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预燃室射流引燃氨/柴油双燃料低速船机燃烧数值模拟
| 论文题名： | 预燃室射流引燃氨/柴油双燃料低速船机燃烧数值模拟 |
| 关键词： | 双燃料低速船机;预燃室射流引燃;燃烧过程;热效率 |
| 摘要： | 随着航运业的快速发展，低速船机作为远洋运输的主要动力，其CO2排放也保持增长趋势。在全球航运业低碳和零碳化趋势下，低速船机面临着降低碳排放的严峻挑战，而使用低碳和零碳燃料是降低碳排放的关键途径。氨被认为是实现内燃机零碳目标非常有前景和潜力的燃料，但其存在着火温度高、点火困难、燃烧速度慢等瓶颈难题，而预燃室射流引燃是提高着火稳定性和燃烧速度的有效方法。基于此，本文针对预燃室射流引燃的氨/柴油双燃料低速船机，将化学反应机理与计算流体动力学模型耦合开展燃烧过程的数值模拟研究，并探索提高氨/柴油双燃料低速船机热效率的控制策略。 本文首先构建了一个包含97种组分、498个反应的氨/柴油双燃料机理，进行了滞燃期、层流火焰速度以及重要组分浓度的验证，并将该机理与低速船机三维CFD模型耦合，研究了压缩比、扫气压力、扫气温度、预燃室参数对氨/柴油双燃料船机着火和燃烧过程的影响。结果表明，适当提高压缩比可改善双燃料船机着火燃烧的稳定性，压缩比为14.5时可获得较高热效率并将最大爆发压力控制在合理范围；适当降低扫气压力可以减少进入气缸的新鲜空气量，提高氨混合气的当量比，当扫气压力降低至3.20bar时可以实现氨的完全燃烧并获得较高热效率；提高扫气温度可以有效提高缸内混合气的温度，从而较明显缩短燃烧持续期；增大预燃室体积可以使引燃油的着火时刻提前，当预燃室体积比为1.5%、引燃油量为180mg时，发动机可以获得较好的燃油经济性。 在压缩比为14.5条件下，进一步探究了提高氨/柴油双燃料低速船机热效率的途径。研究发现，氨喷射压力对流场、混合气分布有较大影响，当氨喷射压力为10.6bar时，燃烧持续期最短，最佳的指示热效率达到50.21%，但由于燃烧温度升高使NOx排放增加；通过提高扫气压力来增大进气量，同时结合大的引燃油量来提高射流火焰能量，可以实现更稀混合气的稳定燃烧，是同时提高指示热效率和降低NOx排放的有效途径。本研究中，通过将扫气压力由3.29bar提高至3.43bar，并将引燃油量由135mg提高到180mg，获得了50.17%的指示热效率，同时NOx排放得到降低。 |
| 作者： | 毛一玲 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 郑尊清;林铁坚 |
| 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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