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基于加氢燃烧的船用柴油机性能仿真及优化研究
| 论文题名： | 基于加氢燃烧的船用柴油机性能仿真及优化研究 |
| 关键词： | 船用柴油机;数值模拟;进气加氢;进气加湿 |
| 摘要： | 面对石油资源消耗与环境污染两大问题，提高船用柴油机热效率并降低污染物排放迫在眉睫。为了实现可持续发展的目标，国家推出“双碳”战略，氢能也被应用在柴油机上。本文使用商业软件AVL-Fire构建了四冲程船用柴油机燃烧室模型，以数值模拟的方法，通过重整进气组分，研究了进气加氢、进气加湿、EGR对柴油机缸内燃烧和排放的影响。探寻了可以同时降低NOx和soot排放并保证柴油机热效率不降低的技术路线。 进气加氢采用能量守恒原则，保证进入缸内的燃料总低热值是不变的。研究结果表明，氢气加入后加快了燃料的热释放速率，滞燃期缩短。缸内温度和压力随氢能比增加而升高。喷油结束时刻提前使CA50前移。燃烧定容性变好可以增强工质的做功能力，指示功随之增加。喷油持续期缩短还改善了缸内燃空比分布，soot的最大生成量和最终排放量都降低。NOx排放由于缸内温度升高而增加。CO2排放由于喷油量减少而降低。 进气加湿和EGR通过稀释效应和热效应来降低缸内氧浓度和温度，进而影响柴油机燃烧和排放。水油比为150%或EGR率为19.8%时，NOx排放降低78.2%，该柴油机NOx排放低于IMOTierⅢ排放法规的要求。在NOx排放相同的情况下，对比了进气加湿和EGR对燃烧和排放影响的不同。与进气加湿相比，EGR的缸内氧浓度更低，燃料燃烧速度更慢。CA50推迟，指示功减少。soot和CO排放随水油比或EGR率的增加而升高。 进气加氢耦合进气加湿和EGR的数值模拟结果显示，进气加氢耦合进气加湿和EGR可以实现NOx和soot排放同时降低并且柴油机热效率不降低的目标。进气加湿和EGR可以大幅降低NOx排放，但是soot排放由于燃烧恶化而升高。进气加氢不仅可以升高缸内温度，加快soot的氧化速率，还能减少喷油量，从根源降低soot生成量。加氢后柴油机缸内压力升高、CA50前移增加了指示功。在soot排放降低、指示功增加的前提下，共有28个计算方案的NOx排放低于原机。其中进气加氢耦合进气加湿有18个计算方案，进气加氢耦合EGR有10个。如果使NOx排放低于IMOTierⅢ法规要求，有8个计算方案可以满足要求。其中进气加氢耦合进气加湿有7个计算方案，进气加氢耦合EGR则只有1个。 进气加氢耦合进气加湿在降低污染物排放和提高柴油机热效率两方面都要优于进气加氢耦合EGR。 |
| 作者： | 边治上 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 赵昌普;杨俊伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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