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面向船用柴油机瞬态过程的现象学燃烧模型研究
| 论文题名： | 面向船用柴油机瞬态过程的现象学燃烧模型研究 |
| 关键词： | 船用柴油机;数字孪生;瞬态过程;现象学燃烧模型;仿真模型 |
| 摘要： | 近年来愈加严格的碳排放法规对船舶的能效提出了很高要求，船用柴油机数字孪生技术因其提高柴油机运行性能的特点受到人们的关注。数字孪生技术对船用柴油机燃烧模型提出了面向瞬态过程的需求，而现有研究中的瞬态仿真模型大多没有考虑燃烧过程内部的物理化学现象，无法反映瞬态过程的燃烧特点与影响因素，不利于开展基于模型的燃烧优化研究。因此，本文对瞬态过程的燃烧特点进行了分析，在保留燃烧核心影响因素的前提下，简化燃烧模型分区与机理，建立了面向船用柴油机瞬态过程的现象学燃烧模型。 首先，根据瞬态过程下的柴油机燃烧过程特点，提出了简化假设下面向瞬态过程的现象学燃烧模型建模方案并实施建模。面向瞬态过程的现象学燃烧模型中以一维离散喷雾模型预测燃油在缸内的浓度分布，忽略破碎、雾化等过程，重点考虑液相燃油的贯穿与空气卷吸作用;建立独立的湍流模型分析缸内气体流动，简化湍流的时空分布，主要考虑湍能混合对燃烧的微观影响;采用平均蒸发模型与滞燃期模型模拟可燃混合气形成，使用层流-湍流特征时间模型计算燃烧速率，简化燃烧过程的机理，考虑化学反应动力学因素与湍流扩散因素对燃烧过程的控制作用。 然后采用Fortran语言进行程序设计，编写了面向瞬态过程的现象学燃烧模型计算程序。采用定容弹喷雾实验数据对一维离散喷雾模型计算结果进行了验证。以270船用中速机75％负荷工况实验数据对现象学燃烧模型进行了标定，并通过50％负荷工况与100％负荷工况实验数据对缸压与放热率计算结果进行了比较。比较结果显示，缸压计算结果平均相对误差小于3％，放热率计算结果平均相对误差小于5％，从而验证了现象学燃烧模型的准确性。对现象学燃烧模型中的燃烧参数进行了分析，讨论了各部分参数表征的燃烧物理意义，明确了该模型对燃烧现象的揭示作用。 最后在GT-Power中搭建了270船用柴油机增压多缸机模型，与Fortran进行联合仿真，将面向瞬态过程的现象学燃烧模型嵌入到所搭建的增压多缸机模型中，设置瞬态仿真条件，验证了本文所搭建的现象学燃烧模型在瞬态过程下的计算能力。 |
| 作者： | 唐元亨 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 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： | 2022 |
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