低速双燃料发动机米勒循环可调二级增压系统研究
发布时间：2021-10-12 08:36
随着排放法规的日益严格,仅凭柴油机技术已经无法满足IMO TierⅢ排放要求,这时天然气以其优秀的排放特性在船舶领域受到广泛关注。在低速机市场,温特图尔公司的X-DF系列双燃料发动机采用稀薄燃烧技术,不需要任何后处理装置就可以满足IMO TierⅢ排放标准,但是受到爆震特性的限制其做功能力有限,该系列低速双燃料发动机的最大平均有效压力为1.73MPa。本文对该双燃料发动机进行优化,在保证爆震特性、排放特性及效率不恶化的前提下,提升该双燃料发动机的平均有效压力至1.9MPa。本文针对RT-flex50DF双燃料发动机,掌握该发动机的工作特点,使用一维仿真软件GT-Power对其工作过程建立一维仿真模型,并用实验数据对该模型进行标定,使仿真结果与实验数据相符。并使用GT-Power软件中的爆震模块对发动机燃气模式的爆震特性进行预测,探究负荷、燃烧室温度、几何压缩比、过量空气系数及着火提前角对爆震特性的影响,总结改善爆震特性的有效方法。针对二冲程发动机的工作特点,研究各参数对发动机性能的影响规律,总结提升发动机效率的有效方法。在GT-Power软件中,通过米勒循环技术对7RT-flex50D...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 前言
1.2 低速双燃料发动机研究现状
1.2.2 燃气高压喷射双燃料发动机概述
1.2.3 燃气低压喷射双燃料发动机概述
1.3 米勒循环及可调二级增压技术
1.3.1 米勒循环技术的发展现状
1.3.2 可调二级增压系统发展现状
1.4 本文研究的主要内容
第2章 发动机的仿真理论与一维仿真模型的标定
2.1 发动机工作过程仿真的数学模型
2.1.1 基本热力学方程
2.1.2 气缸模块
2.1.3 进排气系统模块
2.1.4 中冷器模块
2.1.5 涡轮增压器模块
2.2 7RT-flex50DF低速双燃料发动机基本参数
2.3 双燃料发动机一维仿真模型的建立
2.3.1 发动机进气系统
2.3.2 气缸模块设置
2.3.3 排气阀模块设置
2.3.4 发动机排气系统
2.3.5 涡轮增压器
2.3.6 其他模型
2.4 发动机一维仿真模型的验证
2.5 本章小结
第3章 低速双燃料发动机燃气模式爆震特性的研究
3.1 发动机爆震特性预测模型
3.1.1 爆震预测数学模型
3.1.2 爆震特性的判定方法
3.2 双燃料发动机爆震特性研究
3.2.1 负荷对发动机爆震特性的影响
3.2.2 燃烧室壁面温度对爆震特性的影响
3.2.3 几何压缩比对爆震特性的影响
3.2.4 过量空气系数对爆震特性的影响
3.2.5 着火提前角对爆震特性的影响
3.3 改善爆震的方法
3.4 本章小结
第4章 米勒循环对双燃料发动机性能影响研究及优化
4.1 米勒循环的原理及热力学模型
4.1.1 米勒循环原理
4.1.2 二冲程发动机的热力学模型
4.2 各参数对二冲程发动机性能的影响规律研究
4.2.1 排气阀关闭时刻的影响规律
4.2.2 几何压缩比的影响规律
4.2.3 过量空气系数的影响规律
4.2.4 增压比的影响规律
4.2.5 各参数影响规律
4.3 双燃料发动机米勒循环优化计算
4.3.1 发动机平均有效压力的提升
4.3.2 燃气模式100%负荷下米勒循环计算
4.3.3 双燃料发动机几何压缩比的优化
4.3.4 燃油模式的米勒循环计算
4.3.5 全工况米勒循环方案的确定
4.4 本章小结
第5章 双燃料发动机可调二级增压系统的匹配研究
5.1 低速二冲程发动机可调二级涡轮增压系统的匹配要求
5.2 可调二级涡轮增压系统的设计匹配研究
5.2.1 可调二级增压系统结构与可调方案
5.2.2 可调二级涡轮增压系统数学模型及匹配步骤
5.2.3 匹配设计点的选取
5.2.4 高低压级压比分配
5.3 可调二级增压系统与双燃料发动机的联合仿真
5.3.1 高低压级增压器的确定
5.3.2 可调二级增压系统与双燃料发动机仿真模型建立及联合仿真
5.4 可调二级增压系统对双燃料发动机的影响研究
5.4.1 可调二级增压系统调控策略
5.4.2 高压涡轮旁通方案旁通率的影响
5.4.3 排气集管旁通率的影响
5.4.4 可调方案对发动机的影响
5.5 可调二级增压双燃料发动机低负荷特性
5.6 本章小结
第6章 全文结论与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]GT-Power在船用二冲程柴油机的模拟仿真应用[J]. 何永明,曾向明,许梦冬,张兆坤,陈彦臻,胡光忠. 科学技术创新. 2018(27)
[2]阿特金森/米勒循环发动机的技术与应用[J]. 付中伟,滕勤,刘青林. 小型内燃机与车辆技术. 2017(05)
[3]船用LNG双燃料发动机的技术发展及应用现状[J]. 袁江帆,胡以怀,蒋更红,唐娟娟. 造船技术. 2017(01)
[4]低迷船市下船用柴油机的发展[J]. 谭乃芬,郑一铭. 船舶物资与市场. 2016(02)
[5]两大船舶央企同为中国制造添“动力”[J]. 张弘弢. 珠江水运. 2015(21)
[6]船用低速双燃料发动机燃烧循环及应用现状分析[J]. 宋雅丽,吴朝晖. 柴油机. 2015(03)
[7]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)
[8]涡轮增压器与柴油机的匹配分析[J]. 任欢,沈业春,张齐龙. 交通节能与环保. 2013(03)
