大型船用柴油机进排气性能的模拟仿真与试验研究

发布时间：2020-05-14 05:30

【摘要】：大型船用柴油机由于它的优越动力性和经济性而被广泛应用在船舶领域。本文的研究对象为6210型船用柴油机,是上世纪90年代设计开发的柴油机,由于当时技术所限,其油耗偏高,使用经济性差。因此,原有产品需要升级改进以降低燃料消耗率。本文以6210柴油机为研究对象,对它的进排气性能进行仿真分析,制定了优化改进方案,主要研究内容如下:(1)根据柴油机工作过程数值计算的基本理论,阐明了柴油机工作过程计算的基本假设,并用AVLBOOST软件建立了 6210型柴油机简化的物理模型。(2)通过模拟数据与试验数据的对比分析,对模型参数进行修正,利用模型对发动机的进气系统、排气系统及配气正时做性能分析。得出进气系统设计合理、排气系统存在相邻缸干扰、低负荷进气阀关闭时存在负流量现象及排气后期存在轻微废气倒灌的结论。(3)根据性能分析结果,分别对配气相位及排气系统进行了方案设计和仿真模拟分析,确定了最佳的配气正时方案:排气开启角度为105°(CA),进气关闭角度为590°(CA);最佳的排气系统方案:三脉冲排气系统而且排气管直径和收缩口率分别为85mm和0.8。结合最佳解决方案和仿真分析,结果表明,优化后柴油机的燃油经济性得到改善,机械负荷降低,性能得到优化。(4)最终优化方案的台架测试性能验证表明:6210柴油机在按推进特性运行时,部分及满负荷工况时燃油效率均有降低,与改进前相比,柴油机的经济性明显提高,机械负荷得到有效改善,试验结果与模拟结果保持一致,达到了性能优化的效果。
【图文】：

柴油机,仿真模型,一维,增压器

点以便于数据的读取和分析；（２）输入参数，首先进行全局设置，然后对各元件逡逑进行参数设置；（３）计算模型；（４）分析计算结果，改进模型【４５】。逡逑依据６２１０型柴油机的实际特点，建立６２１０柴油机的一维仿真模型，如图３－１逡逑所示。逡逑Ｅ１逡逑Ｒ逦ＰＬ１逦Ｃ０１逡逑ｉ邋ｋ逡逑｜ＭＰ１７邋Ｘｈｐ１６邋＾Ｍｐ１５逦｜ＭＰ１４逦｜ＭＰ１３邋｜Ｍｐｉ：？逡逑ｓ逡逑图３－１邋６２１０柴油机的一维仿真模型逡逑模型构建过程中用到的数学模型的简述说明：模型由增压器、中间冷却器、逡逑气缸、进气总管及歧管和排气歧管及总管等组成。逡逑涡轮增压器的模拟使用简化的模型，在模拟计算中使用的压力比是实际测量逡逑值，通过测量的进气流量、增压压力、增压器转速等在增压器厂商提供的ＭＡＰ逡逑图中查找到计算工况的压气机效率。逡逑中间冷却器模型采用Ｔａｒｇｅｔ邋Ｏｕｔｌｅｔ邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ控制模式，需要输入进气的压逡逑力降及进出空气的温度值。在模拟计算中设定的温度及压力值均为试验实测值。逡逑１６逡逑

进气系统,马赫数,气体流动,气管路

图３－３显示了进气系统气流的马赫数曲线，，柴油机在标定工况时中冷前、中逡逑后及进气歧管气体流动的马赫数变化：中冷器前进气管路气体流动马赫数在逡逑５左右，中冷后进气管路气体流动马赫数在０．０１５左右，在进气歧管中马赫数逡逑大，最大值为０．２３６，满足进气流速的马赫数不大于０．５的设计指标。从结果中逡逑们可以得出结论：各管路的气流马赫数设计是合理的。逡逑0＾５邋＿｜逦中冷邋ｔｇｇ邋—逦逡逑：逦＝冷后蓄路逦．逡逑０．２—逦迕气邋ａｔ逦＼逡逑｜邋０．１５１邋＾＾、、一广、、一七：逡逑｜…邋／邋＼逡逑0邋０．０５－逦／逦．＼逡逑ｒｏ邋；逦／逦＼逡逑之邋０—：■逦？：邋士＇逦逦—．逡逑－0．ｇ５」一｜￣￣．逦￣￣Ｉ￣￣逦｜逦，逦，逦ｔ＿ｉ逦｜逦｜逦｜逦＊＿＿，＿，逦，＿＿■逦＿逦＿逦■＿｜＿，＿＿，逦■逡逑０逦９０逦ＩＳＯ邋２７０逦３Ｓ０逦４５０逦５４０逦３０逦７ＺＳ逡逑ＣＲＡＮＫＡＮＧＬＥ邋（ｄ＾）逡逑图３－３进气系统气流马赫数曲线图逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.121

【参考文献】