原文传递
基于多喷油器的船用中速柴油机一维仿真性能优化研究
| 论文题名： | 基于多喷油器的船用中速柴油机一维仿真性能优化研究 |
| 关键词： | 船用中速柴油机;多喷油器;有效热效率;氮氧化物;遗传算法 |
| 摘要： | 船用中速柴油机热效率高、制动快、可靠性好、适应性强等特点，被广泛应用于船舶动力装置中。由于节能减排要求，进一步提高船用中速机的有效热效率和降低NOx排放具有重要意义。传统船用中速柴油机采用中央单喷油器喷射，喷油器较大且喷油量多，当燃油和空气混合燃烧时，燃烧通常发生在燃烧室壁面和挤压区域附近，导致燃烧室中心的新鲜空气利用率低。近年来，提出了一种多喷油器系统，在传统直喷式柴油机上安装多个喷油器。在多喷油器系统中，通过调节多个喷油器的布置角度及燃油比，不仅能最大限度地减少喷雾干扰和壁面撞击，而且可以提高燃烧室中心附近的空气利用率，促进混合气形成。但目前，船用中速柴油机对于多喷油器系统的研究较少。本文通过一维仿真，基于多喷油器系统，对某船用中速柴油机的有效热效率和NOx排放进行优化研究。 本文以船用中速柴油机为研究对象，首先利用仿真软件GT-Power建立中速柴油机单喷油器一维仿真模型，基于单缸试验平台的实验数据完成了单喷油器仿真模型的标定，同时在中央单喷油器模型基础上建立多喷油器系统模型，之后在该模型基础上加入两个侧喷油器建立多喷油系统仿真模型，再利用充分验证的CFD仿真模型的试验数据完成多喷油器的标定。然后基于单喷油器船用中速柴油机模型，研究喷油正时和进、排气正时对发动机性能的影响，再通过DOE方法进行多目标优化。接着基于多喷油器船用中速柴油机模型，研究侧、中央喷油器不同燃油比及不同喷油正时对对柴油机性能的影响。最后通过GT-Power和Simulink耦合，结合遗传算法进行柴油机性能的智能优化。研究表明:单喷油器柴油机通过适当提前喷油正时，同时调节进、排气正时，NOx排放下降了1.062（g/kw·h），热效率提高了0.168％;多喷油器系统，当侧、中央喷油器燃油比较小时，热效率较高，但NOx排放也较大，当燃油比超过0.5，热效率反而会下降。通过适当的喷射策略（喷油定时和燃油比）和进、排气正时，多喷油器系统可以在提高柴油机热效率的同时降低NOx的排放，结合遗传算法进行优化计算，柴油机的有效热效率提高了0.71％，NOx排放下降了1.458(g/kw·h)。 |
| 作者： | 张鹏 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 马修真;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 |
检索历史
应用推荐
