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基于多喷油器的船用中速柴油机热效率优化研究
| 论文题名： | 基于多喷油器的船用中速柴油机热效率优化研究 |
| 关键词： | 船用中速柴油机;多喷油器;有效热效率 |
| 摘要： | 船用中速机广泛应用于各类舰船，提高船用中速机的有效热效率对降低能耗、减少温室气体排放有着重要意义。近年来提出一种新的燃油系统:多喷油器系统，即每缸安装两个或两个以上的喷油器，这个新型的燃油系统有望在改善燃烧方面提供三个优势:缩短燃油喷射时间，通过喷雾上游的空气的连续流动促进混合物的形成以及减少火焰对气缸壁附近的冲击从而减少壁面的热损失。但当前这种新型的燃油系统的研究大多基于车用发动机，应用于船用发动机的研究还没有发现。本文通过CFD仿真建模，对基于多喷油器系统的船用柴油机有效热效率进行了优化研究。 本文首先使用CFD软件Converge对船用中速柴油机进行三维建模，基于实验数据设定初始及边界条件，选择合适的子模型，并对喷雾贯穿距和柴油机不同工况下的缸压曲线进行了标定;然后，在单喷油器柴油机模型上，进行了参数优化工作，研究了改变喷油规律、喷油压力等变量对燃烧特性的影响;接着，在缸盖上加装两个侧喷油器，根据实际情况和计算结果先确定侧喷油器安装的位置以及喷孔的喷油角度，并在此基础上对喷油量配比进行优化;最后在已有的优化结果的基础上，研究了喷油策略和侧喷油器参数对燃烧特性的影响。研究结果表明:在单喷油器柴油机上增加喷油压力、利用多次喷射，均能在油气混合改善的同时，增大油束间和燃烧室中心区域空气的利用率;两者同时作用时，对燃烧的改善作用叠加，有效热效率提升2.8％。应用多喷油器系统时，燃烧倾向于集中在燃烧室的中心附近，相较于单喷油器柴油机，其燃烧室内的温度场分布更均匀，近壁面燃烧减少，有效地提高空气利用率并减少热损失;通过调整三个喷油器之间的喷油量的比例，缩短喷油时间，可以显著提高有效热效率。当三个喷油器的总喷射时间最短时（此时配比为4∶1∶1），热效率可提高1.26％，同时NOx可降低18.4％。在此基础上进行增大侧喷油器孔径与增加喷油压力的研究，结果发现，在当前喷油策略下，增大侧喷油器孔径加速喷油未能继续提升热效率;而当喷油压力增大到180MPa，有效热效率较原机提升2.85％，但NOx排放升高较多。 |
| 作者： | 郭映竹 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 刘龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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