天然气喷射方向与正时对双燃料发动机的燃烧性能影响研究
发布时间：2020-12-22 18:43
如今,随着环境污染和能源危机等问题日益严重,排放法规越加的严格,使用成本低廉、清洁安全的天然气替代传统柴油作为船舶的的主要燃料成为最新的发展趋势。但是以天然气作为主要燃料存在着混合气火焰传播速度慢,充气效率低等问题。因此,研究如何喷射天然气能够在发动机压缩阶段结束时形成有利于天然气快速燃烧与火焰传播的天然气分布是双燃料发动机领域一大研究热点。喷气方向与喷气正时直接影响天然气在缸内的分布情况。本文针对某型号柴油/天然气双燃料发动机,使用三维数值模拟的方法对发动机的进气,压缩,燃烧阶段的影响进行了研究,旨在改善双燃料发动机的动力性,经济性与排放性。本文设计了4种天然气喷射方向方案,分别为0度,30度,45度,90度四种喷气方向。详细研究了不同喷气方向对发动机各个阶段的影响。选择合适的燃气喷射方向,会使天然气的分布更有利于提高发动机的燃烧性能,使发动机内的各个流场向着更有利于天然气燃烧的情形发展,从而提升发动机的性能。对于该型号双燃料发动机,在100%负荷工况时,选择90度喷气方向最有利于天然气的快速燃烧,燃烧过程中缸内峰值温度压力较原机分别提升了5.7%与12.5%,但是相应的NO的排放升...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
013年能源消耗结构
3图1.2.石油与煤炭的开采除了能源的紧缺，柴油发动机每年都会排放大量有害物质，排放物中包含HC，CO2，NOx，和PM等物质，当这些物质排放到大气后，会形成一系列问题，对人类社会的展，人们的生活环境，以及健康产生一系列的影响。排放物中的CO进入人体后会使人体缺氧，大脑与中枢神经系统功能衰退，轻则头痛昏厥重则死亡。排放物中NOX的危害最大，无色无味，环境质量报告显示，我国很多城市的NOX浓度已经严重超标，排放物中的NOx是严重的致癌物质,人们如果长期处于仅仅是低浓度NO污染状态下的环境中，就会引发呼吸道感染，慢性支气管，肺结核等疾病[23]。排放物中的SO2会引起酸雨，对建筑，农业，工业有很大的影响，碳烟的危害性更不用多说，近年来有关雾霾的报道屡见不鲜，雾霾的天气叫人触目惊心，对人们的呼吸系统造成巨大损伤[24]。与此同时，排放法规也愈加的严格，国家严格限制发动机排放物中各种污染物的最大允许排放量。自2011年开始，在IMO的缔约国的海域内将启用更加严格的TierII排放法规。该法规的NOx最大排放量比原来2000年的颁布的TierI的允许排放量降低18%。2016年颁布的TierIII阶段法规，NOx排放的极限（ECA地区）排放量比TierI阶段下调80%以上[25-29]。表1.1NOx的排放限制额定转速n/(r/min)n<130130≤n≤2000n>2000TierI(2000)/g/(KW.h)17.045×n-0.29.84TierII(2011)/g/(KW.h)14.3644×n-0.237.66TierIII(2016)/g/(KW.h)非ECA14.3644×n-0.237.66TierIII(2016)/g/(KW.h)ECA3.049×n-0.21.97
9位置对应的燃烧发光强度，从侧面验证了不同喷射位置对发动机特性的影响[50]。如图1.4所示图1.4天然气不同喷射位置示意图吉林大学的王聘玺在一台柴油机的进气道中安装压缩天然气喷嘴，如图1.5所示。通过AVLFIRE软件对该喷嘴的安装位置进行研究，改变喷嘴节点和进气阀门的距离，压缩天然气的安装角度，压缩天然气的喷嘴直径以及喷射压力。根据涡流比，流量系数结果以及3D截图分析这些参数对天然气/柴油双燃料发动机的影响。研究结果表明当进气阀距离进气道与阀门间距为10mm，天然气喷射角度为73°CA，天然气喷射压力0.15MPa，天然气喷嘴直径为0.33mm时，该型号的天然气/柴油双燃料的进气性能最好[51]。1发动机进气歧管2CNG接长喷射位置3安装平台4进气阀门5气缸6喷嘴节点与进气阀门间距8CNG喷射压力图1.5CNG喷嘴位置安装示意图吉林大学的余小草通过多种角度研究了进气位置和喷气正时对重型点燃式天然气发动机的性能影响，研究发现随着喷气正时的延后，燃烧室内的天然气混合气分布会由上稀下浓逐渐转变为上浓下稀，并且峰值压力会越来越高，但是喷气位置对天然气混合气分布与缸内湍动能影响不大。I.Y.Ohm经过一系列研究发现：在较强的进气涡流情况下，在进气冲程结束时天然气进入气缸内，当压缩开始时，天然气在气缸上部沿气缸外侧分布。在压缩冲程中由于
