高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧进行了缸内喷雾及燃烧过程的模拟计算,主要考察了不同压缩比的燃烧室型线,以及喷油器喷孔参数对柴油机性能、缸内温度场、速度场和NO排放的分布的影响.经过多方案的计算分析,确定了高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧的压缩比和喷孔参数,并能在提高柴油机性能的同时降低排放.通过对最优方案的台架试验,在直喷式柴油机上实现了预混合等压燃烧要求的放热率.     

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%。     

船舶柴油机变流量冷却系统的研究

本文从船舶柴油机燃烧室的散热计算出发，系统地分析了在不同的负荷和环境条件下气缸壁内表面温度的变化；研究了采用柴油机变流量冷却方式对缸壁表面温度的影响并进行了定量计算；分析讨论了变流量冷却对船舶柴油机其他特性的影响。     

Research on the impact of CeO2-based solid solution metal oxide on combustion performance of diesel engine and emissions

This paper mainly studies on the performance of high-speed diesel engines and emission reduction when the engine uses heavy oil mixed with nanometer-sized additives Ce0.9 Cu0.1 O2 and Ce0.9 Zr0.1 O2.During the test,Indiset 620 combustion analyzer made by AVL,was used to make a real-time survey on the cylinder pressure,the fuel ignition moment,and establish a relation between the change trend of temperature in cylinder and the crank angle.For the engine burning heavy oil and heavy oil mixed with additives,combustion analysis software Indicom and Concerto were used to analyze its combustion process and emission conditions.Experimental investigation shows that nano-sized complex oxide can improve the performance of diesel engine fueled with heavy oil,and reduce the emission of pollutants like NOx and CO,comparing it with the pure heavy oil.According to the consequences of this experiment,the additives improve the overall performance in the use of heavy oil.     

基于AVL BOOST的船用柴油机典型故障仿真及其数据分析

[目的]大型船用柴油机故障类型的数据通过台架试验或者实船来获取存在许多不利因素,因此针对柴油机的故障仿真数值计算就显得尤为重要,同时对故障排除及数据驱动的智能故障诊断系统的构建也具有重要意义。[方法]基于AVL BOOST软件和台架试验数据,建立柴油机仿真模型,验证4种负荷工况下仿真模型需满足的精度要求;基于100%负荷工况模型,采用控制变量法模拟柴油机发火点提前、单缸停油及曲轴箱窜气这些典型故障,并分析计算得到的数据。[结果]结果表明:发火点提前5°时,缸内最高燃烧压力提高了17.4%;第1缸停缸后,有效油耗率上升近15%;对于不同气缸停油情况,第2号和3号气缸停油时的特征参数变化幅度较小;随着活塞有效窜气间隙的增加,各特征参数基本上呈线性扩大趋势,在窜气间隙值为0.04 mm时,部分特征参数急剧增加,例如油耗率增加了近40%。[结论]所得结果可作为柴油机故障状态识别及智能故障诊断系统构建的重要依据,为探索船舶柴油机智能故障诊断技术提供新的途径。     

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。     

缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性

以L 21/31船用中速柴油机为原型,在不改变燃烧室结构的基础上将其改装成缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机,利用AVL_FIRE软件展开三维数值模拟,研究此双燃料发动机的LNG替代率极限以及高替代率时的缸内燃烧及排放性能。研究结果表明：改装后双燃料发动机的LNG替代率极限为99.5%,当替代率大于99.5%时,LNG无法被引燃;在可以正常燃烧条件下,保持引燃柴油及液化天然气喷射正时和喷射时间间隔不变,随着液化天然气替代率的增加,液化天然气燃烧始点基本不变,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低,NO、CO生成量和排放量降低。