船用天然气发动机动态特性研究

发布时间：2020-07-18 10:15

【摘要】：汽车、船舶等交通工具的广泛应用,使地球环境资源问题日益严重,人们迫切需要寻求出能够替代石油的新能源。天然气凭借价格低、污染排放少、贮藏丰富等优势迅速进入到人们的视野中,很多学者也纷纷指出天然气是最为合适的代用燃料,但是现阶段的船用天然气发动机的应用技术会降低发动机的动力性能。因此,通过优化天然气发动机参数来提高天然气利用率,对改善天然气发动机的动力性具有重要意义。在本文研究中,采用GT-Power软件建立2135G天然气发动机的仿真模型,模拟计算天然气发动机的性能,同时针对天然气发动机动力性不足的问题进行深入探究。通过与天然气发动机的台架实验数据对比,验证了各负荷条件下天然气发动机模型的准确性。分析了各种负荷条件下天然气发动机动力性受点火提前角、压缩比以及配气相位等的影响规律,并优化了各发动机参数。通过对比原天然气发动机和被优化后的发动机动力性,验证本次优化的效果。根据对比结果显示,优化之后的发动机在性能上得到了显著提升,同时其经济性也有所改善。此外,爆震现象是天然气发动机动力性能限制最大的因素之一,本文利用建立的天然气发动机爆震预测模型进行了模拟计算并分析了影响爆震现象的因素。本论文结合天然气发动机的工作原理,利用GT-Power软件建立了相应的仿真模型,在此基础上研究了天然气发动机的性能、爆震和动力性优化,为天然气发动机的设计与应用提供一定的参考。
【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】：U664.1
【图文】：

加载能力,气体,柴油机,射气

图 1.1 气体机与柴油机加载能力对比[39]射气体燃料的发动机为例（Otto 循环），图 1.2 所示为气体示 NOx排放量，蓝色线表示热效率。从图中可以看到对数过低的时候，平均有效压力受到爆震的限制，而且 NO

气体,平均有效压力

图 1.1 气体机与柴油机加载能力对比[39]以支管喷射气体燃料的发动机为例（Otto 循环），图 1.2 所示为气体机运行窗口[40]，图中红色线表示 NOx排放量，蓝色线表示热效率。从图中可以看到对于气体机来说，当过量空气系数过低的时候，平均有效压力受到爆震的限制，而且 NOx排放高，热效率低。运行时应保持较高的过量空气系数，但也不能过高，否则缸内混合气浓度过低时火焰传播速度降低，可能会出现失火现象。所以对于气体机而言，平均有效压力越高，则空燃比的控制窗口越窄，对控制精度的要求就越高[41]。

示意图,载能,气体,示意图

图 1.3 所示为气体机低负荷和高负荷时加载能力示意图，结合图 1.1 可以看出瞬间加载时，燃气喷射量会增加，由于排气能量与涡轮增压器非刚性连接，增压器的转速在短时间内来不及提高，发动机会在短时间内以较低的空燃比工作。随着负载的增加，不能一味加浓混合气，否则可能发生爆燃这也是气体机的加载能力不如柴油机的原因。

【参考文献】