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船用LNG-柴油双燃料发动机燃烧过程模拟研究
| 论文题名： | 船用LNG-柴油双燃料发动机燃烧过程模拟研究 |
| 关键词： | 天燃气;双燃料发动机;喷射初始时刻;替代率;船舶工程 |
| 摘要： | 天然气燃料动力系统技术正成为航运业应对日益严格的排放法规以及实现可持续发展所采取的主要对策之一。目前我国内河船舶行业采取较广泛的方式是天然气-柴油双燃料发动机。初始条件以及两种燃料的喷射策略对发动机缸内燃烧过程具有显著的影响，对其进行研究以期为天然气-柴油双燃料发动机的性能优化提供理论参考。 双燃料发动机燃烧过程中，缸内混合气的流动与化学反应相互作用，并且在空间上温度和燃料浓度分布不均匀，为此，利用缸内燃烧多维模型更能精确地反映缸内燃料燃烧过程。本文利用FORTé软件，结合多组分柴油燃料化学反应动力学机理，建立双燃料发动机数值计算模型。根据Z6170型发动机台架试验数据，分别在50%负荷纯柴油燃烧模式、75%负荷纯柴油燃烧模式、75%负荷且75%替代率双燃料燃烧模式三种工况下，对比分析试验数据与模拟数据，进而对该模型进行验证。随后研究了在不同负荷工况下发动机初始条件和喷射策略对天然气-柴油双燃料发动机燃烧过程的影响情况。 模拟计算结果表明：在75%负荷且65%替代率工况下，缸内初始压力和初始温度对柴油喷射状态即燃料流动速度影响较大，燃料着火时刻随着缸内初始温度和压力的增大而提前，导致NOx、CO和未燃碳氢排放量的变化。最后根据发动机缸内燃烧特性以及排放特性综合分析可选择初始温度360 K和初始压力0.185 MPa作为较佳的工况运行条件。 不同负荷条件下，随着柴油喷射初始时刻的提前，缸内最高温度和压力随之升高，燃料着火时刻有所提前，导致燃烧后排放的NOx增多而CO减少。随着负荷的增加，缸内温度和压力有所升高，燃烧持续期有所增加，压力升高率和总耗油率减少。在不同负荷下，可选择较合适的柴油喷射初始角度是-24 oCA~-20 oCA，随着负荷的增加，最佳喷射初始角度有所提前；但是在100%负荷时，其反而稍有延迟即为-22 oCA。 在50%和75%负荷且替代率小于65%时，随着替代率的增加，缸内最高温度和压力升高，燃烧初始时刻推迟但燃烧重心时刻反而提前，导致燃料燃烧持续期随着替代率的增加而减少。NOx随之增多而CO先增大后再减少。而在大于65%替代率情况下，缸内燃烧状态较差。在100%负荷下，双燃料发动机应采取较低替代率，以此保证较好的燃烧和排放特性。 |
| 作者： | 谢倩 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 李格升;张尊华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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