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船用中速柴油机多次喷射燃烧过程研究
| 论文题名： | 船用中速柴油机多次喷射燃烧过程研究 |
| 关键词： | 船用中速柴油机;CFD;多次喷射;燃烧室形状;有效热效率 |
| 摘要： | 目前，我国已实现了船用中速柴油机的自主研发，但与国外先进的机型仍有较大差距，高功率密度、高热效率、高可靠性及低排放性已成为我国船用中速柴油机的总体发展方向。大缸径的船用柴油机方面的不足已严重影响了我国从“造船大国”到“造船强国”这一目标的实现。由于船用中速柴油机已经具有很高的功率密度，且内部的喷雾燃烧等情况尚不清晰，因此继续提高高功率密度的船用中速柴油机有效热效率存在一定困难。在车用柴油机中多次喷射已经被证明为一种提高柴油机有效热效率方式，在更大缸径的船用柴油机燃烧组织中理应具有更大潜力。 首先，本文基于计算流体力学（ComputationalFluidDynamics）软件CONVERGE建立了定容弹和某船用中速柴油机柴油机仿真模型。完成了定容弹内的喷雾过程，以定容弹的仿真模型研究了两次喷射下的喷雾和燃烧与单次喷射的不同结果，分析了不同的两次喷射比例和间隔角度时喷雾形态和燃烧火焰的变化规律。研究结果发现:采用两次喷射可以有效的改善船用中速柴油机高喷射压力、高喷油量的燃烧火焰随高速液相燃油在燃烧室边缘近壁面集中燃烧、燃烧火焰空心的特点。 考虑到定容弹内不能体现活塞运动带来的气流运动，以及燃油在燃烧室内的运行过程，开展了船用中速柴油机多次喷射燃烧过程的CFD仿真。建立了船用中速柴油机的仿真模型，完成了燃烧过程的标定。在柴油机的常用工况下，在原机的基础上采用不同比例和间隔的预-主喷和主-后喷的喷油策略，以提高船用中速柴油机有效热效率为主要目标、满足排放标准为次要目标进行了多次喷射策略的优化。得到了船用中速柴油机有效热效率随多次喷射策略的变化规律，并提出了若干组提高有效热效率的多次喷射策略。 最后，针对有效热效率提高时NOx过高的现象进行了多次喷射策略与燃烧室形状的匹配。以几组有效热效率提高较为明显的多次喷射策略为基础，分析了不同多次喷射策略下有效热效率和排放随燃烧室碗口直径、凹坑深度和凹坑半径的变化规律，并提出了75％负荷下不同多次喷射策略和燃烧室形状的耦合方案:在满足Tier2的NOx排放标准9.8g/kW·h的情况下，预喷比例为20％、预-主喷间隔为10℃A时，NOx排放为9.48g/kW·h，有效热效率由原机的43.44％提升至45.53％，soot排放相对原机降低32.56％;预喷比例为30％、预-主喷间隔为5℃A时，NOx排放为9.29g/kW·h，有效热效率由原机43.44％提升至46.28％，soot排放降低51.16％。 |
| 作者： | 祁海成 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 马修真 |
| 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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