低速二冲程船用柴油机高效清洁燃烧技术的数值模拟研究
发布时间：2021-07-20 06:26
低速二冲程柴油机具有功率大、可靠性高等优点,在船舶推进装置中占据支配地位。国际海事组织IMO颁布的TierⅢ标准要求NOx排放限值相比于Tier I标准降低约80%,对船用柴油机燃烧技术提出了严峻挑战。控制船用柴油机NOx排放和提高性能的方法包括缸内净化技术和后处理技术,其中缸内净化技术成本较低、结构设计简单,是发动机开发中的核心过程。本文针对某型低速二冲程船用柴油机进行了三维数值模拟,研究探讨了实现Tier Ⅲ排放的技术方案,对新一代自主低速柴油机的开发具有重要理论指导意义和工程应用价值。首先,利用Converge三维数值模拟软件,基于KH-RT的喷雾破碎模型和Shell-CTC燃烧模型,建立了二冲程船用柴油机仿真模拟平台,并进行了实验验证。在此基础上,研究了EGR、喷油策略（包括喷油正时、喷油压力、多次喷射技术）、油气匹配等技术对船舶柴油机燃烧过程和排放的影响规律,探讨了实现TierⅢ的综合技术方案。研究结果表明,EGR是降低NOx排放最有效的缸内净化技术,单独采用EGR可以实现Tier Ⅲ排放标准,但会造成BSFC...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同转速下IMO排放法规对NOx的限制[13]
需要了解 NOx的生成机理，进而提出合理的控制技能，需要从高气体充量、高效燃烧、低机械损耗等角度过程出发，介绍了船舶柴油机 NOx的生成机理，再从，阐述了不同技术的国内外研究现状。机 NOx的生成机理烧过程可分为预混燃烧和扩散燃烧，船舶柴油机主要边烧的模式，会导致火焰内部存在高温浓混合气区，(CO)等不完全燃烧的产物，同时火焰锋面快速氧化反温，导致大量的氮氧化物(NOx)生成。的废气产物主要包括：N2（75.8%）、O2（13.0%）、CO这四种产物占总量的 99.5%以上。除此之外，由于船CO 和 CxHy 的生成量较小；SOx生成量主要受到燃受到局部温度的影响。NOx生成量虽然不大，但是对要的有害排放物。图 1-2 表示了船舶柴油机进排气各
第一章 绪论技术的发展，美国康明斯公司在重型柴油机中应用了冷 EGR 技术，日本日野公司开发了复合 EGR 系统，使控制 NOx排放的潜力更大[19-20]。由于低速二冲程船舶柴油机采用重油，燃油中较高的含硫量会产生各种硫酸产物，对 EGR 系统各部件腐蚀；同时低温 EGR 系统的管路较长，可能造成 EGR冷却和增压冷却系统和管路的结垢问题。所以高压 EGR 更适合应用于低速二冲程船用柴油机[21]-[23]。图1-3为MAN公司典型的高压EGR系统的布置示意图[24]，系统通过 EGR 泵克服压力差将废气经过湿式洗涤器(wet scrubber)去除硫化物和颗粒后引入到高压的扫气集管处，完成 EGR 系统的工作过程。
【参考文献】：
期刊论文
[1]进气组分对低速船机NOx排放的影响[J]. 刘海峰,张慧祥,王浒,邹宪. 燃烧科学与技术. 2017(04)
[2]船舶柴油机动力涡轮与涡轮增压器联合优化匹配研究[J]. 冯金勇,冯明志,李静芬,黄伟. 柴油机. 2017(02)
[3]船用低速二冲程柴油机燃油喷射系统发展概述[J]. 文李明,张志勇,吴朝晖. 柴油机. 2016(01)
[4]基于米勒循环的柴油机IEGR方法研究[J]. 褚超美,洪佳骏,王成润. 内燃机工程. 2016(05)
[5]米勒循环对船用低速柴油机性能影响的仿真研究[J]. 王筱蓉,刘辰朋,尹子峰,尹升奇. 船舶工程. 2014(04)
[6]基于米勒循环要求的高速船用柴油机凸轮型线设计研究[J]. 李佳,王宇业,陈志忠. 内燃机工程. 2015(05)
[7]大型船舶NOx和SOx控制技术[J]. 魏永,廉宝刚,金贤,张超群. 船舶工程. 2013(S2)
[8]米勒循环船用低速柴油机燃烧与排放试验研究[J]. 张俊军,吴朝晖,王伟,刘锋华,胡朝霞. 铁道机车车辆. 2011(S1)
[9]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)
[10]低速船用柴油机电控共轨系统新进展[J]. 张学文,满长忠,唐运榜,赵寅策. 内燃机. 2010(05)
博士论文
[1]基于EGR和低温燃烧概念的柴油机燃烧过程研究[D]. 龚英利.天津大学 2009
硕士论文
[1]船用低速二冲程柴油机机内净化数值模拟研究[D]. 李丹.大连理工大学 2015
[2]低速二冲程柴油机废气再循环仿真研究[D]. 陶一凯.上海交通大学 2015
[3]基于改善柴油机NOx和碳烟折衷关系的喷油和进气参数的数值模拟[D]. 李小毡.天津大学 2014
