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油气参数对船用低速柴油机性能影响的数值研究
| 论文题名： | 油气参数对船用低速柴油机性能影响的数值研究 |
| 关键词： | 船用低速柴油机;数值模拟;扫气性能;涡流喷射;油气参数 |
| 摘要： | 由于化石能源的日益枯竭以及排放法规的日渐严苛，“节能减排”是摆在当今柴油机研究学者的一个重要课题。柴油机的燃烧过程对其经济性、排放性、稳定性有着重要的影响，具体涉及缸内气流组织、燃油喷射、复杂化学反应、火焰传播以及热量交换等复杂过程。这些过程主要受进排气、燃油喷射条件的影响。本文根据实验平台得到的关键数据，利用数值模拟的方法，深入了解喷油和进气条件对燃烧和排放的影响，从而改善油气混合的质量，优化柴油机燃烧系统。 本文以某船用低速二冲程柴油机为研究对象，利用CFD仿真软件Fluent对该柴油机缸内的喷油、燃烧、排气、扫气的循环过程进行了数值模拟。将仿真计算得到的缸内平均压力、温度曲线、指示功率与实验数据进行比对，发现结果较为吻合。基于物理模型的有效性，设计单参数和多参数两两匹配的的方案，研究了柴油机的扫气参数和喷射参数对缸内气体流动和后续燃烧及排放的影响。 其中，扫气参数包括扫气径向倾角，喷射参数包括喷射方向、喷孔数目。发现扫气径向倾角过小会导致缸内气体碰撞损失增大，但扫气性能以及缸内冷却效果会有相应地提高，同时缸内紊乱的气体流动状态也会造成气缸内下一循环燃烧剧烈，缸壁局部温度过高；扫气径向倾角过大会导致缸内中心残留废气增多，扫气性能较差，不利于燃烧。在喷孔流通面积不变的前提下，喷孔数目少，喷雾贯穿距更长，易发生撞壁现象；喷孔数目增加，在一定程度上可以促进油气混合质量的提高，但是油束之间的重叠效应增强，反而会降低燃烧的质量。单孔喷油器径向喷油角的研究发现，逆涡流喷射及径向喷油角度过小，均会使燃油受到缸内涡流场更大的阻力，进而在气缸中心区域积聚，燃烧不充分；顺涡流喷射时，径向喷油角过大，会导致燃油在气缸壁附近积累，也不利于燃烧。 最后，在扫气参数和喷油参数研究的基础上，对柴油机综合性能的提高进行了参数匹配。发现在扫气倾角径向为11.5°，径向喷油角为20.1°时，较原机型动力性提高16.1%，经济性提高14.8%，NO的排放性提高1.4%。 |
| 作者： | 王李甘 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 王红 |
| 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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