基于RCCI的船用天然气/柴油双燃料发动机性能仿真研究
发布时间：2021-08-26 03:58
为应对日益加剧的能源危机与国际海事组织（IMO）愈加严格的排放法规,寻求高效清洁的新型船用发动机替代燃料的的研究得到广泛关注,船用天然气/柴油双燃料发动机应运而生。天然气凭借其绿色环保等方面优点,使得天然气/柴油双燃料发动机成为船用发动机的热门研究方向之一。由于天然气异于传统燃料的理化特性,导致双燃料发动机其燃烧特征不同于传统发动机,为实现其优良的高效低排放性能,本文通过仿真技术,针对天然气/柴油双燃料发动机在RCCI燃烧模式下的燃烧及排放特性展开多维数值模拟研究。本文以船用6190天然气/柴油双燃料发动机为研究对象,利用CONVERGE进行仿真建模。首先在建立几何模型的基础上进行网格划分,并通过试验获得仿真模型的初始、边界条件及验证数据,对其进行计算参数配置实现高负荷工况下的结果标定,完成模型有效性验证。在此基础上,分别研究进气特性、燃烧室形状及喷射策略对天然气/柴油双燃料发动机在RCCI燃烧模式下的影响规律。研究表明,进气特性对缸内燃料着火时刻、压力、温度及排放影响较大。本文通过控制变量法,在其他条件不变的情况下,分别研究了不同增压压力（1.7-2.0bar）及不同进气温度（308...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＩＭＯ船用柴油机ＮＯｘ／ＳＯｘ排放限值??Ｆｉｇ．?１．１?ＩＭＯ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｌｉｍｉｔ?ｏｆ?ＮＯｘ／ＳＯｘ?ｉｎ?ａ?ｍａｒｉｎｅ?ｄｉｅｓｅｌ?ｅｎｇｉｎｅ??
?大连海事大学硕士学位论文???ＤＩ高反应活性??Ｉ?，?Ｉ?ＪＭ?ＰＦＩ??低反应活性??＿?ｒ＿??图１．２?ＲＣＣＩ燃烧示意图［９］??Ｆｉｇ．?１．２?ＲＣＣＩ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ??１．３船用天然气／柴油双燃料发动机应用及研究进展??１．３．１船用天然气／柴油双燃料发动机应用??伴随着ＲＣＣ１技术的发展及天然气作为船舶替代燃料的应用，船用天然气／柴油双燃??料发动机应用技术受到研宄者们的广泛关注，从而衍生出一系列不同应用形式的天然气??双燃料发动机。??通常来讲，在船用双燃料发动机领域，依据天然气进气方式不同将其分为缸内直喷??进气和缸外进气道预混进气两大类。而缸内直喷又根据进气压力不同分为高压直喷和低??压直喷两种形式天然气／柴油双燃料发动机，进气道预混进气根据进气位置不同分为进气??总管和进气歧管式天然气／柴油双燃料发动机。??如图１．３所示为缸内高压直喷式天然气／柴油双燃料发动机的工作原理图，此类机型??以曼恩公司的双燃料发动机为代表。其主要特点是燃料供给系统异于传统柴油机［２１］，缸??内有多个喷射阀，其中１个燃油喷射阀，剩余２至３个为气体喷射阀，采用单独的燃料??供给系统，可实现燃油（仅燃油喷射阀工作）与燃气（燃油喷射阀与燃气喷射阀同时工??作）两种模式单独运行，也可在运行状态下进行切换。高压直喷式发动机是指在缸内压??缩行程上止点之前将引燃柴油喷入缸内，之后天然气通过高压喷嘴进入气缸，高压燃气??在柴油的自燃作用下被引燃，实现缸内混合气的非均质混合燃烧［２汍此种方式使得燃料??在上止点附近燃烧，容积效率损失较小，缺点是其燃气供给及喷射系统在设计制造上存??在
