船用双燃料发动机工作过程模拟与排放优化
发布时间：2021-09-22 14:29
船舶发动机是航运领域的主要动力装置,在促进航运和经济的同时,也造成了严重的环境污染。为了控制船舶造成的污染物排放,国际海事组织制定了的严格的船舶污染物排放法规。通过缸内控制燃烧和后处理技术可以有效的降低污染物排放。由于天然气储量丰富、能量密度高、价格低且排放性好等特性,使其成为最佳理想的发动机替代燃料。近年来,随着双燃料发动机的不断发展,柴油-天然气双燃料发动机的越来越被人们重视。优化双燃料发动机,使其拥有更高的燃烧效率,更好的排放性成为近年来研究的热点。本文以MAN 8L51/60DF船用中速四冲程双燃料发动机为研究对象,使用米勒循环与喷射策略优化双燃料发动机低负荷工况运行时的燃烧与排放性能。使用AVL-BOOST软件建立双燃料发动机燃气模式下的一维仿真模型。模型经过合理的假设,结合了 Vibe双区模型与外部混合预测模型,建立了双燃料发动机燃气模式全负荷仿真模型。模型根据发动机出厂验收报告进行验证,参数误差在3%以内。在一维仿真中,分析了增压压力、进气门关闭时刻、压缩比对功率、油耗率、NOx排放以及爆发压力的影响。结果表明,单独增大增压压力与压缩比会提高燃烧效率,与此同时会造成NOx...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３?ＭＡＲＰＯＬ附则ＶＩ燃油含硫量限值??Ｆｉｇ．?１．３?ＭＡＲＰＯＬ?Ａｎｎｅｘ?ＶＩ?ｆｔｉｅｌ?ｓｕｌｆｕｒ?ｌｉｍｉｔｓ??－２?－??
?大连海事大学硕士学位论文???全球范围内排放控制区具体分布如图１．４所示从图中可以看出，在亚洲排放控??制区较少，日本和韩国等发达国家都在排放控制区内。船舶发动机造成的大气污染不容??忽视，因此积极开发船舶发动机减排技术，对缓解能源危机以及迎接不断严格的排放法??规带来的挑战有着重要的意义。??ｗｍ???＼丄＿?？?，???ＥＣＡ?Ｚｏｎｅ?ＥＣＡ?Ａｒｅａ?Ｚｏｎｅ?Ｃｏｄｅ?Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ?ＥＣＡ?Ｚｏｎｅ?ＥＣＡ?Ａｒｅａ?Ｚｏｎｅ?Ｃｏｄｅ?Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ??ＵＳ?Ｅａｓｔ?Ｃｏａｓｔ?／?ｌａｋｅｓ?２?１?Ｍｕｌｔｉｐｌｅ?Ｖａｔｕｅｓ?Ｗｅｓｔ?Ｃａｎａｄａ?２?９??ＵＳ?Ｗｅｓｔ?Ｃｏａｓｔ?Ｎｏｒｔｈ?２?２?隱?２００；?Ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅａｎ?Ｓｅａ?３?１０?Ｍｕｌｔｉｐｌｅ?Ｖａｌｕｅｓ??ＵＳ?Ｗｅｓｔ?Ｃｏａｓｔ?Ｓｏｕｔｈ?２?７?２００?Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ?４?１１?ｇ?２００??Ｈａｗａｉｉ?２?３?２００?Ｎｅｗ?Ｚｅａｌａｎｄ?５?１２?２００??Ｇｕｌｆ?ｏｆ?Ｍｅｘｉｃｏ?２?４?２００?｜?Ａｕｓｔｒａｌｉａ?５?１３??Ｐｕｅｒｔｏ?Ｒｉｃｏ?２?５?２００?Ｊａｐａｎ?６?１４?２００??Ｎｏｒｔｈ?Ｓｅａ?／?Ｂａｌｔｉｃ?Ｓｅａ?１?６?Ｍｕｌｔｉｐｌｅ?Ｖａｌｕｅｓ?Ｋｏｒｅａ?７?１５?２００??Ｅａｓｔ?Ｃａｎａｄａ?２?８?｜｜＾＿２００??图１．４?ＥＣＡ排放控制区［１】??Ｆｉｇ．?１．４?ＥＣＡ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ?
