进气加湿耦合涡流比对船用柴油机燃烧和排放的影响

针对某一款四冲程船用柴油机,利用商业模拟软件AVL-Fire建立柴油机三维数值模型,研究进气加湿耦合涡流比对燃烧的影响以及改善NOx和碳烟折中关系的潜力,给出优化方案,得到满足TierⅢ排放法规的技术路线并保证指示燃油消耗率增长在2%以下.结果表明,加湿率增大,缸内温度和压力的峰值均降低,且最大降幅都约为2%;滞燃期延长,燃烧重心后移,对燃烧热效率不利.缸内温度和进气氧浓度的下降有效降低了NOx排放,最大降低幅度约为56.7%.一定的涡流比可以促进油气混合,而太大的涡流比会降低油束贯穿距,使喷雾前端偏转角度增大,影响油气混合.涡流比的增大对NOx和碳烟的排放形成先增后降的影响,在涡流比为0.5时碳烟排放最低.此外,对各种进气加湿率和初始涡流比获得的结果进行优化,其中有9种算例同时降低了NOx和碳烟排放,并且在初始涡流比为0.50时,加湿率100%和80%的两种方案满足TierⅢ的排放标准.     

进气加湿与富氧对船用柴油机NOx-Soot排放的影响

通过一台满足TierⅡ排放标准的四冲程增压中冷船用柴油机,模拟研究了富氧燃烧结合进气加湿改善NOx-soot折衷关系的潜力,并探讨了实现TierⅢ排放标准的技术路线.本研究使用AVLFire软件建立仿真模型.结果表明:单独使用富氧燃烧时,缸内温度较高,燃烧持续期较短,soot排放减少,NOx排放恶化,而单独使用进气加湿时呈相反的趋势.当发动机运行在转速为1350 r/min、75%负荷工况下,进气氧体积分数为21%~23%、加湿率为0~100%时,可实现NOx-soot排放同时降低且低于原机.氧体积分数为21%和加湿率为100%匹配,可以实现TierⅢ排放法规.两种措施的优化组合可以获得NOx-soot排放的最佳优化区域.     

船用柴油机米勒循环两级增压系统的设计研究

采用米勒循环结合可调两级增压,降低某船用柴油机的NOx排放和燃油消耗率.对进气门关正时、扫气重叠期进行了多方案计算,确定了该机的米勒正时;建立了可调两级增压系统性能仿真分析模型,研究了不同增压器大小、旁通调节方案对推进特性各工况性能的影响,设计了较佳的可调两级增压方案.研究结果表明:设计方案可使该机在推进特性下,综合N...     

配气正时对中速柴油机NO_x排放影响

本文采用数值仿真软件建立船用8340型中速柴油机燃烧室有限元模型,并对其进行了验证。在该模型基础上,针对进气正时对充量系数、缸内温度、压力及NO_x排放的影响进行计算研究并初步研究米勒循环对NO_x排放影响。结果表明:进气正时提前,缸内充量系数增大,最大爆发压力升高,可提高发动机动力性能,但NO_x排放也会随之增加;米勒循环的使用能有效降低柴油机NO_x排放。     

中速大功率柴油机应用米勒循环的仿真与试验研究

对某型中速大功率柴油机应用米勒循环进行了仿真计算研究,并通过分析确定试验方案并进行试验验证。试验结果表明,应用米勒循环使该型中速大功率柴油机NOx排放降低10.5%;配合几何压缩比的增大和气门重叠角的缩小,能有效改善米勒循环下发动机的经济性。该研究为中速大功率柴油机应用米勒循环提供了参考。     

负荷及喷油定时对某船用中速柴油机缸内NOx排放性能的影响

分别利用K3PREP和ANSYS-ICEM软件对L21/31型船用中速柴油机建立网格模型;用KIVA-3V软件对该机型的缸内温度、压力以及NOx生成与排放量的变化过程进行数值模拟。结果表明,用ANSYS-ICEM所建立的模型能较好地反映工作过程;NOx生成量的计算值与实测值吻合较好;对该机型适当减小负荷、推迟喷油提前角、缩短喷油持续期,可使NOx排放量在IMOTier II的NOx排放限制范围内进一步减小。     

