柴油引燃天然气船用发动机燃料喷射策略及燃烧室结构优化
发布时间：2021-08-30 10:43
传统柴油机排放高,污染大,无法满足日益严格的排放法规。天然气因其燃烧清洁、储量丰富等特点,适合作为传统柴油机替代燃料。本文基于L23/30型船用柴油机开展研究,将其改造为天然气进气方式不同的两种柴油引燃天然气双燃料发动机,对原发动机燃烧室结构及喷射器布置进行重新设计,针对天然气进气道喷射柴油引燃双燃料发动机和双燃料缸内直喷发动机分别开展不同燃烧室形状与不同喷射器布置下的发动机燃烧及排放模拟研究,从而提出对双燃料发动机燃烧室形状及喷射器布置的优化方案。基于CH4的GRI3.0机理与NC7H16的Valeri机理构建了柴油-天然气双燃料燃烧机理,建立了耦合化学反应动力学机理的三维CFD仿真模型,并对所选用的喷雾模型、燃烧模型及排放模型的有效性进行试验数据验证,利用计算流体仿真软件CONVERGE开展双燃料缸内燃烧及排放特性数值模拟研究。对于天然气进气道喷射柴油引燃双燃料发动机,柴油与天然气理化性质差异大,原柴油发动机燃烧室结构对于天然气燃烧并不完全适用,本文在原燃烧室结构基础上通过改变其喉口直径、深度比、挤气形状,分析和比较...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国际海事组织对燃料硫含量限制Fig1.1MARPOLAnnexVIfuelsulfurlimits
柴油引燃天然气船用发动机燃料喷射策略及燃烧室结构优化2SulfurControlofFuel（%）Year图1.1国际海事组织对燃料硫含量限制Fig1.1MARPOLAnnexVIfuelsulfurlimits图1.2[2]和表1.2[4]给出了国际海事组织自2000年以来针对船舶氮氧化物排放逐步提出的三级排放限制。自2011年起，全球范围内实行TierⅡ标准；自2016年起，NOx排放控制区内实行TierⅢ标准。可以发现，与最初的一级标准相比，三级标准的提出要求船舶氮氧化物排放降低80%左右。NOxLimit（g/kWh·）RatedEngineSpeed（rpm）图1.2国际海事组织对NOx排放限制Fig1.2MARPOLAnnexVINOxemissionlimits表1.2MARPOL公约附则Ⅵ中NOx排放标准Table1.2RegulationsonNOxinAnnexMARPOLVI排放标准实施日期适用海域NOx排放限值（g/kW·h）n＜130rpm130rpm≤n＜1999rpmn≥2000rpmTierⅠ2000年1月1日起全球海域17.045·n-0.29.8TierⅡ2011年1月1日起全球海域14.444·n-0.237.7TierⅢ2016年1月1日起特定NOx排放控制区3.49·n-0.21.96
柴油引燃天然气船用发动机燃料喷射策略及燃烧室结构优化61.2.2天然气发动机在船舶领域的应用天然气发动机诞生于上世纪30年代，经过近一个世纪的发展与变迁，技术日趋成熟，已被广泛应用于道路运输、船运行业等领域。天然气发动机种类繁多，按照不同标准，如燃料使用情况、着火方式等，可以进行不同的分类，如图1.3[11,12]所示。图1.3天然气发动机分类Fig1.3Classificationofnaturalgasengine根据燃烧室结构设计及发动机工作原理，船用四冲程天然气发动机应用技术大致可分为以下四种，如表1.6[2]所示。表1.6船用天然气发动机燃烧技术Table1.6Marinenaturalgasenginescombustiontechnologies燃烧室结构开口燃烧室带预燃室着火方式火花塞点火（a）（b）柴油微引燃（c）（d）
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年全球常规石油和天然气发现[J]. 周庆凡. 石油与天然气地质. 2020(02)
[2]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)
