原文传递
船用双燃料发动机的性能与排放优化研究
| 论文题名： | 船用双燃料发动机的性能与排放优化研究 |
| 关键词： | 船用双燃料发动机;进气策略;喷油策略;性能表征;排放特性 |
| 摘要： | 随着经济全球化，各个国家逐渐成为贸易共同体，航运作为货物运输的主要运输方式之一，其承担的货运量占全球货运量的70%。对于大功率低速二冲程发动机，因其传动效率高、燃油经济性好、输出功率变化范围大、系统性能安全可靠等优势,在世界船舶工业获得了广泛的使用。为了防止大气和海洋环境污染，双燃料发动机因其低排放而备受人们关注。在众多的替代燃料中，天然气因全球储量大、低热值高、燃烧排放少等特点，被认为是双燃料发动机的最佳替代燃料之一。本文以MAN Bamp;W 6S50ME-C-GI船用天然气发动机为研究对象，通过数值仿真，使用进气策略与喷油策略优化发动机燃气模式下的性能与排放。 利用商业软件AVL-BOOST对双燃料发动机进行整机的一维建模，并利用船厂给出的台架报告对建立的一维模型进行验证，确保发动机主要仿真参数的最大误差均不超过3%。利用验证后的 AVL-BOOST 一维模型，研究了进气压力、进气温度以及天然气替代率对双燃料发动机性能和排放的影响。建立了双燃料发动机多元非线性回归方程，并结合多目标粒子群算法，优化了双燃料发动机的性能与排放。结果表明，当进气压力为3.607bar，进气温度为297.15K，天然气替代率为0.962时，获得的功率为6095.583kW， BSFC为146.389g/kW·h。NOx排放量为475.658ppm。与优化前相比，双燃料发动机的功率提高了0.34%，BSFC降低了0.21%，NOx排放降低了39.56%。 为了研究引燃油后喷策略对双燃料发动机燃烧与排放特性的影响，本文基于一维计算结果，利用CONVERGE软件建立了三维燃烧室模型，并结合基于详细化学反应机理的SAGE燃烧模型，耦合Yousefi等人的详细化学反应机理，建立了发动机燃气模式下的三维仿真模型。三维模型的验证采用了结合一维计算结果与台架报告数据的方式，利用一维计算的缸压曲线与放热率曲线标定三维的缸压曲线和放热率曲线，结果表明三维的计算结果与一维计算结果吻合良好；利用台架数据标定三维计算的主要参数，保证了主要参数的最大计算误差不超过 3%。并且为了验证燃气的喷射方式，建立了高压定容弹的仿真模型，证明了 INFLOW 边界模拟高压燃气喷射的可行性。最后利用三维仿真模型，探究了引燃油后喷策略对双燃料发动机性能和排放的影响。研究结果表明，当后喷定时为18deg ATDC，后喷质量比为0.7时，可以获得最低的NOx排放。并且通过研究氮、氢、氧等原子和NO在气缸中的分布，阐述了NOx的生成机理。当O原子分布的红色区域与NO分布的红色区域重叠时，它近似等于气缸中温度的红色区域的分布。 |
| 作者： | 丛玉金 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 甘辉兵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
