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混燃天然气-柴油机燃烧与排放优化数值仿真
| 论文题名： | 混燃天然气-柴油机燃烧与排放优化数值仿真 |
| 关键词： | 天然气-柴油机;排放特性;EGR掺混比;天然气气替代率;燃烧特性 |
| 摘要： | 随着大气环境污染的日益加剧以及国际海事组织的相关法规的日益严格，控制破坏大气环境气体和温室气体排放的需求日益迫切，寻求降低船用发动机排放的措施成为重中之重。本文以船用中速增压4190型号柴油机改装成为的混燃天然气-柴油机为研究对象，利用AVL-BOOST软件以及AVL-FIRE软件构建混燃-天然气柴油机的三维缸内高压循环模型，探究不同负荷特性工况点下天然气替代率、EGR掺混比对发动机的燃烧特性、经济特性和排放特性的影响，以及对发动机的喷油时刻、EGR掺混比与天然气掺混比进行参数匹配研究。 首先，运用AUTO-CAD软件画出燃烧室二维外部轮廓线，并将之导入到AVL-FIRE软件中的ESE模块中，划分二维和三维网格，并为天然气-柴油混合燃料选择合适的化学反应机理文件，使之在FIRE软件中的气相反应模块中进行机理文件的耦合。然后设置了适当的初始条件、边界条件及子模块。最终通过缸压曲线仿真值与试验值比照验证了模型的准确性，从而建立天然气-柴油机三维缸内燃烧高压循环模型。 其次，选取天然气掺混比、EGR掺混比以及发动机不同负荷工况点三个参数，利用前文所建立的缸内燃烧模型对混燃天然气-柴油机的燃烧特性、排放特性及经济特性进行模拟研究，以求得到发动机在三参数的交互影响下的燃烧、排放与综合油耗的规律。其中额定工况时，天然气掺混比分别为50％、60％、70％、80％; EGR的掺混比为0％、10％、15％、20％;部分负荷时，天然气掺混比分别为50％、60％、70％，EGR的掺混比为0％、、10％。将之带入到仿真模型中进行计算，依据额定负荷下的二维结果、三维结果与部分负荷下二维结果的分析得出天然气掺混比、EGR掺混比在不同工况下对发动机缸内压力、温度、放热率、综合油耗率和NO、CO质量分数变化及缸内各物理场的影响规律。 最后，选取天然气掺混比、EGR掺混比以及喷油时刻三参数，基于正交设计方法安排试验仿真计算，应用模糊数学方法对仿真数据进行分析。在100％负荷以及50％负荷下，以降低发动机NOX排放和降低综合油耗率为综合优化目标，分别匹配所选参数，在不同工况点下，最终得到同时达到降低发动机NOX排放和降低综合油耗率目的的一组最优参数匹配，为混燃天然气-柴油机的设计与改造提供理论依据。 |
| 作者： | 孙思远 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 黄加亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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