[3]船运业应对燃料限硫新规三种方案经济性比较[J]. 张荻萩,王利宁,吴春芳,戴家权,高振宇. 国际石油经济. 2019(05)
[4]天然气发动机燃烧室对性能的影响及优化[J]. 韩旭东,黄佐华,陈勤学,杨强,熊杰,杨星. 内燃机学报. 2017(03)
[5]船用柴油机排放控制技术[J]. 陈峰. 航海. 2016(04)
[6]缸内高压直喷柴油/天然气喷射混合过程分析[J]. 张州榕,王谦,何志霞,戴礼明,吴玉强,高志胜. 工程热物理学报. 2015(10)
[7]标准法规对船舶大气污染物排放不断提出新要求[J]. 孙猛. 船舶标准化与质量. 2015(02)
[8]CNG发动机燃烧室形状对气流运动和燃烧特性的影响[J]. 江冰,武昭晖,何云堂. 农业机械学报. 2015(01)
[9]燃烧室形状对柴油-甲醇双燃料发动机碳烟排放的影响[J]. 王洪夫,谢亚清. 南昌大学学报(工科版). 2011(02)
[10]点火时刻对缸内直喷汽油机燃烧过程影响的研究[J]. 高莹,李书华,杨世春,李君. 汽车技术. 2011(02)
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]基于缸内热化学重整的点燃式天然气发动机研究[D]. 何卓遥.上海交通大学 2018
[3]甲醇/柴油活性控制压燃式发动机的数值研究及热力学分析[D]. 李耀鹏.大连理工大学 2017
[4]BUMP燃烧室"内混合气形成及缸内气流运动的研究[D]. 赵昌普.天津大学 2003
硕士论文
[1]开口燃烧室及油气室匹配对柴油机传热损失和热效率的影响[D]. 卢宏广.华中科技大学 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]预燃室式天然气发动机流动和燃烧的数值模拟[D]. 王梅.江苏大学 2018
[4]柴油引燃缸内直喷天然气发动机双燃料喷射混合特性研究[D]. 邵长胜.江苏大学 2018
[5]替代率和喷油时刻对双燃料发动机低负荷性能的影响[D]. 付本奇.吉林大学 2017
[6]燃烧室形状对引燃柴油自燃规律及缸内流场的影响[D]. 李慧.吉林大学 2017
[7]基于同轴喷射技术的天然气/柴油双燃料射流喷射及其相互作用[D]. 谭小强.江苏大学 2017
[8]柴油引燃天然气直喷发动机喷射燃烧过程的影响因素研究[D]. 韩丹.江苏大学 2017
[9]船用柴油机燃烧室结构优化及进气系统匹配研究[D]. 王耀辉.天津大学 2017
[10]直喷天然气发动机缸内混合和燃烧过程研究[D]. 范新雨.天津大学 2017
本文编号：3372632
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国际海事组织对燃料硫含量限制Fig1.1MARPOLAnnexVIfuelsulfurlimits
柴油引燃天然气船用发动机燃料喷射策略及燃烧室结构优化2SulfurControlofFuel（%）Year图1.1国际海事组织对燃料硫含量限制Fig1.1MARPOLAnnexVIfuelsulfurlimits图1.2[2]和表1.2[4]给出了国际海事组织自2000年以来针对船舶氮氧化物排放逐步提出的三级排放限制。自2011年起，全球范围内实行TierⅡ标准；自2016年起，NOx排放控制区内实行TierⅢ标准。可以发现，与最初的一级标准相比，三级标准的提出要求船舶氮氧化物排放降低80%左右。NOxLimit（g/kWh·）RatedEngineSpeed（rpm）图1.2国际海事组织对NOx排放限制Fig1.2MARPOLAnnexVINOxemissionlimits表1.2MARPOL公约附则Ⅵ中NOx排放标准Table1.2RegulationsonNOxinAnnexMARPOLVI排放标准实施日期适用海域NOx排放限值（g/kW·h）n＜130rpm130rpm≤n＜1999rpmn≥2000rpmTierⅠ2000年1月1日起全球海域17.045·n-0.29.8TierⅡ2011年1月1日起全球海域14.444·n-0.237.7TierⅢ2016年1月1日起特定NOx排放控制区3.49·n-0.21.96