图１．３高压直喷??Ｆｉｇ．?１．３?Ｈｉｇｈ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｄｉｒｅｃｔ?ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]预喷策略对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响[J]. 赵国锋,贾崎,姚崇,宋恩哲,卢昌浩,孙军. 内燃机学报. 2020(01)
[2]天然气进气条件对双燃料发动机性能的影响[J]. 白皆松,周松,郭浩. 船舶工程. 2019(S1)
[3]能源需求快速增长背后现危机——2019年世界能源统计年鉴解读[J]. 李敏,钱伯章. 中国石油和化工经济分析. 2019(08)
[4]缸内高压直喷天然气发动机燃烧过程数值研究[J]. 李孟涵,田洪建,张强,刘晓日. 车用发动机. 2019(01)
[5]柴油/天然气双燃料发动机燃烧过程数值模拟[J]. 张宁,刘杰,王俊乐. 内燃机学报. 2018(06)
[6]国内外双燃料发动机发展现状[J]. 黄超伟,聂志斌,秦炳甲,葛坚. 内燃机与配件. 2018(17)
[7]进气成分和压力组合优化船用二冲程柴油机排放[J]. 谭亲明,胡以怀,谭志文. 武汉大学学报(工学版). 2018(07)
[8]燃烧室缩口尺寸对柴油机燃烧过程的影响[J]. 段浩,马凡华,宋盼盼. 车用发动机. 2018(03)
[9]船用柴油机燃烧室结构分析[J]. 赵昌普,孙雅坤,王耀辉,张志刚,朱亚永. 中国机械工程. 2017(18)
[10]国内外船用LNG动力发动机发展现状[J]. 马义平,曾向明,魏海军,赵睿,王忠诚,许乐平. 中国航海. 2016(03)
博士论文
[1]天然气/柴油双燃料发动机燃烧的数值研究及优化[D]. 吴振阔.湖南大学 2018
[2]柴油/天然气双燃料发动机燃烧策略的研究[D]. 李坤颖.华南理工大学 2016
硕士论文
[1]柴油/天然气双燃料发动机喷油策略的试验及仿真研究[D]. 朱召军.广西大学 2019
[2]柴油喷射策略对船用双燃料发动机燃烧和排放特性的影响[D]. 贾崎.哈尔滨工程大学 2019
[3]柴油—天然气双燃料发动机燃烧及排放特性数值仿真研究[D]. 张格健.哈尔滨工程大学 2017
[4]基于RCCI燃烧方式的柴油机性能试验及仿真研究[D]. 张之剑.华中科技大学 2015
[5]喷油规律对双燃料发动机燃烧过程的影响[D]. 管鑫.吉林大学 2014
本文编号：3363499
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＩＭＯ船用柴油机ＮＯｘ／ＳＯｘ排放限值??Ｆｉｇ．?１．１?ＩＭＯ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｌｉｍｉｔ?ｏｆ?ＮＯｘ／ＳＯｘ?ｉｎ?ａ?ｍａｒｉｎｅ?ｄｉｅｓｅｌ?ｅｎｇｉｎｅ??
