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船用双燃料发动机工作过程仿真及性能优化
| 论文题名： | 船用双燃料发动机工作过程仿真及性能优化 |
| 关键词： | 船用微引燃双燃料发动机;燃烧边界条件;废气再循环系统;RCCI;喷射策略 |
| 摘要： | 近年来，石油能源危机与船舶排放法规的颁布，促进了船用发动机替代燃料的迅速发展，天然气以其优异的理化性质以及全球范围内储量丰富等优点，在众多替代燃料中备受关注，随着对气体发动机不断深入地研究，诞生了一系列与其相适应的新型燃烧模式。其中反应活性可控压燃(RCCI)燃烧模式以其对燃烧相位的有效控制而脱颖而出，成为近年来气体发动机燃烧领域的研究热点。 RCCI燃烧过程依赖于缸内化学反应动力学，所以其燃烧相位对引燃油喷射参数以及燃烧过程的边界条件比较敏感，同时存在工况拓展困难的情况。为此，本文通过计算流体力学(CFD)仿真技术，对RCCI燃烧模式进行燃烧及排放特性三维数值模拟研究。 首先对ACD320DF双燃料发动机进行燃烧室建模，导出燃烧室3D模型的STL文件。在CONVERGE软件中进行燃烧室结构标定以及网格划分，依据一维模型的计算结果设置燃烧的初始条件，根据发动机运行参数完成计算模型的初始化，根据试航报告数据验证模型的有效性，为后续研究搭建了仿真平台。然后在仿真平台上，对双燃料(DF)发动机在RCCI燃烧模式下的进气特性和喷油特性进行了参数化研究，掌握影响燃烧过程的因素及其影响规律。最后针对低负荷时缸内UCH、CO排放问题提出了热废气再循环(H-EGR)进气策略，针对大负荷时缸内工作粗暴，燃烧不稳定情况提出了早喷耦合EGR(E-EGR)喷油策略，以实现发动机的多负荷下高效清洁运行。 研究表明，RCCI燃烧模式对进气特性以及EGR率十分敏感，缸内燃烧着火时刻、压力、温度及排放都随着缸内初始热力学条件的改变有较大变化。通过对进气温度（IT）、进气压力（IP）、EGR率的参数化分析，可以为增压器、中冷器的匹配提供数据支撑，同时为控制策略提供理论依据。H-EGR策略(40%EGR率耦合311KIT)可以有效解决低负荷时UCH、CO排放较高的问题。引燃油喷射参数对双燃料发动机缸内燃烧及排放的影响同样很明显，合理的安排引燃油喷射参数可以有效控制缸内燃烧相位，早喷策略(25℃ABTDC)耦合40%EGR率的喷射策略可以有效控制高负荷下燃烧不稳定情况，在小幅度牺牲排放性能的前提下实现发动机平稳运行。 |
| 作者： | 张宝中 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 林叶锦 |
| 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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