船用低速机换气过程三维仿真与性能分析
发布时间：2021-10-09 18:14
船用低速机功率大、经济性好、工作稳定,成为大型远洋船舶主选的原动机。与传统四冲程柴油机的进排气阀换气方式不同,船用低速机采用扫气方式。例如,超长冲程低速机7G80ME-C作为大型船舶的主机,输出功率高,冲程达到了3.72m,增加了换气过程中缸内气体运动的行程,同时增加了换气过程的不稳定性。复杂的气体运动会影响换气过程的效果,进而影响低速机的燃烧过程和整机性能。现阶段缺乏对超长冲程低速机的换气过程理论和试验研究,开展船用超长冲程低速机换气过程的研究具有重要意义。本文主要基于智能船舶1.0研发专项,应用了直观性更强的CFD（计算流体力学）软件进行换气过程的三维仿真研究,研究了整个换气过程缸内的流动情况。通过计算发现,在换气过程中,气缸中心部位的废气残留会对换气过程造成较大影响。通过改变扫气口的数目和结构尺寸等建立了不同模型并进行计算,同时改变了主机的转速研究设计工况和非设计工况下的换气过程。通过对计算得到的三维结果和试验结果进行综合分析,总结了不同因素对于换气过程的影响规律。通过研究发现,超长冲程低速机的转速对换气过程影响明显,当转速增加时,扫气效率会降低。扫气口结构参数对换气过程也有明显...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船舶柴油机扫气口结构
第 2 章 船用低速机工作过程理论与建模船用低速机的一个工作循环由换气过程和燃烧过程共同组成。其中换气过程是燃烧做功的准备阶段，低速机只有完成了换气过程形成可燃混合气，才能进行燃烧做功，而燃烧做功的废气又会通过换气过程排出。所以作为船用低速机的基本工作过程，换气过程与燃烧过程互相影响，共同决定了船用低速机的工作状况。本文着重对超长冲程低速机的换气过程进行研究。Equation Chapter (Next) Section 2本文应用 CFD 软件进行船用低速机三维仿真分析，主要目的在于完成流体计算问题。随着计算机技术的发展，发动机的仿真理论不断完善，已经可以建立与实际机型工作状态相近的柴油机模型。在流体计算中，需要遵循质量守恒定律、能量守恒定律、以及动量守恒定律等，在计算燃烧的过程时，还要涉及到组分守恒方程和湍流方程等。因此在进行流体计算的过程中，首先要选择适当的物理原理，针对这些原理匹配合适的流体计算模型，从中总结出应用于计算的方程，以便模拟出内燃机工作过程中不同阶段的工作效果[69]。
z x y z z y z 方程中 q 表示单位质量体积热的增长率，K 为热传导率，T 为当地温度，e 为分位质量随机运动的内能。.2 工作过程基本模型.2.1 湍流模型湍流作为自然界中普遍存在的流动形式，是一种流速很高情况下的不规则运动形被称为乱流、扰流或者紊流。湍流在物理结构上是由尺寸不同的涡流通过叠加后形流动，主要包括大尺度涡和小尺度涡。主要特点为：一是具有较高的雷诺数，在 2上。二是流动随机性强，压力与速度等物理量在时间上和空间上都具有随机的脉速机缸内运动除了湍流外，还存在涡流和挤流，在柴油机工作过程中会对压缩终点缸内运动情况造成不同影响[70]。柴油机缸内气体的湍流运动，对缸内工质的混合燃烧起到了重要影响，并且可以各种物理化学反应的发展和空间分布，所以对湍流运动进行准确的模拟非常重要。
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶柴油机故障诊断技术探究[J]. 林汉松. 科技创新与应用. 2017(20)
[2]柴油机减排技术讲座(之四) 电控喷油技术[J]. 田少民. 工程机械. 2017(07)
[3]我国船用柴油机产业现状[J]. 程杰,王建勋,祝鸿鹏. 广东造船. 2014(04)
[4]船舶柴油机建模方法综述[J]. 何利东,王海燕,刘森. 内燃机与动力装置. 2013(06)
[5]气口布置对进气涡流及扫气品质的影响[J]. 曹娇坤,丁水汀,杜发荣,王振宇. 航空动力学报. 2013(08)
[6]SCR技术在船舶柴油机上的应用[J]. 赵明哲,张跃文,仉大志,慕盛全. 交通节能与环保. 2013(01)
[7]船用二冲程柴油机鼓风机扫气模型与切换规律研究[J]. 石磊,丰琳琳,周涌明,邓康耀. 内燃机工程. 2012(05)
[8]直流扫气柴油机扫气流场分析[J]. 赵峰,兰红安. 柴油机设计与制造. 2012(03)
[9]我国船舶柴油机发展展望[J]. 时志刚,冯明志,高荃. 柴油机. 2012(01)
[10]船舶主机扫气箱着火故障分析和预防[J]. 俞文胜,林开进. 船海工程. 2009(06)
博士论文
[1]柴油机缸内流场的PIV技术应用研究及数值模拟[D]. 梁桂华.大连理工大学 2009
[2]大型低速船用柴油机建模与系统仿真[D]. 王海燕.大连海事大学 2007
硕士论文
[1]柴油机全可变配气参数对缸内流场影响三维仿真研究[D]. 李博.哈尔滨工程大学 2018
[2]柴油机数值模拟几何模型表面网格优化研究[D]. 吴逸超.大连理工大学 2016
[3]基于FIRE的船用大型低速二冲程柴油机工作过程影响规律分析[D]. 钱文俊.江苏科技大学 2014
[4]基于MATLAB/SIMULINK的船用柴油机仿真研究[D]. 张望.武汉理工大学 2013
