船用双燃料发动机性能与排放的仿真与优化

发布时间：2017-09-11 21:49

  本文关键词：船用双燃料发动机性能与排放的仿真与优化

  更多相关文章： 双燃料 柴油机 过量空气系数 废气再循环 米勒循环

【摘要】：柴油/天然气双燃料发动机相对于纯柴油发动机的燃料经济性和排放都得到了改善,但是,纯柴油发动机的部分结构参数并不能很好的匹配双燃料燃烧模式,使得燃料经济性和排放特性未能达到预期的效果,针对此问题本文对双燃料发动机进行了性能仿真研究,提出相关的优化改进措施。双燃料的燃烧包含柴油的扩散燃烧、天然气的预混合燃烧以及柴油和天然气的混合燃烧,燃烧过程十分复杂。目前现有的性能仿真软件都没有完善的双燃料燃烧模型,而本文以GT-POWER 7.3多燃料预测燃烧模型“DIJet”为基础,并经过大量实验数据修正,建立R6160双燃料发动机整机模型,经过标定的各项性能参数均在5%的仿真误差限内,证明了整机模型的可靠性。基于标定好的模型,研究了天然气替代率、喷油正时以及过量空气系数对双燃料发动机性能与排放的影响。研究表明:运行在高的天然气替代率下,可以改善整机燃油经济性和NOx排放特性;推迟喷油3度曲轴转角,可以使双燃料燃烧模式发动机NOx排放得到优化;过量空气系数对双燃料发动机影响比较大,尤其在低负荷工况下,需要较低的过量空气系数来改善发动机燃烧,使综合燃油消耗率下降。为了进一步改善双燃料发动机NOx排放,本文对废气再循环(Exhaust Gas Recirculation)和米勒循环(Miller cycle)进行了仿真研究。研究表明:在中高负荷工况下,使用较低的EGR率可以降低NOx排放;在低负荷工况下,使用高的EGR率来改善NOx排放,但燃油消耗率上升;进气提前关米勒循环相对于进气推迟关能够获得更好的效果,提前关闭42度曲轴转角可以获得最佳效果。
【关键词】：双燃料 柴油机 过量空气系数 废气再循环 米勒循环
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 引言12
• 1.2 柴油/天然气双燃料发动机研究背景12-21
• 1.2.1 天然气发动机的分类13-15
• 1.2.2 排放法规15-16
• 1.2.3 气体燃料供给系统16-19
• 1.2.4 双燃料燃烧特性研究19-21
• 1.3 废气再循环技术21-22
• 1.4 米勒循环技术22-23
• 1.5 主要研究内容与意义23-26
• 第二章 R6160发动机仿真模型的建立与标定26-49
• 2.1 发动机燃烧模型26-29
• 2.2 R6160涡轮增压发动机结构参数29-33
• 2.2.1 一般结构参数30
• 2.2.2 进排气系统数据30-31
• 2.2.3 涡轮增压系统数据31-33
• 2.3 发动机仿真模型的建立与标定33-48
• 2.3.1 环境模块33-34
• 2.3.2 管路模块34
• 2.3.3 喷油器模块34
• 2.3.4 气缸模块34-46
• 2.3.5 R6160涡轮增压双燃料发动机的模型标定46-48
• 2.4 本章小结48-49
• 第三章 双燃料发动机性能与排放优化分析49-71
• 3.1 双燃料替代率对发动机性能及排放的影响49-58
• 3.1.1 替代率对发动机滞燃期的影响49-51
• 3.1.2 天然气替代率对发动机缸压和放热率的影响51-52
• 3.1.3 天然气替代率对发动机燃烧持续期的影响52-53
• 3.1.4 天然气替代率对发动机NOx和Soot排放的影响53-54
• 3.1.5 天然气替代率对发动机综合燃油消耗率的影响54-58
• 3.2 喷油正时对发动机性能及排放的优化58-63
• 3.2.1 喷油正时对发动机缸压和放热率的影响59
• 3.2.2 喷油正时对发动机NOx和Soot排放的影响59-60
• 3.2.3 喷油正时对发动机综合燃油消耗率的影响60-61
• 3.2.4 喷油正时对发动机最大压升率和燃烧持续期的影响61-63
• 3.2.5 喷油正时对发动机涡前排温的影响63
• 3.3 过量空气系数对双燃料发动机性能及排放的影响63-67
• 3.3.1 过量空气系数对发动机气缸压力和放热率的影响63-64
• 3.3.2 过量空气系数对发动机NOx和Soot排放的影响64-65
• 3.3.3 过量空气系数对双燃料发动机燃油消耗率的影响65-66
• 3.3.4 过量空气系数对双燃料发动机最大压升率的影响66
• 3.3.5 过量空气系数对双燃料发动机气缸燃烧温度的影响66-67
• 3.3.6 过量空气系数对双燃料发动机涡前排温的影响67
• 3.4 船用双燃料发动机的动态仿真67-69
• 3.4.1 动态仿真模型建立67-68
• 3.4.2 纯柴油和双燃料模式切换动态仿真68-69
• 3.5 本章小结69-71
• 第四章 废气再循环和米勒循环技术的仿真与优化71-85
• 4.1 EGR对发动机性能及排放的影响71-76
• 4.1.1 EGR对发动机气缸压力和放热率的影响72-73
• 4.1.2 EGR对发动机NOx排放的影响73-74
• 4.1.3 EGR对发动机综合燃油消耗率的影响74
• 4.1.4 EGR对发动机滞燃期的影响74-75
• 4.1.5 EGR对发动机最大压升率的影响75-76
• 4.2 米勒循环对双燃料发动机性能及排放的影响76-84
• 4.2.1 米勒循环对发动机燃烧过程的影响79-80
• 4.2.2 米勒循环对发动机NOx和Soot排放的影响80-81
• 4.2.3 米勒循环对发动机综合燃油消耗率的影响81-83
• 4.2.4 米勒循环对发动机气缸燃烧温度的影响83-84
• 4.3 本章小结84-85
• 第五章 全文总结与展望85-87
• 5.1 全文总结85-86
• 5.2 工作展望86-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-92
• 攻读学位期间发表的学术论文92

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本文编号：833268