天然气后喷对高压直喷天然气船机燃烧和排放的影响研究

发布时间：2021-02-07 20:37

　　利用流体动力学软件CONVERGE建立了高压直喷天然气船机的三维仿真模型,基于该模型研究了后喷策略对高压直喷天然气船机燃烧和排放的影响。结果表明:随后喷比例增大,最高燃烧压力略升高,燃烧持续期增长;随着喷射间隔的增大,最高燃烧压力不变,但后喷燃烧相位推迟,燃烧持续期增长。与无后喷算例相比,后喷比例增大到10%和20%时,碳烟排放分别降低了7.7%～13.5%和1.5%～11.5%,NOx排放分别升高了12.0%～15.0%和5.0%～7.0%,指示燃油消耗率分别增大了约0.1%和1.0%;而后喷比例为30%时,碳烟排放升高了2.0%～8.0%,NOx排放降低了5.0%～7.7%,指示燃油消耗率增大了约2.3%。 

【文章来源】：内燃机工程. 2020,41(06)北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

6 上止点后20°时缸内碳烟分布（俯视图）

图1 8 上止点后25°时缸内碳烟分布（俯视图）(2）天然气后喷对燃烧后期温度和当量比影响规律表明，在15°曲轴转角时，喷射间隔变化对当量比和温度分布几乎没有影响；随后喷比例增大，当量比分布浓区和适合燃烧的当量比区域减小，缸内高温区域减小。在20°曲轴转角时，随喷射间隔增大，后喷燃料更晚进入气缸，气缸中心高温区减少；随后喷比例增大，主喷阶段天然气减少，四周缸壁处的高温区减小，但后喷燃料更早进入气缸，气缸中心高温区增大。

基于3D CFD软件CONVERGE建立仿真模型[21]。初始条件、边界条件及喷射参数根据试验数据和先前验证的一维仿真模型参数设置[20,22]。模拟过程中使用的湍流、喷雾、破碎、撞壁和排放等子模型见表2。CONVERGE中没有加入气体喷射模型，本研究中借鉴文献[23]的方法，采用INFLOW边界定义天然气喷射。采用SAGE燃烧模型，该模型需要耦合化学动力学机理。本研究中采用正庚烷代表柴油，用甲烷代表天然气，形成了包含109种组分和334步反应的简化机理用于模拟双燃料燃烧，该机理在之前研究中已充分验证[24]。更复杂的燃料替代物机理计算量巨大，很难应用到大尺寸船机三维模拟中。1.3 模型验证

【参考文献】：
期刊论文
[1]米勒循环协同废气再循环对高压直喷天然气船机的影响研究[J]. 牛培铮,吴朝晖,董晶瑾,李敬瑞,刘海峰,尧命发.  内燃机工程. 2019(06)
[2]燃气预喷对高压直喷天然气船机的影响研究[J]. 王解托,刘腾,董晶瑾,刘海峰,叶映,尧命发.  内燃机工程. 2018(05)
[3]船舶柴油机颗粒物排放法规及控制技术发展[J]. 杨子龙.  柴油机. 2016(06)
[4]船用柴油机应对IMO Tier Ⅲ排放法规的技术措施[J]. 张东明,平涛,闫萍,张文正,孙强.  柴油机. 2011(04)

硕士论文
[1]高压直喷天然气船机燃烧和排放的数值模拟研究[D]. 王解托.天津大学 2018



本文编号：3022790