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.     

扫气口角度和涡流比对船用柴油机性能的影响

利用Converge软件建立某大缸径低速二冲程船用柴油机的三维数值仿真模型,仿真研究扫气口水平倾角对柴油机性能的影响,并解耦涡流比的单独影响机理。结果表明：扫气口水平倾角过大或过小均导致缸内产生回流区及新鲜空气过早溢出,降低扫气效率;与原机水平倾角为15°时相比,当扫气口水平倾角为10°时,有效燃油消耗率和NO_x排放均降低;在合理范围内增大涡流比可有效改善油气混合均匀性和燃烧过程;与原机涡流比为4.5时相比,涡流比为20.5时燃油消耗率降低5.09%,燃油经济性明显改善;但涡流比过大对燃油消耗率的改善较小,同时导致壁面传热损失较大,因此涡流比应控制在20.5以下。     

进气涡流对车用直喷式柴油机微粒排放的影响

用自行设计的喷气式可变涡流进气系统（ＡＩＶＳＩＳ）调节气缸内的涡流水平,试验研究了进气涡流对连用直喷式柴油机微粒排放的影响。结果表明,中速工况为较低的微粒比排放工况,螺旋进气道形成的涡流水平基本可以满足燃料燃烧的要求,改变涡流水平对改善柴油机微粒排放贡献不大。而低速高负荷工况是柴油机较高的微粒比排放区,适度提高气缸内的涡流水平,可以有效降低柴油机微粒的排放量,使微粒降低的主要因素是不可溶组分排放的降低。高速工况螺旋进气道形成的涡流水平较高。降低气缸内的涡流水平可以降低柴油机微粒的排放量,使微粒排放降低的主要因素是可溶性有机组分排放的降低。     

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。     

进气加湿结合米勒循环降低船用中速柴油机NOx排放的研究

针对某型满足TierⅡ排放法规的船用中速柴油机,采用试验设计分析了进气含湿量、喷油正时、米勒强度对柴油机NO x排放量、燃油消耗率等参数的影响权重及各因素间交互效应的大小;并对75%负荷工况下,进气加湿和米勒循环的组合方式进行了优化。研究结果表明:进气加湿是一种NO x降排潜力大,对Soot排放量和燃油消耗率影响小的降排技术;进气加湿、米勒循环的NO x降低量可在其组合应用时进行线性叠加;目标机型在75%负荷工况下,要使NO x降低75%,48.92(g·kg-1)的进气含湿量、下止点前38°CA的米勒强度为最佳组合方式。     

船用低速二冲程柴油机燃烧与排放数值模拟研究

使用CFD软件对一台船用低速二冲程柴油机额定工况点缸内喷雾、燃料着火和燃烧过程、排放物NOx浓度分布及生成总量进行了数值模拟研究。模拟所得压缩压力和最高燃烧压力与实测值基本一致。在额定工况点运行时,柴油机预混合燃烧比例很小,基本呈现单峰状的扩散燃烧特征;燃烧放热初始时刻在上止点附近,整个燃烧持续期约为45℃A。同时,计算所得的NOx生成总量与实测值存在19.15%的偏差。     

进气涡流比对直喷式柴油机喷雾,燃烧和碳粒变化历程的影响

采用双成象技术研究了不同进气涡流比时直喷式柴油机喷雾、燃烧和碳粒变化历程。大量的研究结果表明：直喷式柴油机燃烧涡流从缸心向侧壁发展，更接近刚性涡特性。当涡流比高达4．5时，着火瞬间油束之间拥有空气的面积还相当多；涡流比过高，油雾和早、中期的火焰被局限于活塞凹坑内，这导致了气缸内空气利用率降低和燃烧后期碳粒增多。     

进气涡流对车用直喷式柴油机瞬态工况下微粒排放的影响

用自行设计的喷气式可变涡流进气系统（ＡＩＶＳＩＳ）调节气缸内的涡流水平,试验研究了进气涡流对车用直喷式柴油机恒转速增转矩瞬态工况下微粒排放的影响,结果表明,对于一定涡流比的瞬态工况,随着转矩变化率的增大,柴油机的微粒排放量逐渐增加,涡流比越小,瞬态工况微粒的排放随转矩变化率增大的速率越高。相同转矩增长率的瞬态工况,随着涡流比的增大,柴油机微粒的排放量逐渐降低。提高恒转速增转矩瞬态工况缸内的涡流强度     