【参考文献】：
期刊论文
[1]直喷内燃机高压喷雾碰壁模型的开发[J]. 邓鹏,韩志玉. 内燃机学报. 2016(01)
[2]世界能源发展趋势及对我国能源革命的启示[J]. 张玉卓,蒋文化,俞珠峰,李全生,张军. 中国工程科学. 2015(09)
[3]天然气发动机应用研究进展[J]. 邵奇,王宁,闫立贺. 当代化工. 2015(07)
[4]天然气低NO_x燃烧技术研究及应用[J]. 彭乾冰,钱广华. 石油石化节能与减排. 2015(03)
[5]全国机动车污染物排放量——《2013年中国机动车污染防治年报》(第Ⅱ部分)[J]. 黄志辉,陈伟程,吉喆,尹航,马冬. 环境与可持续发展. 2014(01)
[6]基于AVL FIRE的发动机进气道三维流场数值模拟研究[J]. 徐鹏,关世玺,朱铭. 内燃机. 2013(06)
[7]当前世界石油资源与世界石油经济格局演化[J]. 闫锐,乔文瑄. 经营管理者. 2012(14)
[8]国内外双燃料发动机发展状况分析[J]. 彭雪竹. 船舶物资与市场. 2012(03)
[9]CFD辅助发动机进气管的研究[J]. 窦昊,何云信,谢文尚,陈晖. 装备制造技术. 2010(04)
[10]LNG船推进系统动态性能建模与仿真[J]. 黄彬,邰能灵,王江海. 电机技术. 2009(04)
博士论文
[1]喷雾碰壁模型及柴油机冷起动的数值研究[D]. 邓鹏.湖南大学 2016
[2]燃烧边界条件对车用重型天然气发动机燃烧及排放的影响[D]. 余小草.吉林大学 2013
[3]核心边界条件对柴油机燃烧的影响及优化[D]. 金华玉.吉林大学 2008
[4]内燃机燃烧模拟理论与应用研究[D]. 孙俊.武汉理工大学 2008
[5]生物制气—柴油双燃料发动机燃烧试验与模拟[D]. 梁昱.江苏大学 2007
硕士论文
[1]米勒循环天然气发动机工作过程仿真与优化研究[D]. 杨成.吉林大学 2013
[2]CNG/柴油双燃料发动机进气道优化设计研究[D]. 王聘玺.吉林大学 2012
[3]船舶发动机天然气应用的关键技术研究[D]. 马志超.武汉理工大学 2012
[4]点火时刻和喷气时刻对天然气发动机性能的影响[D]. 王东芹.吉林大学 2009
[5]发动机气缸盖内复杂流动与传热的仿真研究[D]. 戴鑫鑫.北京交通大学 2008
[6]两用燃料发动机性能研究及燃气供给系统优化[D]. 卞轶旻.浙江大学 2008
本文编号：2932235
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
013年能源消耗结构
3图1.2.石油与煤炭的开采除了能源的紧缺，柴油发动机每年都会排放大量有害物质，排放物中包含HC，CO2，NOx，和PM等物质，当这些物质排放到大气后，会形成一系列问题，对人类社会的展，人们的生活环境，以及健康产生一系列的影响。排放物中的CO进入人体后会使人体缺氧，大脑与中枢神经系统功能衰退，轻则头痛昏厥重则死亡。排放物中NOX的危害最大，无色无味，环境质量报告显示，我国很多城市的NOX浓度已经严重超标，排放物中的NOx是严重的致癌物质,人们如果长期处于仅仅是低浓度NO污染状态下的环境中，就会引发呼吸道感染，慢性支气管，肺结核等疾病[23]。排放物中的SO2会引起酸雨，对建筑，农业，工业有很大的影响，碳烟的危害性更不用多说，近年来有关雾霾的报道屡见不鲜，雾霾的天气叫人触目惊心，对人们的呼吸系统造成巨大损伤[24]。与此同时，排放法规也愈加的严格，国家严格限制发动机排放物中各种污染物的最大允许排放量。自2011年开始，在IMO的缔约国的海域内将启用更加严格的TierII排放法规。该法规的NOx最大排放量比原来2000年的颁布的TierI的允许排放量降低18%。2016年颁布的TierIII阶段法规，NOx排放的极限（ECA地区）排放量比TierI阶段下调80%以上[25-29]。表1.1NOx的排放限制额定转速n/(r/min)n<130130≤n≤2000n>2000TierI(2000)/g/(KW.h)17.045×n-0.29.84TierII(2011)/g/(KW.h)14.3644×n-0.237.66TierIII(2016)/g/(KW.h)非ECA14.3644×n-0.237.66TierIII(2016)/g/(KW.h)ECA3.049×n-0.21.97
