低速二冲程双燃料机燃烧系统优化

发布时间：2020-09-11 22:23

　　 在全球石油资源短缺以及环境污染问题日益突出的大背景下,船舶动力行业也急需向着更为清洁、高效、节能的方向发展。天燃气低压喷射的预混合燃烧模式双燃料船用主机无需加装后处理装置即可满足IMO Tier III的排放法规要求,已成为当前最具发展前景的技术之一。预混合燃烧模式低速双燃料机自身的“低转速、大缸径、长冲程”特点会增加预混合气在缸内发生异常燃烧的风险,因而通常需要采用稀薄燃烧技术,但稀薄燃烧在实际运用中会出现燃烧效率低且不稳定,甚至出现失火等问题,而低速二冲程机的大缸径、长冲程特征更是加剧了出现此类问题的可能性。为了确保缸内预混合气的高效稀薄燃烧,本文在原柴油机的开式燃烧室上进行改进,采用预燃室来提高点火能量以保证稀薄预混合气的快速稳定燃烧,在抑制爆燃的同时提高燃烧效率。论文对预燃室式燃烧系统进行优化,为相似机型的设计和优化提供一定的参考。论文以6EX340EF低速二冲程船用柴油机为基础初步设计了燃气低压喷射的预混稀燃模式双燃料发动机,应用三维CFD软件AVL FIRE完成了双燃料机工作过程的三维数值模拟计算,通过同文献中相似机型试验获得的缸压和放热率曲线进行比对验证了仿真模型的可靠性和有效性。对双燃机天然气喷射阀在缸套上的布置情况进行调整,探讨了喷阀布置角度和喷阀数量对缸内流场和混合气形成情况的影响规律,最终采用2个喷阀以10°倾角在缸套周向均匀布置时能够在引燃油喷射前使天然气在整个燃烧室内的分布相对均匀。基于调整后的喷气阀设计完成了双燃料机完整工作过程的三维CFD数值模拟分析,详细分析了双燃料机的扫气特性、天然气喷射混合特性、燃烧和排放特性。基于数值模拟分析结果,对预燃室燃烧系统相关参数进行调整并优化,研究了预燃室设计参数(预燃室通道结构、通道布置角度、通道直径)和引燃油喷孔直径对缸内火焰传播过程、燃烧和排放特性的影响,预燃室燃烧系统优化后的双燃料机除了在100%负荷下动力性能略有损失外,其余负荷基本能保持与原柴油机相当的功率输出,而且NO排放均得到了显著地降低,达到了IMO Tier Ⅲ的排放要求。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U664.1

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本文编号：2817248