[9]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)
[10]基于响应曲面法的汽油替代混合物辛烷值的预测[J]. 张庆峰,郑朝蕾,何祖威,裴毅强. 内燃机学报. 2011(05)
硕士论文
[1]二冲程增压发动机气体流动及扫气品质的仿真研究[D]. 陈方超.南京航空航天大学 2017
[2]船用双燃料发动机特性研究[D]. 靖海国.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：3432236
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 前言
1.2 低速双燃料发动机研究现状
1.2.2 燃气高压喷射双燃料发动机概述
1.2.3 燃气低压喷射双燃料发动机概述
1.3 米勒循环及可调二级增压技术
1.3.1 米勒循环技术的发展现状
1.3.2 可调二级增压系统发展现状
1.4 本文研究的主要内容
第2章 发动机的仿真理论与一维仿真模型的标定
2.1 发动机工作过程仿真的数学模型
2.1.1 基本热力学方程
2.1.2 气缸模块
2.1.3 进排气系统模块
2.1.4 中冷器模块
2.1.5 涡轮增压器模块
2.2 7RT-flex50DF低速双燃料发动机基本参数
2.3 双燃料发动机一维仿真模型的建立
2.3.1 发动机进气系统
2.3.2 气缸模块设置
2.3.3 排气阀模块设置
2.3.4 发动机排气系统
2.3.5 涡轮增压器
2.3.6 其他模型
2.4 发动机一维仿真模型的验证
2.5 本章小结
第3章 低速双燃料发动机燃气模式爆震特性的研究
3.1 发动机爆震特性预测模型
3.1.1 爆震预测数学模型
3.1.2 爆震特性的判定方法
3.2 双燃料发动机爆震特性研究
3.2.1 负荷对发动机爆震特性的影响
3.2.2 燃烧室壁面温度对爆震特性的影响
3.2.3 几何压缩比对爆震特性的影响
3.2.4 过量空气系数对爆震特性的影响
3.2.5 着火提前角对爆震特性的影响
3.3 改善爆震的方法
3.4 本章小结
第4章 米勒循环对双燃料发动机性能影响研究及优化
4.1 米勒循环的原理及热力学模型
4.1.1 米勒循环原理
4.1.2 二冲程发动机的热力学模型
4.2 各参数对二冲程发动机性能的影响规律研究
4.2.1 排气阀关闭时刻的影响规律
4.2.2 几何压缩比的影响规律
4.2.3 过量空气系数的影响规律
4.2.4 增压比的影响规律
4.2.5 各参数影响规律
4.3 双燃料发动机米勒循环优化计算
4.3.1 发动机平均有效压力的提升
4.3.2 燃气模式100%负荷下米勒循环计算
4.3.3 双燃料发动机几何压缩比的优化
4.3.4 燃油模式的米勒循环计算
4.3.5 全工况米勒循环方案的确定
4.4 本章小结
第5章 双燃料发动机可调二级增压系统的匹配研究
5.1 低速二冲程发动机可调二级涡轮增压系统的匹配要求
5.2 可调二级涡轮增压系统的设计匹配研究
5.2.1 可调二级增压系统结构与可调方案
5.2.2 可调二级涡轮增压系统数学模型及匹配步骤
5.2.3 匹配设计点的选取
5.2.4 高低压级压比分配
5.3 可调二级增压系统与双燃料发动机的联合仿真
5.3.1 高低压级增压器的确定
5.3.2 可调二级增压系统与双燃料发动机仿真模型建立及联合仿真
5.4 可调二级增压系统对双燃料发动机的影响研究
5.4.1 可调二级增压系统调控策略
5.4.2 高压涡轮旁通方案旁通率的影响
5.4.3 排气集管旁通率的影响
5.4.4 可调方案对发动机的影响
5.5 可调二级增压双燃料发动机低负荷特性
5.6 本章小结
第6章 全文结论与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]GT-Power在船用二冲程柴油机的模拟仿真应用[J]. 何永明,曾向明,许梦冬,张兆坤,陈彦臻,胡光忠. 科学技术创新. 2018(27)
[2]阿特金森/米勒循环发动机的技术与应用[J]. 付中伟,滕勤,刘青林. 小型内燃机与车辆技术. 2017(05)
[3]船用LNG双燃料发动机的技术发展及应用现状[J]. 袁江帆,胡以怀,蒋更红,唐娟娟. 造船技术. 2017(01)
[4]低迷船市下船用柴油机的发展[J]. 谭乃芬,郑一铭. 船舶物资与市场. 2016(02)
[5]两大船舶央企同为中国制造添“动力”[J]. 张弘弢. 珠江水运. 2015(21)
[6]船用低速双燃料发动机燃烧循环及应用现状分析[J]. 宋雅丽,吴朝晖. 柴油机. 2015(03)
[7]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)
[8]涡轮增压器与柴油机的匹配分析[J]. 任欢,沈业春,张齐龙. 交通节能与环保. 2013(03)
[9]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)
[10]基于响应曲面法的汽油替代混合物辛烷值的预测[J]. 张庆峰,郑朝蕾,何祖威,裴毅强. 内燃机学报. 2011(05)
硕士论文
[1]二冲程增压发动机气体流动及扫气品质的仿真研究[D]. 陈方超.南京航空航天大学 2017
[2]船用双燃料发动机特性研究[D]. 靖海国.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：3432236
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