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船用高速柴油机燃烧与喷油特性优化研究
| 论文题名： | 船用高速柴油机燃烧与喷油特性优化研究 |
| 关键词： | 船用高速柴油机;燃油喷射系统;燃烧特性;喷油特性 |
| 摘要： | 在内燃机设计中，燃油喷射系统和缸内燃烧的匹配非常重要。燃油喷射系统的结构改变可以显著影响供油规律、缸内湍流、喷雾发展、油气混合以及燃烧等，从而进一步对动力性、经济性以及排放特性等指标产生影响。 本文以一台船用高速柴油机作为研究对象，对其燃油喷射系统喷油特性进行仿真计算分析，依据结构参数和喷油特性之间的定性规律设计出不同的燃油喷射系统结构双参数正交优化预案。使用三维CFD燃烧分析方法对不同优化预案的燃烧及排放特性作出仿真分析，从而凝练出有效的燃油喷射系统结构优化方案。 首先，本文利用AVL-hydsim软件搭建出该机型的一维燃油喷射系统计算模型，并通过仿真计算结果评估其喷油特性。根据燃油喷射系统的结构特点，分别调整了出油阀初始容积、高压油管直径、针阀弹簧预压缩量以及喷孔直径，并仿真得到了不同结构参数调整方案下的燃油喷射系统喷油特性及定性规律，为后续优化方案设计提供参考。 其次，本文分别利用GT-Power和AVL FIRE软件，搭建一维性能计算仿真和缸内三维燃烧仿真计算模块。一维性能仿真负责为缸内三维燃烧计算模型建立提供初始条件和边界条件。单缸机性能试验结果与缸内三维燃烧仿真结果对比，以此验证仿真计算模型的适应性。本文根据各个时间点缸内物理场以及污染物排放等仿真结果，对该型柴油机的燃烧及排放性能作出分析研究。 再者，本文分别针对供油正时和喷油方位制定了若干优化预案。此外，使用正交优化方法，对高压容积（高压油管和出油阀腔初始容积）和喷油器结构（针阀弹簧和喷孔直径）进行双参数耦合预案设计。根据各方案的hydsim仿真结果，对比各个参数对喷油特性的影响程度，并以循环喷油量±2％浮动以内为限定条件筛选出优化预案。 最后，针对各优化预案进行三维缸内燃烧仿真，得到各种燃油喷射系统结构优化方案下的缸内物理场分布以及污染物排放等计算结果。以污染物排放为重要评判标准，最终得到合适的燃油喷射系统结构优化改进方案。结果表明，D6方案仅通过扩大喷孔夹角的方式，使得NO生成量与原方案近乎持平的同时减小了65.40％的Soot排放。此外，该方案提升了经济性和动力性指标，指示油耗率减小了2.18％，指示功率相对增加2.21％。该结构优化方案对原有燃油系统改动较小，修改难度低，具有工程指导意义。 |
| 作者： | 于子宁 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 李晓波 |
| 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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