柴油引燃天然气船用发动机燃料喷射策略及燃烧室结构优化61.2.2天然气发动机在船舶领域的应用天然气发动机诞生于上世纪30年代，经过近一个世纪的发展与变迁，技术日趋成熟，已被广泛应用于道路运输、船运行业等领域。天然气发动机种类繁多，按照不同标准，如燃料使用情况、着火方式等，可以进行不同的分类，如图1.3[11,12]所示。图1.3天然气发动机分类Fig1.3Classificationofnaturalgasengine根据燃烧室结构设计及发动机工作原理，船用四冲程天然气发动机应用技术大致可分为以下四种，如表1.6[2]所示。表1.6船用天然气发动机燃烧技术Table1.6Marinenaturalgasenginescombustiontechnologies燃烧室结构开口燃烧室带预燃室着火方式火花塞点火（a）（b）柴油微引燃（c）（d）
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年全球常规石油和天然气发现[J]. 周庆凡. 石油与天然气地质. 2020(02)
[2]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)
[3]船运业应对燃料限硫新规三种方案经济性比较[J]. 张荻萩,王利宁,吴春芳,戴家权,高振宇. 国际石油经济. 2019(05)
[4]天然气发动机燃烧室对性能的影响及优化[J]. 韩旭东,黄佐华,陈勤学,杨强,熊杰,杨星. 内燃机学报. 2017(03)
[5]船用柴油机排放控制技术[J]. 陈峰. 航海. 2016(04)
[6]缸内高压直喷柴油/天然气喷射混合过程分析[J]. 张州榕,王谦,何志霞,戴礼明,吴玉强,高志胜. 工程热物理学报. 2015(10)
[7]标准法规对船舶大气污染物排放不断提出新要求[J]. 孙猛. 船舶标准化与质量. 2015(02)
[8]CNG发动机燃烧室形状对气流运动和燃烧特性的影响[J]. 江冰,武昭晖,何云堂. 农业机械学报. 2015(01)
[9]燃烧室形状对柴油-甲醇双燃料发动机碳烟排放的影响[J]. 王洪夫,谢亚清. 南昌大学学报(工科版). 2011(02)
[10]点火时刻对缸内直喷汽油机燃烧过程影响的研究[J]. 高莹,李书华,杨世春,李君. 汽车技术. 2011(02)
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]基于缸内热化学重整的点燃式天然气发动机研究[D]. 何卓遥.上海交通大学 2018
[3]甲醇/柴油活性控制压燃式发动机的数值研究及热力学分析[D]. 李耀鹏.大连理工大学 2017
[4]BUMP燃烧室"内混合气形成及缸内气流运动的研究[D]. 赵昌普.天津大学 2003
硕士论文
[1]开口燃烧室及油气室匹配对柴油机传热损失和热效率的影响[D]. 卢宏广.华中科技大学 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]预燃室式天然气发动机流动和燃烧的数值模拟[D]. 王梅.江苏大学 2018
[4]柴油引燃缸内直喷天然气发动机双燃料喷射混合特性研究[D]. 邵长胜.江苏大学 2018
[5]替代率和喷油时刻对双燃料发动机低负荷性能的影响[D]. 付本奇.吉林大学 2017
[6]燃烧室形状对引燃柴油自燃规律及缸内流场的影响[D]. 李慧.吉林大学 2017
[7]基于同轴喷射技术的天然气/柴油双燃料射流喷射及其相互作用[D]. 谭小强.江苏大学 2017
[8]柴油引燃天然气直喷发动机喷射燃烧过程的影响因素研究[D]. 韩丹.江苏大学 2017
[9]船用柴油机燃烧室结构优化及进气系统匹配研究[D]. 王耀辉.天津大学 2017
[10]直喷天然气发动机缸内混合和燃烧过程研究[D]. 范新雨.天津大学 2017
本文编号：3372632
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