大型低速船用双燃料发动机预燃室系统的数值模拟研究

发布时间：2023-04-20 01:46

　　随着各国对船机发动机排放问题的日益重视,船机开始面临越来越严格的排放法规限制。研究表明,目前应用于船机上最具潜能的氮氧化物减排技术路线是燃用柴油-天然气的双燃料技术。对于低速二冲程发动机来说,根据天然气喷入时刻不同,可以将双燃料发动机分为天然气高压喷射和低压喷射两类,二者各有优缺点。其中低压喷射天然气发动机具有更好的排放性能,但是受制于稀燃和爆震界限其经济性和动力性略低于前者。国内外大量研究表明预燃室系统能有效拓展稀燃和爆震界限,但是这些研究大多基于中小型中高速发动机,而在大缸径低速船机中,预燃室系统结构本身以及其对主燃烧室燃烧的作用机制和影响趋势还有待进一步探索。因此本文采用数值模拟的方法,系统的针对预燃室系统的关键参数之一的预燃室通孔结构参数的影响,以及对预燃室内部燃烧对主燃烧室燃烧特性的影响趋势做了探索。本文首先建立了一台大型低速二冲程船用柴油机改装的天然气发动机的三维CFD模型,并对选用的多种子模型进行了适应性分析,最终完成了整个模型的标定和验证。随后结合国内外针对各种机型预燃室系统的研究,总结出参数设计的规律,并根据相关设计准则设计了多种不同通孔结构的预燃室系统方案,计算比较...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 船用发动机降低氮氧化物的技术路线
        1.2.1 前处理
        1.2.2 缸内净化
        1.2.3 后处理
        1.2.4 各种技术路线对氮氧化物减排潜力的分析
    1.3 天然气在低速船机上的应用
        1.3.1 天然气高压喷射发动机工作过程
        1.3.2 天然气低压喷射发动机工作过程
    1.4 两种天然气引入方式发动机的性能比较
        1.4.1 排放性能的比较
        1.4.2 经济性能的比较
        1.4.3 低压喷射天然气发动机面临的问题
        1.4.4 预燃室系统对拓展燃烧界限的作用及其设计参数
    1.5 本文研究内容
第二章 数值计算模型及研究方法
    2.1 仿真子模型选择
        2.1.1 湍流及耗散模型
        2.1.2 喷雾破碎模型
        2.1.3 燃烧反应模型
        2.1.4 氮氧化物排放模型
    2.2 燃烧反应模型的适应性分析
        2.2.1 RCCI燃烧过程的模型描述
        2.2.2 火焰面模式
        2.2.3 加入G-方程对燃烧特性的影响
    2.3 船机模型的建立和验证
    2.4 本章小结
第三章 预燃室通孔结构对缸内燃烧的影响
    3.1 预燃室通孔纵截面角度的影响
        3.1.1 对流动的影响
        3.1.2 对火焰射流发展的影响
        3.1.3 对NO_x排放生成的影响
    3.2 预燃室通孔横截面角度的影响
        3.2.1 对流场的影响
        3.2.2 对燃烧和排放的影响
    3.3 缩口型通孔的影响研究
        3.3.1 对预燃室内流场的影响
        3.3.2 对火焰射流及缸内燃烧的影响
    3.4 本章小结
第四章 预燃室内燃烧控制策略的影响
    4.1 喷油策略对预燃室内燃烧的影响规律
        4.1.1 两次喷射对预燃室内分层燃烧的影响
        4.1.2 喷油角度对预燃室内燃烧的影响
    4.2 引入EGR对预燃室及燃烧的影响规律
        4.2.1 从主燃室内引入EGR
        4.2.2 仅在预燃室内引入EGR
    4.3 本章小结
第五章 全文总结及展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：3794635