?大连海事大学硕士学位论文???ＤＩ高反应活性??Ｉ?，?Ｉ?ＪＭ?ＰＦＩ??低反应活性??＿?ｒ＿??图１．２?ＲＣＣＩ燃烧示意图［９］??Ｆｉｇ．?１．２?ＲＣＣＩ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ??１．３船用天然气／柴油双燃料发动机应用及研究进展??１．３．１船用天然气／柴油双燃料发动机应用??伴随着ＲＣＣ１技术的发展及天然气作为船舶替代燃料的应用，船用天然气／柴油双燃??料发动机应用技术受到研宄者们的广泛关注，从而衍生出一系列不同应用形式的天然气??双燃料发动机。??通常来讲，在船用双燃料发动机领域，依据天然气进气方式不同将其分为缸内直喷??进气和缸外进气道预混进气两大类。而缸内直喷又根据进气压力不同分为高压直喷和低??压直喷两种形式天然气／柴油双燃料发动机，进气道预混进气根据进气位置不同分为进气??总管和进气歧管式天然气／柴油双燃料发动机。??如图１．３所示为缸内高压直喷式天然气／柴油双燃料发动机的工作原理图，此类机型??以曼恩公司的双燃料发动机为代表。其主要特点是燃料供给系统异于传统柴油机［２１］，缸??内有多个喷射阀，其中１个燃油喷射阀，剩余２至３个为气体喷射阀，采用单独的燃料??供给系统，可实现燃油（仅燃油喷射阀工作）与燃气（燃油喷射阀与燃气喷射阀同时工??作）两种模式单独运行，也可在运行状态下进行切换。高压直喷式发动机是指在缸内压??缩行程上止点之前将引燃柴油喷入缸内，之后天然气通过高压喷嘴进入气缸，高压燃气??在柴油的自燃作用下被引燃，实现缸内混合气的非均质混合燃烧［２汍此种方式使得燃料??在上止点附近燃烧，容积效率损失较小，缺点是其燃气供给及喷射系统在设计制造上存??在
图１．３高压直喷??Ｆｉｇ．?１．３?Ｈｉｇｈ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｄｉｒｅｃｔ?ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]预喷策略对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响[J]. 赵国锋,贾崎,姚崇,宋恩哲,卢昌浩,孙军. 内燃机学报. 2020(01)
[2]天然气进气条件对双燃料发动机性能的影响[J]. 白皆松,周松,郭浩. 船舶工程. 2019(S1)
[3]能源需求快速增长背后现危机——2019年世界能源统计年鉴解读[J]. 李敏,钱伯章. 中国石油和化工经济分析. 2019(08)
[4]缸内高压直喷天然气发动机燃烧过程数值研究[J]. 李孟涵,田洪建,张强,刘晓日. 车用发动机. 2019(01)
[5]柴油/天然气双燃料发动机燃烧过程数值模拟[J]. 张宁,刘杰,王俊乐. 内燃机学报. 2018(06)
[6]国内外双燃料发动机发展现状[J]. 黄超伟,聂志斌,秦炳甲,葛坚. 内燃机与配件. 2018(17)
[7]进气成分和压力组合优化船用二冲程柴油机排放[J]. 谭亲明,胡以怀,谭志文. 武汉大学学报(工学版). 2018(07)
[8]燃烧室缩口尺寸对柴油机燃烧过程的影响[J]. 段浩,马凡华,宋盼盼. 车用发动机. 2018(03)
[9]船用柴油机燃烧室结构分析[J]. 赵昌普,孙雅坤,王耀辉,张志刚,朱亚永. 中国机械工程. 2017(18)
[10]国内外船用LNG动力发动机发展现状[J]. 马义平,曾向明,魏海军,赵睿,王忠诚,许乐平. 中国航海. 2016(03)
博士论文
[1]天然气/柴油双燃料发动机燃烧的数值研究及优化[D]. 吴振阔.湖南大学 2018
[2]柴油/天然气双燃料发动机燃烧策略的研究[D]. 李坤颖.华南理工大学 2016
硕士论文
[1]柴油/天然气双燃料发动机喷油策略的试验及仿真研究[D]. 朱召军.广西大学 2019
[2]柴油喷射策略对船用双燃料发动机燃烧和排放特性的影响[D]. 贾崎.哈尔滨工程大学 2019
[3]柴油—天然气双燃料发动机燃烧及排放特性数值仿真研究[D]. 张格健.哈尔滨工程大学 2017
[4]基于RCCI燃烧方式的柴油机性能试验及仿真研究[D]. 张之剑.华中科技大学 2015
[5]喷油规律对双燃料发动机燃烧过程的影响[D]. 管鑫.吉林大学 2014
本文编号：3363499
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