9位置对应的燃烧发光强度，从侧面验证了不同喷射位置对发动机特性的影响[50]。如图1.4所示图1.4天然气不同喷射位置示意图吉林大学的王聘玺在一台柴油机的进气道中安装压缩天然气喷嘴，如图1.5所示。通过AVLFIRE软件对该喷嘴的安装位置进行研究，改变喷嘴节点和进气阀门的距离，压缩天然气的安装角度，压缩天然气的喷嘴直径以及喷射压力。根据涡流比，流量系数结果以及3D截图分析这些参数对天然气/柴油双燃料发动机的影响。研究结果表明当进气阀距离进气道与阀门间距为10mm，天然气喷射角度为73°CA，天然气喷射压力0.15MPa，天然气喷嘴直径为0.33mm时，该型号的天然气/柴油双燃料的进气性能最好[51]。1发动机进气歧管2CNG接长喷射位置3安装平台4进气阀门5气缸6喷嘴节点与进气阀门间距8CNG喷射压力图1.5CNG喷嘴位置安装示意图吉林大学的余小草通过多种角度研究了进气位置和喷气正时对重型点燃式天然气发动机的性能影响，研究发现随着喷气正时的延后，燃烧室内的天然气混合气分布会由上稀下浓逐渐转变为上浓下稀，并且峰值压力会越来越高，但是喷气位置对天然气混合气分布与缸内湍动能影响不大。I.Y.Ohm经过一系列研究发现：在较强的进气涡流情况下，在进气冲程结束时天然气进入气缸内，当压缩开始时，天然气在气缸上部沿气缸外侧分布。在压缩冲程中由于
【参考文献】：
期刊论文
[1]直喷内燃机高压喷雾碰壁模型的开发[J]. 邓鹏,韩志玉. 内燃机学报. 2016(01)
[2]世界能源发展趋势及对我国能源革命的启示[J]. 张玉卓,蒋文化,俞珠峰,李全生,张军. 中国工程科学. 2015(09)
[3]天然气发动机应用研究进展[J]. 邵奇,王宁,闫立贺. 当代化工. 2015(07)
[4]天然气低NO_x燃烧技术研究及应用[J]. 彭乾冰,钱广华. 石油石化节能与减排. 2015(03)
[5]全国机动车污染物排放量——《2013年中国机动车污染防治年报》(第Ⅱ部分)[J]. 黄志辉,陈伟程,吉喆,尹航,马冬. 环境与可持续发展. 2014(01)
[6]基于AVL FIRE的发动机进气道三维流场数值模拟研究[J]. 徐鹏,关世玺,朱铭. 内燃机. 2013(06)
[7]当前世界石油资源与世界石油经济格局演化[J]. 闫锐,乔文瑄. 经营管理者. 2012(14)
[8]国内外双燃料发动机发展状况分析[J]. 彭雪竹. 船舶物资与市场. 2012(03)
[9]CFD辅助发动机进气管的研究[J]. 窦昊,何云信,谢文尚,陈晖. 装备制造技术. 2010(04)
[10]LNG船推进系统动态性能建模与仿真[J]. 黄彬,邰能灵,王江海. 电机技术. 2009(04)
博士论文
[1]喷雾碰壁模型及柴油机冷起动的数值研究[D]. 邓鹏.湖南大学 2016
[2]燃烧边界条件对车用重型天然气发动机燃烧及排放的影响[D]. 余小草.吉林大学 2013
[3]核心边界条件对柴油机燃烧的影响及优化[D]. 金华玉.吉林大学 2008
[4]内燃机燃烧模拟理论与应用研究[D]. 孙俊.武汉理工大学 2008
[5]生物制气—柴油双燃料发动机燃烧试验与模拟[D]. 梁昱.江苏大学 2007
硕士论文
[1]米勒循环天然气发动机工作过程仿真与优化研究[D]. 杨成.吉林大学 2013
[2]CNG/柴油双燃料发动机进气道优化设计研究[D]. 王聘玺.吉林大学 2012
[3]船舶发动机天然气应用的关键技术研究[D]. 马志超.武汉理工大学 2012
[4]点火时刻和喷气时刻对天然气发动机性能的影响[D]. 王东芹.吉林大学 2009
[5]发动机气缸盖内复杂流动与传热的仿真研究[D]. 戴鑫鑫.北京交通大学 2008
[6]两用燃料发动机性能研究及燃气供给系统优化[D]. 卞轶旻.浙江大学 2008
本文编号：2932235
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