可变进气对船用柴油机性能影响的试验研究

为了探究可变进气系统对船用柴油机性能的影响,在一台配备进气可变配气和进气旁通阀的船用中速柴油机上开展试验研究。分别在可变配气机构处于强米勒正时和弱米勒正时,进气旁通阀处于开启和关闭状态下开展船用柴油机螺旋桨特性试验。试验结果表明：采用弱米勒正时可降低燃油消耗率,但是最高燃烧压力和NO_x比排放增加,燃油消耗率降低幅度随负荷升高而减小,最高燃烧压力和NO_x比排放增加幅度随负荷升高而增加,弱米勒正时对低负荷优化效果更明显。受到最高燃烧压力限制,高负荷必须采用强米勒正时。弱米勒正时角度从20°增加到30°,燃油消耗率基本不变,最高燃烧压力和NO_x比排放进一步增加,对于试验柴油机而言,20° 弱米勒正时配置更优。开启进气旁通阀可以提高中低负荷增压压力,降低燃油消耗率、排温和烟度。在超低负荷及高负荷时开启进气旁通阀效果与中低负荷相反。在25%及50%负荷下应用可变进气技术,燃油消耗率分别降低6.0%和2.9%、烟度分别降低61.6%和59.7%。合理的可变进气系统控制策略可有效优化船用柴油机性能。     

增压柴油机米勒循环热力学分析

通过建立涡轮增压柴油机米勒循环热力学分析模型,分析研究了有效压缩比对发动机性能的影响规律。米勒循环的热力学计算结果表明,随着米勒循环程度的减小,即进气门关闭角越接近下止点时,米勒循环效率越高;而在提前关闭角由大变小的过程中,循环效率逐步提高,但是提高的幅度逐渐减小直到关闭角接近下止点时,循环效率最大并停止提高。对增压柴油机所采用的增压米勒循环进行分析,结果表明,循环净功、最高燃烧温度和最大爆发压力随着有效压缩比的增大而线性增加,而循环效率则随有效压缩比的增大呈先增大后减小的趋势。因此,在增压米勒循环优化设计中,应根据实际使用工况对米勒循环有效压缩比进行选择,应考虑最高燃烧温度、爆发压力以及循环效率三者的综合效果。     

船用直喷式柴油机的可控进气涡流技术

通过对直喷式柴油机进气系统的理论分析和试验研究表明,双进气道的设计目的是达到较高的流通能力和适度的进气涡流,而阀板控制着进气涡流的强度,兼顾在高低转速下进气涡流和燃油喷雾的最佳化调整, 起到了控制排放和降低油耗的作用。可控进气涡流系统可综合改善柴油机高、低负荷性能,在实际使用时还应考虑在系统上的配置。才能减少氮氧化物排放和降低燃烧噪声。     

大型船用柴油机高压SCR系统研究

概要介绍了国内外SCR技术的研究现状以及SCR系统的原理和大型船用柴油机SCR装置组成。详细介绍了所研发的高压SCR系统的工作模式及试验情况,实际应用表明:所研发的高压SCR系统可以使所匹配的大型船用柴油主机满足Tier Ⅲ排放法规的要求。     

船用中速柴油机性能的优化研究

为提升燃油系统电控化改造后4190ZLC-2船用中速柴油机的经济性能和排放性能,开展了燃油系统多参数优化试验;利用AVL FIRE软件对试验得到的经济性最优匹配参数下的柴油机高压工作过程进行了仿真计算;通过对燃烧室内三位流场的分析,提供进一步提高喷油压力和修改燃烧室形状的方案;再利用仿真计算得到喷油压力进一步提高后较优的燃烧室匹配方案。研究结果表明:喷油压力提高后,柴油机总体性能提高;为适应喷油压力的提高,燃烧室的深度和开口直径分别应该减小和增加,但燃烧室的深度太浅会造成燃烧不完全,导致油耗率上升。研究结果为该柴油机的燃烧系统改进提供了理论依据。     