[4]利用EGR技术降低涡轮增压内燃机排气污染的研究[D]. 杨建坤.天津大学 2007
[5]基于MARPOL73/78附则Ⅵ的船用柴油机排放控制研究[D]. 吴校明.上海海事大学 2006
[6]基于IMO附则Ⅵ的船舶柴油机NOx排放研究[D]. 庄重.上海海事大学 2006
[7]车用直喷式柴油机燃烧过程的多维数值模拟研究[D]. 焦运景.天津大学 2006
[8]船用柴油机氮氧化物排放特性与排放量计算方法研究[D]. 张跃文.大连海事大学 2000
本文编号：3292322
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同转速下IMO排放法规对NOx的限制[13]
需要了解 NOx的生成机理，进而提出合理的控制技能，需要从高气体充量、高效燃烧、低机械损耗等角度过程出发，介绍了船舶柴油机 NOx的生成机理，再从，阐述了不同技术的国内外研究现状。机 NOx的生成机理烧过程可分为预混燃烧和扩散燃烧，船舶柴油机主要边烧的模式，会导致火焰内部存在高温浓混合气区，(CO)等不完全燃烧的产物，同时火焰锋面快速氧化反温，导致大量的氮氧化物(NOx)生成。的废气产物主要包括：N2（75.8%）、O2（13.0%）、CO这四种产物占总量的 99.5%以上。除此之外，由于船CO 和 CxHy 的生成量较小；SOx生成量主要受到燃受到局部温度的影响。NOx生成量虽然不大，但是对要的有害排放物。图 1-2 表示了船舶柴油机进排气各
第一章 绪论技术的发展，美国康明斯公司在重型柴油机中应用了冷 EGR 技术，日本日野公司开发了复合 EGR 系统，使控制 NOx排放的潜力更大[19-20]。由于低速二冲程船舶柴油机采用重油，燃油中较高的含硫量会产生各种硫酸产物，对 EGR 系统各部件腐蚀；同时低温 EGR 系统的管路较长，可能造成 EGR冷却和增压冷却系统和管路的结垢问题。所以高压 EGR 更适合应用于低速二冲程船用柴油机[21]-[23]。图1-3为MAN公司典型的高压EGR系统的布置示意图[24]，系统通过 EGR 泵克服压力差将废气经过湿式洗涤器(wet scrubber)去除硫化物和颗粒后引入到高压的扫气集管处，完成 EGR 系统的工作过程。
【参考文献】：
期刊论文
[1]进气组分对低速船机NOx排放的影响[J]. 刘海峰,张慧祥,王浒,邹宪. 燃烧科学与技术. 2017(04)
[2]船舶柴油机动力涡轮与涡轮增压器联合优化匹配研究[J]. 冯金勇,冯明志,李静芬,黄伟. 柴油机. 2017(02)
[3]船用低速二冲程柴油机燃油喷射系统发展概述[J]. 文李明,张志勇,吴朝晖. 柴油机. 2016(01)
[4]基于米勒循环的柴油机IEGR方法研究[J]. 褚超美,洪佳骏,王成润. 内燃机工程. 2016(05)
[5]米勒循环对船用低速柴油机性能影响的仿真研究[J]. 王筱蓉,刘辰朋,尹子峰,尹升奇. 船舶工程. 2014(04)
[6]基于米勒循环要求的高速船用柴油机凸轮型线设计研究[J]. 李佳,王宇业,陈志忠. 内燃机工程. 2015(05)
[7]大型船舶NOx和SOx控制技术[J]. 魏永,廉宝刚,金贤,张超群. 船舶工程. 2013(S2)
[8]米勒循环船用低速柴油机燃烧与排放试验研究[J]. 张俊军,吴朝晖,王伟,刘锋华,胡朝霞. 铁道机车车辆. 2011(S1)
[9]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)
[10]低速船用柴油机电控共轨系统新进展[J]. 张学文,满长忠,唐运榜,赵寅策. 内燃机. 2010(05)
博士论文
[1]基于EGR和低温燃烧概念的柴油机燃烧过程研究[D]. 龚英利.天津大学 2009
硕士论文
[1]船用低速二冲程柴油机机内净化数值模拟研究[D]. 李丹.大连理工大学 2015
[2]低速二冲程柴油机废气再循环仿真研究[D]. 陶一凯.上海交通大学 2015
[3]基于改善柴油机NOx和碳烟折衷关系的喷油和进气参数的数值模拟[D]. 李小毡.天津大学 2014
[4]利用EGR技术降低涡轮增压内燃机排气污染的研究[D]. 杨建坤.天津大学 2007
[5]基于MARPOL73/78附则Ⅵ的船用柴油机排放控制研究[D]. 吴校明.上海海事大学 2006
[6]基于IMO附则Ⅵ的船舶柴油机NOx排放研究[D]. 庄重.上海海事大学 2006
[7]车用直喷式柴油机燃烧过程的多维数值模拟研究[D]. 焦运景.天津大学 2006
[8]船用柴油机氮氧化物排放特性与排放量计算方法研究[D]. 张跃文.大连海事大学 2000
本文编号：3292322
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