船用低速柴油机高压比扫排气系统仿真研究

发布时间：2020-06-26 04:25

【摘要】：建立拥有自主知识产权、技术水平领先的原理样机是船用低速机自主化发展的关键。本文依托中船动力研究院牵头的高技术船舶科研项目——《船用低速机工程》,以项目中的典型机型为参考对象,对目标机型二冲程低速柴油机的扫排气系统进行了研究。本文首先在分析了典型机型结构和特点的基础上,使用GT-Power软件建立了典型机型的一维仿真计算模型,并使用试验数据进行了验证,再根据目标机型指标,建立了目标机型的仿真模型,在此基础上进行了如下仿真研究:(1)不同扫气口高度、扫气口位置、扫气集管容积、排气集管容积、排气阀最大升程等扫排气系统结构参数对柴油机性能影响的研究。(2)不同排气阀正时、排气阀开闭梯度、压缩比、喷油始角等可调参数对柴油机性能影响的研究,并对排气正时和压缩比进行了联合仿真。(3)使用套筒机构实现了可变扫气正时,并对可变扫气正时对柴油机性能的影响进行了预测。仿真计算结果表明,扫气口高度对柴油机性能影响比较明显,扫气口高度需要取值适中,过小则导致扫气效果不足,残余废气系数较高,最大燃烧压力降低,油耗升高,过高则引起扫气口倒流,同样也造成较高的残余废气系数和油耗。比较不同负荷发动机性能的结果可以看出,在扫气口较低的位置且变化幅度不大时,对发动机的影响较小。一维模型仿真显示扫气集管容积和排气集管容积对柴油机性能影响很小。排气阀最大升程过小时不利于排气过程,柴油机的性能明显恶化,排气阀最大升程高于一定水平时,排气阀最大升程的改变对柴油机性能的影响很小。相比排气阀开启正时,排气阀关闭正时对柴油机的性能影响比较显著,通过对排气阀正时的优化,可以明显降低油耗。在相同排气阀开启梯度的情况下,排气阀缓慢关闭可以降低油耗,在相同关闭梯度的情况下,排气阀快速开启的油耗降低。较低的压缩比无法达到较高的压缩压力和最大燃烧压力,过高的压缩比会导致最大压升率和最高燃烧温度过高。通过对排气阀关闭正时和压缩比的联合优化,选出了最佳的排气阀关闭正时和压缩比。喷油始角间接决定了最大燃烧压力,所以喷油始角应按照缸内压力限制选取。使用了可变扫气正时的柴油机可以在不同负荷下使用不同的扫气口高度,且不同负荷下最佳的扫气口高度不同。不同负荷下采用了非对称扫气正时均比相同扫气口高度下对称扫气正时的油耗低,且不同扫气口高度的非对称扫气正时、不同套筒速度的非对称扫气正时以及不同扫气口开启正时在不同负荷下的对柴油机性能的影响情况也各有不同。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.121.1
【图文】：

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EX340EF 通过了中国船级社（CCS）型式认可试验，实现了自主品牌小缸径低速机无到有。尽管目前的低速柴油机生产厂家较多，竞争激烈，但是 MAN 和 Wartsila 两大公借丰富的技术积累和大量的专利垄断以及持续的研发与创新，牢牢垄断了全球的船速机市场，掌控着低速机的技术方向[2]。目前我国的船用低速柴油机产品也均为引品，但是由于产业集中度不高，发动机配套产业不够完善，高新技术的掌握能力和产品的制造能力仍有不足，造成了我国在船用低速柴油机产业与日本和韩国的竞争强[3]。.1.2 船用低速机的特点与趋势根据市场的需求，决定船用低速柴油机的基本机型设计的几个最重要的要求有功速、寿命、机身尺寸等。而根据发动机的功率和转速得到的二冲程低速机的基本特以用发动机设计区域（layout field）表示，见图 1.1，其中 R1 点是最大持续功率MCR）。

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