船用低速二冲程柴油机机内净化数值模拟研究

发布时间：2017-04-24 05:07

  本文关键词：船用低速二冲程柴油机机内净化数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：柴油机作为船舶的主要推进动力,被广泛应用的同时也受到了严格排放法规的限制。国际海事组织IMO将于2016年实施Tier Ⅲ排放法规,这对船舶柴油机来讲无疑是一项巨大的挑战。为了能快速占领市场,世界知名船舶柴油机厂家纷纷研究大幅度降低NOx排放的技术路线。在环保和节能严格要求的背景下,本文针对某型二冲程柴油机展开机内净化数值模拟研究,为该机型的优化提供实际参考。论文应用BOOST和FIRE进行柴油机工作过程的一维和三维CFD耦合模拟计算。根据发动机的实际结构和相关参数建立工作过程数值模型,并通过柴油机台架性能实验数据对比分析对数值模型进行校准。在此基础上,分析进排气流量、缸内压力、温度、放热率、NOx分布等详细性能参数,以便进行后续优化。在进行机内净化技术的数值模拟中,文中设计了多种Miller循环、高压缩比和EGR率方案。根据原机结构特点进行Miller循环技术方案,该柴油机为直流扫气二冲程柴油机,因此对其进行了六种排气门推迟关闭的Miller正时方案研究。结果表明：NOx排放随排气门关闭正时的推迟而降低,M30方案可使NOx降低45%,但是燃油消耗率基本呈上升趋势,只有M5方案的油耗与原机持平。为改善Miller循环的经济性,配合使用双级增压系统。采用双级增压后,各Miller方案的燃油消耗率明显改善,M5-2s和M10-2s方案的经济性均优于原机。为了给后文的EGR优化提供更多的基础方案,在双级增压Miller循环的基础上进行了两组提高几何压缩比的计算。通过一维工作过程的扫描计算发现,几何压缩比每增加0.6,燃油消耗可以降低0.7g/kWh左右；从一维模拟结果中择优选取油耗低于原机的方案。通过三维工作过程计算发现,几何压缩比提高后NOx排放高于单独Miller循环方案,但是爆发压力仍低于原机额定工况的爆发压力,满足设计要求。为了进一步降低NOx排放,在Miller循环与高压缩比方案的基础上同时结合高压EGR,对多种方案进行不同EGR率的模拟分析,从中选择最优的NOX-BSFC折衷关系。研究发现,通过优化Miller循环、高压缩比与EGR结合方案,可以在不使用后处理技术和保持燃油经济性的条件下大幅降低NOx,与原机相比达到50%左右的下降幅度。
【关键词】：低速柴油机 Miller循环 EGR NO 排放 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 引言9-11
• 1.2 船用低速二冲程柴油机的发展现状11-14
• 1.3 船用柴油机排放控制技术14-20
• 1.4 本文研究内容20-22
• 2 模型的建立与模拟结果分析22-41
• 2.1 一维模拟22-31
• 2.1.1 发动机气缸基本方程22-23
• 2.1.2 燃烧模型和放热模型的选取23-25
• 2.1.3 原机模型建立25-27
• 2.1.4 一维模型验证27-28
• 2.1.5 原机一维模拟结果分析28-31
• 2.2 三维模拟31-39
• 2.2.1 基本控制方程和模型31-33
• 2.2.2 模型选择33-34
• 2.2.3 计算方案34-36
• 2.2.4 三维模型验证36
• 2.2.5 原机三维模拟结果分析36-39
• 2.3 本章小结39-41
• 3 Miller循环方案41-56
• 3.1 Miller循环简介41-42
• 3.2 Miller正时方案42-45
• 3.3 Miller循环模拟结果分析45-52
• 3.4 级增压Miller循环52-55
• 3.5 本章小结55-56
• 4 Miller循环结合EGR方案56-65
• 4.1 Miller循环高压缩比方案56-58
• 4.2 Miller循EGR方案模拟结果分析58-64
• 4.3 本章小结64-65
• 5 全文总结与展望65-67
• 5.1 结论65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王筱蓉;刘辰朋;尹子峰;尹升奇;;米勒循环对船用低速柴油机性能影响的仿真研究[J];船舶工程;2014年04期

  本文关键词：船用低速二冲程柴油机机内净化数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：323616