低速二冲程船用主机工作过程三维数值模拟研究

摘要

天然气-柴油双燃料发动机是满足IMO TierⅢ排放法规要求的最具潜力的技术之一。世界气体燃料资源丰富，其中以天然气的开采及利用技术最为成熟。由于天然气燃料所产生的生命周期温室气体排放量较传统液体燃料低很多，在预混合燃烧模式下，NOx的排放量比柴油机大幅降低，且排放中几乎不含有硫化物和碳烟，船用双燃料发动机技术在近年来发展迅猛。低速二冲程双燃料发动机由于结构、换气过程、燃料喷射布置的特殊性，相关技术还远不及四冲程双燃料发动机成熟，因而急需开展相关研究，掌握其燃烧规律，为发动机的设计和优化打下基础。
　　论文以某型号低速二冲程船用柴油机为母型机，在研究其换气过程、燃料喷射及混合过程、燃烧过程特征的基础上，设计了微引燃低压喷射低速二冲程双燃料发动机，采用天然气作为主燃料，微量柴油作为引燃燃料。由于大型低压喷射双燃料发动机容易出现爆震，本研究采用排气门延迟关闭的方式降低了有效压缩比，确定了合适的燃空当量比和引燃柴油喷射量，并调整了喷油时刻，保证了双燃料发动机在达到与原柴油机相同的动力输出的同时大幅度降低了NO排放。论文通过三维数值模拟，分析了双燃料发动机的燃烧过程、放热规律和排放特性，并将计算得到的气缸压力和放热率曲线与文献进行了对比，验证了模拟结果的准确性。此外，本论文对天然气喷射及燃料混合过程进行了计算，分析了预混合气状态，为改善双燃料发动机的缸内气体燃料混合过程积累了数据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 低速二冲程船用柴油机发展及研究现状

1．3 低速二冲程船用双燃料发动机发展及研究现状

1．4 气体燃料特性及资源

1．5 本文研究内容

2 低速二冲程船用双燃料发动机设计

2．1 气体燃料喷射系统

2．2 引燃燃料喷射系统

2．3 爆燃控制

3 数值模拟

3．1 CFD模型

3．2 计算初始条件设置

3．3 计算模型

3．3．1 湍流模型

3．3．2 喷雾及燃烧模型

3．3．3 排放模型

3．3．4 涡流比计算模型

4 数值模拟结果与分析

4．1 低速二冲程船用柴油机工作过程分析

4．1．1 扫气特性分析

4．1．2 喷雾和燃烧现象

4．2 低速二冲程船用双燃料发动机工作过程分析

4．2．1 燃烧特性分析

4．2．2 引燃燃料喷射正时对双燃料发动机工作过程影响

4．2．3 天然气喷射过程分析

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