气??的主要成为为甲烷，是一种非常清洁的燃料，天然气作为发动机替代燃料有着一定的历??史［１］。天然气发动机根据燃烧方式的不同可以分为火花点燃式单一燃料发动机ｍ与天然???气作为主燃料，柴油等高活性燃料作为引燃油燃料的双燃料发动机［８】。??双燃料发动机根据天然气喷射方式分为两种％?—种为进气道预混合喷射另一??种为天然气缸内直喷Ｍ?进气道混合可按照喷油器布置位置分为进气总管喷射与进气??歧管喷射。近年来随着国际油价的上涨和排放法规的限制，国内内河船舶“油改气”进程??不断推进。如图１．．６所示，国内柴油机“油改气”方案主要有两种，两种都属于Ｐｉｌｏｔ－ＤＦ??燃烧方式。方案Ａ中燃气喷射位置在图中①位置，需要增加燃气混合器和控制系统：方??案Ｂ中燃气喷射位置在图中②位置，此种方式需要在每缸进气支管单独增加燃气喷嘴，??增加？套控制系统。由于燃气喷嘴位置靠近进气门，燃气可以快速的与空气混合。高压??直喷天然气发动机也可以应用于“油改气”改造。与Ｐｉｌｏｔ－ＤＦ燃烧方式不同，此种燃烧方??式属于高压缸内直喷（Ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｊｅｃｔｉｏｎ，?ＨＦ＊Ｄ丨〉，天然气喷射位置在图中③??位置。此种改造需要增加或者更换一体化喷油器，改造与控制都较为复杂。如图１．７所??示，燃油在压缩末期上止点前喷入，随后髙压燃气喷入气缸继续燃烧。??Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ???－ＪＷＬ??图１．６天然气喷射位置??Ｆｉｇ．?１．６?Ｇａｓ?ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ?ｌｏｃａｔｉｏｎ??￣?５?＿??
【参考文献】：
期刊论文
[1]引燃油喷射时刻对着火特性和压力振荡影响的研究[J]. 刘昌文,刘宗宽,刘博,周磊,卫海桥. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020(02)
[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]不同米勒循环方式对柴油机工作过程影响的一维模拟分析[J]. 杨帅,冯志炜,赵治国,周毅. 吉林大学学报(工学版). 2018(05)
[4]天然气双燃料技术在船机上的研究进展分析[J]. 王解托,董晶瑾,刘海峰,叶映. 小型内燃机与车辆技术. 2017(02)
[5]基于响应曲面法的非道路用高压共轨柴油机设计点优化标定[J]. 王俊,申立中,杨永忠,毕玉华,万明定. 农业工程学报. 2017(03)
[6]电子调速在SaCoSone中的应用研究[J]. 王超,胡绪昌,项卫东,沈小波. 船舶工程. 2016(S2)
[7]米勒循环模式的柴油机性能及NOx排放的数值研究[J]. 刘鑫,魏胜利,冷先银,纪坤鹏,王飞虎. 广西大学学报(自然科学版). 2015(02)
[8]考虑多参数影响的增压发动机现象学爆震预测模型[J]. 陈龙华,李铁,尹涛,郑斌. 内燃机工程. 2016(04)
[9]RCCI新燃烧技术综述[J]. 缪雪龙. 现代车用动力. 2014(01)
[10]大功率中速米勒循环柴油机NOx排放特性数值模拟[J]. 袁文华,何爽,田江平,依平,隆武强. 中南大学学报(自然科学版). 2014(01)
博士论文
[1]轮机模拟器发动机建模方法研究[D]. 唐元元.大连海事大学 2018
[2]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
[3]基于解耦法的柴油和生物柴油表征燃料骨架反应机理研究[D]. 常亚超.大连理工大学 2016
硕士论文
[1]船用中速双燃料发动机微引燃策略仿真研究[D]. 王桂新.武汉理工大学 2017
[2]船用天然气—柴油双燃料发动机性能数值研究[D]. 任川.大连海事大学 2013
本文编号：3403912
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３?ＭＡＲＰＯＬ附则ＶＩ燃油含硫量限值??Ｆｉｇ．?１．３?ＭＡＲＰＯＬ?Ａｎｎｅｘ?ＶＩ?ｆｔｉｅｌ?ｓｕｌｆｕｒ?ｌｉｍｉｔｓ??－２?－??
?大连海事大学硕士学位论文???全球范围内排放控制区具体分布如图１．４所示从图中可以看出，在亚洲排放控??制区较少，日本和韩国等发达国家都在排放控制区内。船舶发动机造成的大气污染不容??忽视，因此积极开发船舶发动机减排技术，对缓解能源危机以及迎接不断严格的排放法??规带来的挑战有着重要的意义。??ｗｍ???＼丄＿?？?，???ＥＣＡ?Ｚｏｎｅ?ＥＣＡ?Ａｒｅａ?Ｚｏｎｅ?Ｃｏｄｅ?Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ?ＥＣＡ?Ｚｏｎｅ?ＥＣＡ?Ａｒｅａ?Ｚｏｎｅ?Ｃｏｄｅ?Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ??ＵＳ?Ｅａｓｔ?Ｃｏａｓｔ?／?ｌａｋｅｓ?２?１?Ｍｕｌｔｉｐｌｅ?Ｖａｔｕｅｓ?Ｗｅｓｔ?Ｃａｎａｄａ?２?９??ＵＳ?Ｗｅｓｔ?Ｃｏａｓｔ?Ｎｏｒｔｈ?２?２?隱?２００；?Ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅａｎ?Ｓｅａ?３?１０?Ｍｕｌｔｉｐｌｅ?Ｖａｌｕｅｓ??ＵＳ?Ｗｅｓｔ?Ｃｏａｓｔ?Ｓｏｕｔｈ?２?７?２００?Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ?４?１１?ｇ?２００??Ｈａｗａｉｉ?２?３?２００?Ｎｅｗ?Ｚｅａｌａｎｄ?５?１２?２００??Ｇｕｌｆ?ｏｆ?Ｍｅｘｉｃｏ?２?４?２００?｜?Ａｕｓｔｒａｌｉａ?５?１３??Ｐｕｅｒｔｏ?Ｒｉｃｏ?２?５?２００?Ｊａｐａｎ?６?１４?２００??Ｎｏｒｔｈ?Ｓｅａ?／?Ｂａｌｔｉｃ?Ｓｅａ?１?６?Ｍｕｌｔｉｐｌｅ?Ｖａｌｕｅｓ?Ｋｏｒｅａ?７?１５?２００??Ｅａｓｔ?Ｃａｎａｄａ?２?８?｜｜＾＿２００??图１．４?ＥＣＡ排放控制区［１】??Ｆｉｇ．?１．４?ＥＣＡ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ?
