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燃烧室结构和进气条件对船用柴油机燃烧和排放影响的数值模拟研究
| 论文题名： | 燃烧室结构和进气条件对船用柴油机燃烧和排放影响的数值模拟研究 |
| 关键词： | 船用柴油机;燃烧室结构;数值模拟;进气条件;燃烧性能;排放性能 |
| 摘要： | 随着能源危机和环境恶化的加剧，船用柴油机的排放法规也愈加严格，尤其体现在MARPO L公约对氮氧化物排放量的限制方面，因此在不损害发动机动力输出的情况下，如何降低柴油机的 NOx排放成为一个研究热点。柴油机燃烧室结构对于缸内的气流运动和混合气形成有着显著影响，关系到柴油机的高效燃烧和清洁排放，因此缸内燃烧优化是决定 NOx排放的根本因素。本文利用模拟手段进行了燃烧室结构和进气条件对缸内燃烧和排放的优化研究。 以一款六缸增压中冷船用柴油机为原型，利用CONVERGE软件建立三维实体和网格模型，以此来探索燃烧室结构、进气增压、EGR和进气门关闭正时（IVCT）对船用柴油机燃烧、性能和排放的影响。设计了五种燃烧室结构，其中三种缩口结构，重点探究缩口结构在中等缸径船用柴油机上的适用性。 研究结果表明，缩口结构和燃油油束动能的双重效应能够强化缸内紊流，促进油气混合，提高预混燃烧比例和扩散燃烧速率，实现快速燃烧。缩口结构燃烧室的 CA50较小，燃烧等容度较高，其中径深比和缩口率越小，缸压峰值越大，指示功率和 NOx排放量越高，而 soot排放越低。随着进气增压度的增加，缸压峰值显著增加，缩口结构燃烧室的缸压峰值相位提前，原机缸压峰值相位推迟；原机的 NOx和 soot排放分别呈现先降低后增加和先增加后降低的变化趋势，在进气压力为3.91 bar时，缩口率和径深比最小的燃烧室（G5）的NOx和soot排放略高于原机。通过性能和排放的对比结果可知，采用恰当的缩口结构燃烧室能够实现高性能和低排放的目标。 随着IVCT推迟和EGR率增加，燃油滞燃期延长，缸内最高燃烧压力和NOx排放不断降低。推迟10° CA的IVCT策略对降低缸内最高燃烧压力的效应优于20％的EGR率策略，而IVC T推迟对NOx排放降低的效应则不如增加EGR率显著。随着EGR率增加，由于燃烧室结构对滞燃期、涡流和挤流的影响，原机和燃烧室G5的缸内soot瞬时含量峰值呈现相反的变化趋势。耦合进气增压、EGR和IVC T后，燃烧室G5能够在保持最高燃烧压力略有增加的前提下，显著降低缸内 NOx排放，并提高指示功率。从高性能和低 NOx排放的角度分析，缩口结构燃烧室在中等缸径船用柴油机上具有较好的的适用性。 |
| 作者： | 于刚 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 赵昌普 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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