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基于Otto循环的船用低速双燃料发动机燃烧与排放性能研究
| 论文题名： | 基于Otto循环的船用低速双燃料发动机燃烧与排放性能研究 |
| 关键词： | 船用低速双燃料发动机;数值模拟;喷射参数;燃烧性能 |
| 摘要： | 近年来，船舶排放控制法规日益严格，清洁的替代燃料和低碳排放控制技术是实现绿色发展目标的关键。以天然气为主要燃料的双燃料发动机因其较好的排放性能而备受关注。本文针对基于Otto循环的船用低速双燃料发动机展开研究，分析了不同喷射策略和喷射结构对发动机燃烧与排放性能的影响。研究成果可为船舶低速双燃料发动机的设计和优化提供参考。本文的主要研究内容如下: (1)构建了船用低速双燃料发动机三维仿真模型，在已验证的三维仿真模型的基础上，模拟了不同喷射策略下发动机的工作过程，研究了不同引燃油喷射定时、天然气喷射定时及燃气组分对发动机燃烧与排放性能的影响，分析了预燃室和主燃室压力、温度、放热率(HRR)以及NOx排放量变化规律。结果表明，在-127℃A喷射天然气时，主燃室混合气均匀性较好，燃烧效率较高，NOx比排放量较低;在-5℃A喷射引燃油时，主燃室燃烧滞燃期较短，加快了燃烧进程，提高了发动机排放性能;在天然气中添加反应活性较高的气体可显著加快火焰传播速度，使得主燃室燃烧越剧烈。 (2)通过对预燃室燃烧特性分析，模拟了不同预燃室喷射参数下发动机的工作过程，研究了预燃室容积、预燃室喷孔直径、预燃室喷孔长度以及预燃室喷孔角度对发动机燃烧性能的影响，分析了不同预燃室喷射参数对预燃室和主燃室燃烧压力、温度、发热率及污染物生成的变化规律。结果表明，预燃室容积与喷孔直径大小影响规律相似，当采用较小的预燃室容积和16mm喷孔直径时，火焰射流速度更快，燃烧热效率更高，NOx生成量较低;当喷孔长度为32mm，喷射角度为30°时，主燃室点火性能较好，燃烧持续期较短，主燃室燃烧与排放性能较好。 (3)模拟了不同天然气喷孔参数下主燃室进气过程，研究了天然气喷孔位置、天然气喷孔角度及天然气喷孔直径对主燃室混合气均匀性和燃烧性能的影响，分析了不同喷孔参数对主燃室流场、速度场以及燃烧特征参数变化规律的影响。结果表明，天然气喷孔距离上止点1376mm时，预燃室内形成更有利于引燃油着火燃烧的空燃比，此时甲烷逃逸量较低，燃烧效率较高;天然气喷孔直径为20mm，喷孔角度为45°时，逆时针进气涡流与顺时针天然气射流相互作用，提高了主燃室混合气均匀性，改善了发动机燃烧与排放性能。 |
| 作者： | 张明 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 周松;吴朝晖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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