[5]二冲程船用柴油机扫气过程CFD模拟分析[D]. 张航.大连海事大学 2011
[6]根据压缩终了缸内流场对进气系统的评价方法[D]. 孙平.山东大学 2011
[7]基于CFD的柴油机工作过程的数值模拟研究[D]. 马勇.合肥工业大学 2010
[8]基于CFD的柴油机喷雾过程模拟计算研究[D]. 刘劲松.浙江大学 2010
[9]柴油机缸内流动及喷雾特性模拟研究[D]. 李会收.山东大学 2008
[10]船舶柴油机气缸压力测量系统研制[D]. 李震宇.武汉理工大学 2007
本文编号：3426774
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船舶柴油机扫气口结构
第 2 章 船用低速机工作过程理论与建模船用低速机的一个工作循环由换气过程和燃烧过程共同组成。其中换气过程是燃烧做功的准备阶段，低速机只有完成了换气过程形成可燃混合气，才能进行燃烧做功，而燃烧做功的废气又会通过换气过程排出。所以作为船用低速机的基本工作过程，换气过程与燃烧过程互相影响，共同决定了船用低速机的工作状况。本文着重对超长冲程低速机的换气过程进行研究。Equation Chapter (Next) Section 2本文应用 CFD 软件进行船用低速机三维仿真分析，主要目的在于完成流体计算问题。随着计算机技术的发展，发动机的仿真理论不断完善，已经可以建立与实际机型工作状态相近的柴油机模型。在流体计算中，需要遵循质量守恒定律、能量守恒定律、以及动量守恒定律等，在计算燃烧的过程时，还要涉及到组分守恒方程和湍流方程等。因此在进行流体计算的过程中，首先要选择适当的物理原理，针对这些原理匹配合适的流体计算模型，从中总结出应用于计算的方程，以便模拟出内燃机工作过程中不同阶段的工作效果[69]。
z x y z z y z 方程中 q 表示单位质量体积热的增长率，K 为热传导率，T 为当地温度，e 为分位质量随机运动的内能。.2 工作过程基本模型.2.1 湍流模型湍流作为自然界中普遍存在的流动形式，是一种流速很高情况下的不规则运动形被称为乱流、扰流或者紊流。湍流在物理结构上是由尺寸不同的涡流通过叠加后形流动，主要包括大尺度涡和小尺度涡。主要特点为：一是具有较高的雷诺数，在 2上。二是流动随机性强，压力与速度等物理量在时间上和空间上都具有随机的脉速机缸内运动除了湍流外，还存在涡流和挤流，在柴油机工作过程中会对压缩终点缸内运动情况造成不同影响[70]。柴油机缸内气体的湍流运动，对缸内工质的混合燃烧起到了重要影响，并且可以各种物理化学反应的发展和空间分布，所以对湍流运动进行准确的模拟非常重要。
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶柴油机故障诊断技术探究[J]. 林汉松. 科技创新与应用. 2017(20)
[2]柴油机减排技术讲座(之四) 电控喷油技术[J]. 田少民. 工程机械. 2017(07)
[3]我国船用柴油机产业现状[J]. 程杰,王建勋,祝鸿鹏. 广东造船. 2014(04)
[4]船舶柴油机建模方法综述[J]. 何利东,王海燕,刘森. 内燃机与动力装置. 2013(06)
[5]气口布置对进气涡流及扫气品质的影响[J]. 曹娇坤,丁水汀,杜发荣,王振宇. 航空动力学报. 2013(08)
[6]SCR技术在船舶柴油机上的应用[J]. 赵明哲,张跃文,仉大志,慕盛全. 交通节能与环保. 2013(01)
[7]船用二冲程柴油机鼓风机扫气模型与切换规律研究[J]. 石磊,丰琳琳,周涌明,邓康耀. 内燃机工程. 2012(05)
[8]直流扫气柴油机扫气流场分析[J]. 赵峰,兰红安. 柴油机设计与制造. 2012(03)
[9]我国船舶柴油机发展展望[J]. 时志刚,冯明志,高荃. 柴油机. 2012(01)
[10]船舶主机扫气箱着火故障分析和预防[J]. 俞文胜,林开进. 船海工程. 2009(06)
博士论文
[1]柴油机缸内流场的PIV技术应用研究及数值模拟[D]. 梁桂华.大连理工大学 2009
[2]大型低速船用柴油机建模与系统仿真[D]. 王海燕.大连海事大学 2007
硕士论文
[1]柴油机全可变配气参数对缸内流场影响三维仿真研究[D]. 李博.哈尔滨工程大学 2018
[2]柴油机数值模拟几何模型表面网格优化研究[D]. 吴逸超.大连理工大学 2016
[3]基于FIRE的船用大型低速二冲程柴油机工作过程影响规律分析[D]. 钱文俊.江苏科技大学 2014
[4]基于MATLAB/SIMULINK的船用柴油机仿真研究[D]. 张望.武汉理工大学 2013
[5]二冲程船用柴油机扫气过程CFD模拟分析[D]. 张航.大连海事大学 2011
[6]根据压缩终了缸内流场对进气系统的评价方法[D]. 孙平.山东大学 2011
[7]基于CFD的柴油机工作过程的数值模拟研究[D]. 马勇.合肥工业大学 2010
[8]基于CFD的柴油机喷雾过程模拟计算研究[D]. 刘劲松.浙江大学 2010
[9]柴油机缸内流动及喷雾特性模拟研究[D]. 李会收.山东大学 2008
[10]船舶柴油机气缸压力测量系统研制[D]. 李震宇.武汉理工大学 2007
本文编号：3426774
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