LNG重整气/柴油发动机燃烧和排放性能研究
发布时间：2023-11-12 14:26
为进一步提高船舶发动机燃烧特性和排放特性,利用船舶柴油机的动力性、LNG的环保性和LNG重整气燃烧热值比LNG高的优势,LNG重整气/柴油双燃料发动机得到发展。本文用正庚烷/甲苯作为柴油燃料模拟的替代物,构建了LNG重整气/柴油反应机理包括NOX生成机理。应用HSC分析了在不同温度、压力、水碳比下的甲烷水蒸气重整反应,实现了LNG重整气制备。应用chemkin-pro研究了不同替代率、进气温度、进气压力、当量比、转速、EGR率和压缩比等参数对双燃料发动机缸内的温度、压力和NOX、CO等污染物的影响。最后,分析了以LNG重整气/柴油为燃料的内燃机的热机效率、指示功率和燃CH4消耗量。结果表明:(1)正庚烷中添加甲苯能更好的模拟柴油。(2)验证了构建机理的有效性,能更好的模拟真实燃烧过程。(3)甲烷水蒸气重整反应在高温、低压转化率高,高水碳比下甲烷转化率提高但水蒸气增多。当T=700℃、P=1atm和水碳比K=3时,甲烷的转化率为96.99%,甲烷热值提高了22.48%,同等供热情况下燃CH4消耗量降低了18.35%。(4)...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 课题研究背景及意义
1.2 LNG船舶动力研究
1.3 双燃料发动机的优、缺点
1.4 LNG作为船舶替代燃料的的研究现状
1.4.1 化学反应机理在船舶发动机上的研究现状
1.4.2 LNG重整气在船舶发动机上的研究现状
1.4.3 柴油替代物化学反应动力学机理的研究现状
1.5 论文框架及技术路线和创新点
1.5.1 论文框架及技术路线图
1.5.2 本论文创新点
1.6 本章小结
第二章 基础理论分析
2.1 研究热力学基础
2.1.1 Chemkin-pro热力学基础
2.1.2 HSC基础
2.2 化学反应动力学研究
2.2.1 化学反应动力学基本原理
2.2.2 化学反应动力学反应速率敏感性分析
2.3 LNG/柴油双燃料发动机内燃机计算模型
2.3.1 船舶柴油机工作过程
2.3.2 HCCI计算模型
2.4 本研究涉及软件
2.4.1 Chemkin-pro软件
2.4.2 HSC软件
2.5 船舶柴油机NOX、CO排放物的生成机理
2.5.1 NO和NO2排放物的生成机理
2.5.2 CO排放物的生成机理
2.6 本章小结
第三章 构建混合燃料反应机理及制备LNG重整气
3.1 构建新的LNG重整气/柴油混合燃料替代物反应机理
3.2 反应机理有效性分析
3.2.1 反应机理着火延迟验证
3.2.2 反应机理内燃机燃烧压力、放热量参数验证
3.3 甲烷水蒸汽重整(SRM)反应
3.3.1 温度对SRM反应的影响
3.3.2 压力对SRM反应的影响
3.3.3 水碳比对SRM反应的影响
3.3.4 重整反应后甲烷热值理论计算
3.4 本章小结
第四章 LNG重整气/柴油双燃料发动机燃烧和排放模拟
4.1 内燃机气缸燃烧过程分析
4.1.1 燃烧过程
4.1.2 部分主要中间产物产量变化
4.1.3 NOX和CO的反应速率分析
4.2 替代率对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.2.1 替代率对缸内温度和压力的影响
4.2.2 替代率对缸内NOX和CO排放的影响
4.3 进气温度对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.3.1 进气温度对缸内温度和压力的影响
4.3.2 进气温度对缸内NOX和CO排放的影响
4.4 进气压力对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.4.1 进气压力对缸内温度和压力的影响
4.4.2 进气压力对缸内NOX和CO排放的影响
4.5 当量比对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.5.1 当量比对缸内温度和压力的影响
4.5.2 当量比对缸内NOX和CO排放的影响
4.6 转速对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.6.1 转速对缸内温度和压力的影响
4.6.2 转速对缸内NOX和CO排放的影响
4.7 EGR率对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.7.1 EGR率对缸内温度和压力的影响
4.7.2 EGR率对缸内NOX和CO排放的影响
4.8 压缩比对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.8.1 压缩比对缸内温度和压力的影响
