中速柴油机燃用重油排放研究

发布时间：2017-10-16 06:00

  本文关键词：中速柴油机燃用重油排放研究

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【摘要】：随着全球一体化进程越来越快，各国之间贸易交流逐渐频繁，航运业出现了迅猛的增长期，货船的保有量不断增加，使得以重油或柴油为主要原料的柴油机的排放问题日益严峻。同时我国由于轻质燃油存贮量少导致原料紧张，而重油资源较为丰富，开发重油不仅能对经济发展做出贡献，而且可以减少能源进口，提高国家能源安全。 然而最近几年大气质量越来越差，雾霾越来越严重，环境问题正被越来越多的人关注和重视。各国政府和组织都制定了严格的排放法规，来遏制尾气排放对环境影响，这种大背景下，研究降低燃油重油的排放已经到了刻不容缓的时刻。 本论文以宁波中策动力机电集团的柴油机DN8340为研究对象，来优化柴油机改烧重油后，降低NOx和碳烟排放的问题。大体思路是通过AVL-BOOST建立发动机零维燃烧模型，并于试验台上采集到的发动机数据进行对比，来验证零维燃烧模型的正确性，为后面AVL-Fire仿真所需要的数据的建立提供支持。 通过AVL-Fire的ESE-Diesel模块建立发动机的燃烧室并进行网格的划分，，由于AVL-Fire燃烧模型需要设定边界条件，而有些数据通过实验的方法难以测量或测量得到的误差比较大，但是通过AVL-BOOST可以仿真出Fire所需要的初始数据。一般船用柴油机为了节省燃油，大多数行驶在最大扭矩点附近，而DN8340最大扭矩点在75%负荷附近，为了接近实际情况，本论文中结果都是在额定转速650r/min、75%的负荷下仿真得到的。分别通过仿真不同的EGR及喷油提前角对柴油机污染物排放的影响。 研究表明当重油刚开始喷入时，NOx几乎没有生成，当缸内温度达到1800K时，就开始有NOx的生成；当超过2200K时，NOx大量的生成，但是如果缸内氧气不足，即使温度很高，NOx也会很少生成。通过研究不同的EGR可知，当EGR减小时NOx生成角提前，反应速率加快，生成量越多，但是最后恒定在一个值，它的质量分数并不会随着燃烧室做功阶段的膨胀而减小。而碳烟在重油喷入气缸时就开始大量的生成，并且生成的速率很快就达到了最大，随后反应速率降低并由开始的正值转变成负值，产生这个的原因是燃料喷入气缸后，开始处于一个缺氧的不均匀燃烧，这就导致了碳烟的大量生成，但是柴油机从整体而言是一个富氧的燃烧过程，所以随着反应的进行，碳烟小颗粒与氧气反应燃烧，是碳烟的排放减小的原因。 研究不同的喷油提前角可知，当喷油提前角的减小时，重油喷入时燃烧室内温度越高，这样重油喷入燃烧室的时候，温度已接近压燃点，这样导致油气混合不是很均匀，导致了重油燃烧的不完全，对燃油的经济性、动力性有一定的影响，但是能使重油着火起始点后移，减小气缸压力，降低气缸内温度，破环NOx大量生成所需要的高温条件从而降低NOx的生成量。 研究了DN8340燃烧柴油和重油进行了对比，发现燃烧重油时NOx排放比柴油高，而气缸内的温度比柴油低。 综上所述可以知道通过适当的增加EGR，减小喷油提前角来降低发动机NOx的排放。最后调节EGR为0.3，喷油提前角为8°CA，其他参数不变，比较原型机与优化后的机子的表现可知， NOx的排放优化后比原机大幅降低，NOx的排放由原来的9.68g/kWh降低到0.88g/kW，符合IMO TierⅢ的排放要求。
【关键词】：重油 EGR 喷油提前角 AVL-Fire
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.121.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 . 绪论11-17
• 1.1 研究目的和意义11-14
• 1.2 国内外研究现状14-15
• 1.2.1 国内研究对象14
• 1.2.2 国外研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 第2章 . 零维燃烧模型建立与试验验证17-34
• 2.1 零维模型的数学模型17-20
• 2.1.1 能量守恒17-19
• 2.1.2 质量守恒方程19
• 2.1.3 气体状态方程19-20
• 2.2 用 BOOST 建立零维模型20-28
• 2.2.1 AVL-BOOST 的简介20
• 2.2.2 零维模型的建模型立20-22
• 2.2.3 气缸的参数设置22-24
• 2.2.4 缸壁传热模型24-26
• 2.2.5 燃烧放热规律26-28
• 2.3 试验方案的确定28-32
• 2.3.1 测量方法与实现29-32
• 2.4 计算模型验证32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 . 柴油机重油燃烧模型的建立34-47
• 3.1 燃烧室模型建立35-37
• 3.1.1 中策 DN8340 具体参数35-36
• 3.1.2 三维燃烧模型的建立36-37
• 3.2 边界条件设定37-39
• 3.2.1 初始条件37-39
• 3.3 喷雾模型39-43
• 3.3.1 蒸发模型39-40
• 3.3.2 破碎模型40-42
• 3.3.3 碰壁模型42-43
• 3.4 燃烧模型43-44
• 3.5 排放模型44-46
• 3.5.1 NOx 的生成及排放模型44-45
• 3.5.2 Soot 的生成及排放模型45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 . 优化柴油机重油燃烧47-64
• 4.1 模型的计算47-48
• 4.2 EGR 的影响48-53
• 4.2.1 φ—T 的分布49-50
• 4.2.2 缸内温度50-51
• 4.2.3 NOx 与 Soot 的排放51-53
• 4.3 喷油提前角53-59
• 4.3.1 温度场的分布54-56
• 4.3.2 当量比的分布56-57
• 4.3.3 NOx 与 soot 排放57-59
• 4.4 参数优化59-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 . 重油与柴油的对比64-69
• 5.1 重油的理化特性64
• 5.2 燃烧对比64-68
• 5.2.1 温度的变化规律65-66
• 5.2.2 NOx 与碳烟的排放66-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第6章 . 总结与展望69-71
• 6.1 全文总结69-70
• 6.2 工作展望70-71
• 致谢71-72
• 附录72-73
• 参考文献73-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1040989