气??的主要成为为甲烷，是一种非常清洁的燃料，天然气作为发动机替代燃料有着一定的历??史［１］。天然气发动机根据燃烧方式的不同可以分为火花点燃式单一燃料发动机ｍ与天然???气作为主燃料，柴油等高活性燃料作为引燃油燃料的双燃料发动机［８】。??双燃料发动机根据天然气喷射方式分为两种％?—种为进气道预混合喷射另一??种为天然气缸内直喷Ｍ?进气道混合可按照喷油器布置位置分为进气总管喷射与进气??歧管喷射。近年来随着国际油价的上涨和排放法规的限制，国内内河船舶“油改气”进程??不断推进。如图１．．６所示，国内柴油机“油改气”方案主要有两种，两种都属于Ｐｉｌｏｔ－ＤＦ??燃烧方式。方案Ａ中燃气喷射位置在图中①位置，需要增加燃气混合器和控制系统：方??案Ｂ中燃气喷射位置在图中②位置，此种方式需要在每缸进气支管单独增加燃气喷嘴，??增加？套控制系统。由于燃气喷嘴位置靠近进气门，燃气可以快速的与空气混合。高压??直喷天然气发动机也可以应用于“油改气”改造。与Ｐｉｌｏｔ－ＤＦ燃烧方式不同，此种燃烧方??式属于高压缸内直喷（Ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｊｅｃｔｉｏｎ，?ＨＦ＊Ｄ丨〉，天然气喷射位置在图中③??位置。此种改造需要增加或者更换一体化喷油器，改造与控制都较为复杂。如图１．７所??示，燃油在压缩末期上止点前喷入，随后髙压燃气喷入气缸继续燃烧。??Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ???－ＪＷＬ??图１．６天然气喷射位置??Ｆｉｇ．?１．６?Ｇａｓ?ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ?ｌｏｃａｔｉｏｎ??￣?５?＿??
【参考文献】：
期刊论文
[1]引燃油喷射时刻对着火特性和压力振荡影响的研究[J]. 刘昌文,刘宗宽,刘博,周磊,卫海桥. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020(02)
[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]不同米勒循环方式对柴油机工作过程影响的一维模拟分析[J]. 杨帅,冯志炜,赵治国,周毅. 吉林大学学报(工学版). 2018(05)
[4]天然气双燃料技术在船机上的研究进展分析[J]. 王解托,董晶瑾,刘海峰,叶映. 小型内燃机与车辆技术. 2017(02)
[5]基于响应曲面法的非道路用高压共轨柴油机设计点优化标定[J]. 王俊,申立中,杨永忠,毕玉华,万明定. 农业工程学报. 2017(03)
[6]电子调速在SaCoSone中的应用研究[J]. 王超,胡绪昌,项卫东,沈小波. 船舶工程. 2016(S2)
[7]米勒循环模式的柴油机性能及NOx排放的数值研究[J]. 刘鑫,魏胜利,冷先银,纪坤鹏,王飞虎. 广西大学学报(自然科学版). 2015(02)
[8]考虑多参数影响的增压发动机现象学爆震预测模型[J]. 陈龙华,李铁,尹涛,郑斌. 内燃机工程. 2016(04)
[9]RCCI新燃烧技术综述[J]. 缪雪龙. 现代车用动力. 2014(01)
[10]大功率中速米勒循环柴油机NOx排放特性数值模拟[J]. 袁文华,何爽,田江平,依平,隆武强. 中南大学学报(自然科学版). 2014(01)
博士论文
[1]轮机模拟器发动机建模方法研究[D]. 唐元元.大连海事大学 2018
[2]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
[3]基于解耦法的柴油和生物柴油表征燃料骨架反应机理研究[D]. 常亚超.大连理工大学 2016
硕士论文
[1]船用中速双燃料发动机微引燃策略仿真研究[D]. 王桂新.武汉理工大学 2017
[2]船用天然气—柴油双燃料发动机性能数值研究[D]. 任川.大连海事大学 2013
本文编号：3403912
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