船用中高速柴油机机体铸造工艺

基于柴油机机体铸造工艺成型方法,对几种船用中高速柴油机机体铸造工艺进行分析对比,对中高速柴油机机体铸造工艺发展趋势进行阐述。通过优化柴油机机体铸造工艺,突破船用柴油机机体铸造关键技术,机体铸造质量得到提高,可为相关中高速柴油机机体铸造工作提供指导。     

某中速船用柴油机低NOx排放模拟研究

通过在中速船用柴油机喷油泵柱塞套上开设调压孔,以实现降低NOx排放的靴型喷油规律。以某中速大功率船用柴油机为原型,对比三种喷油规律,采用AVL BOOST软件对柴油机的推进特性的E3循环进行了模拟研究。结果表明：在油耗增加和功率下降都不超过3%的条件下,单独采用调压孔式柱塞喷油Boot2系统可使加权NOx排放值下降17%;采用调压孔式柱塞Boot2喷油系统及可变喷油正时技术可使加权NOx排放值下降35%。     

某型中速柴油机降低NOx生成与排放的改进研究

在测试与数值模拟的基础上,对某型中速柴油机提出改进方案,并进行了改进方案下的燃烧排放测试和缸内燃烧、排放过程的数值模拟,得到了缸内温度、压力以及NOx生成与排放量的变化过程.研究表明:改进方案的计算结果和台架试验结果较好吻合;对该机型实施的适当推迟喷油提前角,缩短喷油持续期的改进方案,可使NOx排放修正值由改进前的11...     

船用柴油机使用乳化燃油的NOx和微粒排放研究

研究了乳化燃油特性对柴油机喷雾、燃烧和排放的影响。研究结果表明：在柴油机中,由于高压喷射的作用,喷射后乳化燃油中水粒子直径约为0.5um分布均匀,与喷射前乳化燃油中粒子大小及分布无关。乳化燃油中,随水含量增大,NOx排放近拟呈线性关系下降,燃油耗和排温也下降,但是烟度和微粒排放随水含量的增加而上升;特别是在小负荷和高水添加率时,烟度和微粒排放增加较快。此外,研究了燃烧乳化燃油时,柴油机的运转参数对柴油机性能和排放的影响。     

船舶中速柴油机喷油正时优化研究

以船用中速柴油机为研究对象,采用计算机仿真和台架试验相结合的方法对喷油正时进行优化。首先基于相应机型的理论参数设计模拟工况,通过模拟结果分析缸内燃烧与污染物排放,得到理论值范围内的最优喷油正时。根据最优值进行台架试验,验证最优的喷油正时参数。模拟结果表明：缸内燃烧过程中心相位会随着喷油正时的提前而前移,但总体的燃烧持续期变化不明显。缸内最高燃烧压力会随喷油提前角加大而增加,在上止点前8°和上止点前9°出现明显增量,喷油提前角继续增大,压力变化不明显。模拟排放数据表明上止点前10°喷油正时工况中,污染物排放性能达到最佳。台架试验结果证明,上止点前10°喷油正时的试验工况中,缸内循环效率和污染物排放性能达到最佳。     

G26系列船用中速柴油机设计开发

介绍了自主开发的G26系列船用中速柴油机的设计原理和设计指标;重点介绍了为实现节能减排目标而采取的一系列技术措施,以及主要件的结构特点。性能试验表明:该机的技术指标和设计指标均达到设计要求。并取得中国船级社颁发的柴油机国际防止空气污染证书和船用产品型式认可证书。该机目前已投放市场,进入实船应用阶段。     

某型船用大功率中速柴油机冒黑烟问题分析与改进

基于某船用大功率中速柴油机冒黑烟现象开展研究,对加载过程和柴油机过量空气系数等关键性能参数进行分析,确定柴油机冒黑烟产生的条件和机理,并对喷油策略进行优化。经实船验证,优化后的柴油机冒黑烟现象得到明显改善。