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船用双燃料发动机废气余热回收系统建模与参数优化
| 论文题名： | 船用双燃料发动机废气余热回收系统建模与参数优化 |
| 关键词： | 船用双燃料发动机;废气余热回收;响应面分析法;余热锅炉;参数优化 |
| 摘要： | 随着经济全球化与船舶行业的蓬勃发展，船用发动机所造成排放问题和热污染问题亟待解决。为了满足国内外排放法规的严格要求，双燃料发动机因其低排放而备受人们关注。天然气因全球储量大、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。双燃料发动机与传统柴油机一样存在余热浪费问题，而且双燃料发动机废气温度相对较高，更加有利于废气的余热回收与利用。本文为充分研究船用四冲程MAN8L51/60DF双燃料发动机废气的余热回收与利用，采用余热锅炉对其废气能量进行回收。根据模块化建模原理分别对柴油机和余热锅炉建立了数学模型；基于GT-Power仿真建模工具，建立了双燃料发动机模型。在对双燃料发动机进行优化研究之前，对仿真数据进行了检查和验证，在燃气模式下最大误差为1.96%。以发动机燃气模式下的废气参数为基础，设计了余热锅炉的主要参数，建立了Simulink仿真模型，并根据蒸汽轮机的数学模型计算了废气余热的发电功率。研究了双燃料发动机燃气模式下进气温度、几何压缩比和引燃油喷射时刻对发动机性能以及废气余热发电功率的影响。在燃油消耗率较小的前提下，以获得尽可能大的发动机功率和废气余热发电功率为目标；使用多目标遗传算法（Multi-ObjectiveGeneticAlgorithm，MOGA）和多目标灰狼优化算法（Multi-ObjectiveGolfGreyWolfOptimizer，MOGWO）来获得最佳参数设置。首先，使用响应面法（ResponseSurfaceMethodology，RSM）将数据转换为易于分析和优化的回归模型。通过算法优化得到最优解集，以燃油消耗率作为主要参考因素人为地选择最优解。最终所得的最优解是进气温度为309.25K，几何压缩比为14.86，和对应的引燃油喷油时刻为?16.97℃AATDC。相应优化参数结果是燃油消耗率为155.39g/kWh，减少3.01%；功率为8026.41kW，增加0.33%；发电功率为285.98kW；热效率为47.73%，提升4.24%。总之，这项研究为四冲程船用双燃料发动机余热回收系统的建模和优化提供了一种方法。其结果有助于更好地理解操作参数对发动机性能和废气余热利用的影响。将RSM应用于发动机性能和废气余热利用，分别与MOGA与MOGWO相结合，在满足性能和废气余热回收利用的条件下，通过算法来优化发动机的参数设置。 |
| 作者： | 孟德宇 |
| 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 |
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