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船用低速二冲程柴油机机内净化数值模拟研究
| 论文题名： | 船用低速二冲程柴油机机内净化数值模拟研究 |
| 关键词： | 低速柴油机;Miller循环;EGR优化;NOx排放;数值模拟;机内净化 |
| 摘要： | 柴油机作为船舶的主要推进动力，被广泛应用的同时也受到了严格排放法规的限制。国际海事组织IMO将于2016年实施TierⅢ排放法规，这对船舶柴油机来讲无疑是一项巨大的挑战。为了能快速占领市场，世界知名船舶柴油机厂家纷纷研究大幅度降低NOx排放的技术路线。在环保和节能严格要求的背景下，本文针对某型二冲程柴油机展开机内净化数值模拟研究，为该机型的优化提供实际参考。 论文应用BOOST和FIRE进行柴油机工作过程的一维和三维CFD耦合模拟计算。根据发动机的实际结构和相关参数建立工作过程数值模型，并通过柴油机台架性能实验数据对比分析对数值模型进行校准。在此基础上，分析进排气流量、缸内压力、温度、放热率、NOx分布等详细性能参数，以便进行后续优化。 在进行机内净化技术的数值模拟中，文中设计了多种Miller循环、高压缩比和EGR率方案。根据原机结构特点进行Miller循环技术方案，该柴油机为直流扫气二冲程柴油机，因此对其进行了六种排气门推迟关闭的Miller正时方案研究。结果表明:NOx排放随排气门关闭正时的推迟而降低，M30方案可使NOx降低45％，但是燃油消耗率基本呈上升趋势，只有M5方案的油耗与原机持平。为改善Miller循环的经济性，配合使用双级增压系统。采用双级增压后，各Miller方案的燃油消耗率明显改善，M5-2s和M10-2s方案的经济性均优于原机。 为了给后文的EGR优化提供更多的基础方案，在双级增压Miller循环的基础上进行了两组提高几何压缩比的计算。通过一维工作过程的扫描计算发现，几何压缩比每增加0.6，燃油消耗可以降低0.7g/kWh左右;从一维模拟结果中择优选取油耗低于原机的方案。通过三维工作过程计算发现，几何压缩比提高后NOx排放高于单独Miller循环方案，但是爆发压力仍低于原机额定工况的爆发压力，满足设计要求。为了进一步降低NOx排放，在Miller循环与高压缩比方案的基础上同时结合高压EGR，对多种方案进行不同EGR率的模拟分析，从中选择最优的NOx-BSFC折衷关系。研究发现，通过优化Miller循环、高压缩比与EGR结合方案，可以在不使用后处理技术和保持燃油经济性的条件下大幅降低NOx，与原机相比达到50％左右的下降幅度。 |
| 作者： | 李丹 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 隆武强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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