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船用二冲程柴油机排放控制技术仿真研究
| 论文题名： | 船用二冲程柴油机排放控制技术仿真研究 |
| 关键词： | 船用二冲程柴油机;NOX排放;废气再循环;响应面分析法;遗传算法 |
| 摘要： | 经济全球化下，航运业对于世界贸易作出了杰出贡献，但是船舶主机的排放污染物对于环境造成的破坏不可忽视。二冲程柴油机作为大型船舶的主动力装置，因其功率大、维修方便、可靠性高等优点，被广泛使用。国际海事组织（InternationalMaritimeOrganization，IMO）制定的排放法规，对NOX排放的要求越来越严格。控制NOX排放和提高发动机性能方法主要有先进的缸内燃烧技术和后处理技术。而缸内燃烧技术因成本低，易于实现，对发动机改造较小，是国内外学者研究的热点。 本文以GT-POWER软件为建模工具，对MAN7S80ME主机进行数值模拟研究。采用GT-POWER的DI-Pulse燃烧预测模型，通过合理的假设以及参数标定，建立MAN7S80ME主机的一维仿真模型。确定模型的准确性以及可行性之后，探究废气再循环（EGR）、米勒循环和进气加湿（HAM）对其排放及油耗的影响。以降低NOX排放为主要目的，寻找采用单独排放控制技术下的最优工况点。结果表明，单独使用米勒循环或进气加湿措施难以将NOX排放降低到符合TierⅢ标准而单独采用废气再循环（EGR）技术可以将NOX排放降低到符合TierⅢ标准。 在此基础上进一步探讨EGR、米勒循环及HAM结合使用满足TierⅢ标准的技术方案。利用响应面法，控制EGR率、米勒循环程度、进气加湿水油比的变化范围分别在0%-30%；M0-M25；W=0-W=2.0，建立响应面模型，对发动机仿真模型使用响应面设计方法进行多目标优化。在尽量不提升油耗的前提下，优化的主要目标设置为降低NOX排放。优化结果表明，当EGR率、米勒循环程度和进气加湿水油比分别为20%，M15，W=0.98时，功率、油耗率、NOX排放分别改变了-5.34%，6.31%，-76.93%。 基于响应面法建立的近似模型，以NOX排放和油耗率的极小化为目标，以发动机功率和燃烧爆发压力为约束条件，以EGR率、米勒循环程度和进气加湿程度为设计变量，采用NSGA-Ⅲ算法对发动机进行多目标优化。优化结果表明，当EGR率、米勒循环程度和进气加湿水油比分别17%，M4，W=1.04时，功率、油耗率、NOX排放分别改变了-5.89%，6.28%，-88.56%。比较两种优化方法，遗传算法的优化方案使发动机满足TierⅢ排放标准的同时动力性和燃油经济性损失更小。 |
| 作者： | 王关杰 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 甘辉兵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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