4.8.2 压缩比对缸内NOX和CO排放的影响
4.9 本章小结
第五章 燃料性能分析
5.1 不同替代率下的热机效率分析
5.1.1 热机效率理论分析及烃化物发光机理
5.1.2 热机效率理论计算
5.1.3 模拟与理论计算结果分析
5.2 不同替代率下的指示功率分析
5.3 不同当量比燃CH4消耗量对比
5.4 本章小结
全文总结及工作展望
参考文献
附录
致谢
在读期间发表的学术论文及研究成果
本文编号：3863337
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 课题研究背景及意义
1.2 LNG船舶动力研究
1.3 双燃料发动机的优、缺点
1.4 LNG作为船舶替代燃料的的研究现状
1.4.1 化学反应机理在船舶发动机上的研究现状
1.4.2 LNG重整气在船舶发动机上的研究现状
1.4.3 柴油替代物化学反应动力学机理的研究现状
1.5 论文框架及技术路线和创新点
1.5.1 论文框架及技术路线图
1.5.2 本论文创新点
1.6 本章小结
第二章 基础理论分析
2.1 研究热力学基础
2.1.1 Chemkin-pro热力学基础
2.1.2 HSC基础
2.2 化学反应动力学研究
2.2.1 化学反应动力学基本原理
2.2.2 化学反应动力学反应速率敏感性分析
2.3 LNG/柴油双燃料发动机内燃机计算模型
2.3.1 船舶柴油机工作过程
2.3.2 HCCI计算模型
2.4 本研究涉及软件
2.4.1 Chemkin-pro软件
2.4.2 HSC软件
2.5 船舶柴油机NOX、CO排放物的生成机理
2.5.1 NO和NO2排放物的生成机理
2.5.2 CO排放物的生成机理
2.6 本章小结
第三章 构建混合燃料反应机理及制备LNG重整气
3.1 构建新的LNG重整气/柴油混合燃料替代物反应机理
3.2 反应机理有效性分析
3.2.1 反应机理着火延迟验证
3.2.2 反应机理内燃机燃烧压力、放热量参数验证
3.3 甲烷水蒸汽重整(SRM)反应
3.3.1 温度对SRM反应的影响
3.3.2 压力对SRM反应的影响
3.3.3 水碳比对SRM反应的影响
3.3.4 重整反应后甲烷热值理论计算
3.4 本章小结
第四章 LNG重整气/柴油双燃料发动机燃烧和排放模拟
4.1 内燃机气缸燃烧过程分析
4.1.1 燃烧过程
4.1.2 部分主要中间产物产量变化
4.1.3 NOX和CO的反应速率分析
4.2 替代率对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.2.1 替代率对缸内温度和压力的影响
4.2.2 替代率对缸内NOX和CO排放的影响
4.3 进气温度对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.3.1 进气温度对缸内温度和压力的影响
4.3.2 进气温度对缸内NOX和CO排放的影响
4.4 进气压力对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.4.1 进气压力对缸内温度和压力的影响
4.4.2 进气压力对缸内NOX和CO排放的影响
4.5 当量比对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.5.1 当量比对缸内温度和压力的影响
4.5.2 当量比对缸内NOX和CO排放的影响
4.6 转速对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.6.1 转速对缸内温度和压力的影响
4.6.2 转速对缸内NOX和CO排放的影响
4.7 EGR率对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.7.1 EGR率对缸内温度和压力的影响
4.7.2 EGR率对缸内NOX和CO排放的影响
4.8 压缩比对内燃机气缸燃烧过程的影响
4.8.1 压缩比对缸内温度和压力的影响
4.8.2 压缩比对缸内NOX和CO排放的影响
4.9 本章小结
第五章 燃料性能分析
5.1 不同替代率下的热机效率分析
5.1.1 热机效率理论分析及烃化物发光机理
5.1.2 热机效率理论计算
5.1.3 模拟与理论计算结果分析
5.2 不同替代率下的指示功率分析
5.3 不同当量比燃CH4消耗量对比
5.4 本章小结
全文总结及工作展望
参考文献
附录
致谢
在读期间发表的学术论文及研究成果
本文编号：3863337
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