富氧燃烧与EGR对船用柴油机NO-碳烟排放和燃烧特性的影响

针对一台满足TierⅡ排放标准的船用柴油机,采用富氧燃烧与EGR相结合实现NO-碳烟排放同时降低并保证发动机功率没有损失,并探讨了实现TierⅢ排放标准的技术路线.AVLFire软件被用于建立仿真模型.研究表明,当单独使用富氧燃烧时,观察到较短的燃烧持续期、较高的缸内温度和指示功率,碳烟排放减少而NO排放恶化,而单独使用EGR时出现相反的趋势.研究发现,当发动机运行在1 350 r/min,75%负荷工况下,进气氧浓度为21%～24%,EGR率为0～25%时,上述范围内的4种组合可以实现低NO-碳烟排放且指示功率与原机基本持平.正如预期,通过富氧燃烧与EGR优化组合,可得到同时降低NO-碳烟排放低于原机的最佳优化区域.同时也发现,当超过15%的EGR率与较低的氧浓度结合时,可将NO排放降低至TierⅢ标准.     

进气涡流强度对SD2100柴油机性能影响的试验研究

在缸径×冲程 (D×S)为 1 1 0mm× 1 1 5mm ,采用浅ω型燃烧室的二缸柴油机上 ,就进气涡流强度对性能的影响进行了试验研究。结果表明 ,进气涡流强度对柴油机的性能有明显影响 ,为改善性能 ,应选取合适的进气涡流强度。     

进气温度对柴油机无氮燃烧过程的影响

无氮进气(O2/CO2)代替常规空气进行燃烧是一条能够实现柴油机高效、超低排放的技术途径,试验过程中发现进气温度对无氮燃烧过程有着较大的影响。本文运用AVL fire的Diesel的模块对不同进气温度条件下的无氮燃烧过程进行模拟。以进气O2浓度为65%、进气压力为0.095MPa为基础,设置进气温度分别为315K、325K、335K、345K、350K、360K、370K、380K、385K共9组,模拟分析了燃烧开始阶段燃烧产物的生成、不同进气温度对燃烧特性、动力性和经济性的影响。结果表明:进气温度对柴油机无氮燃烧过程的影响主要表现在燃烧开始阶段,当进气温度为360K时,柴油机无氮燃烧特性曲线与常规燃烧曲线趋于一致。     

工质加湿对柴油机NOx排放的影响

介绍了向气缸工质加水的三种方法:柴油掺水乳化法、向燃烧室直接喷水、进气空气增湿法,并分析比较了三种不同方法对柴油机排放及性能的影响。通过进气支管喷水试验得出,工质加湿对降低NOx排放效果明显,且在一定范围内能减少油耗。     

进气涡流强度对SD2100柴油机性能影响的试验研究

在缸径×冲程(D×S)为110mm×115mm,采用浅ω型燃烧室的二缸柴油机上,就进气涡流强度对性能的影响进行了试验研究.结果表明,进气涡流强度对柴油机的性能有明显影响,为改善性能,应选取合适的进气涡流强度.     

EGR率对船用柴油机中低负荷燃烧排放性能影响的仿真及试验研究

在船用高压共轨柴油机TBD234V6上进行了中低负荷工况下EGR率对柴油机燃烧排放性能影响的试验研究。应用AVL-FIRE软件建模,对柴油机缸内燃烧过程进行CFD仿真分析。仿真和试验研究结果表明:中低负荷工况下采用EGR能够有效降低NO_x的排放。EGR率较小时,对柴油机的性能影响较小;当EGR率较大时,柴油机的工作性能恶化,soot排放迅速增多。特定工况下的CFD模拟结果显示:随着EGR率的增加,燃烧过程的最高压力和最高温度降低,放热速率减小,燃烧过程变得平缓。     

喷油嘴孔径和进气涡流对柴油机燃烧特性影响的数值模拟分析

柴油机燃油系统和进气系统是决定发动机性能的关键因素．本文应用三维CFD模拟软件FIRE和燃油喷射模拟软件HYDSIM对柴油机建模、仿真计算,分析了喷油嘴孔径大小和进气涡流强度对柴油机燃烧特性的影响。结果表明,这些参数对柴油机做功及碳烟、NOx排放的影响明显。     

船用低速柴油机扫气口结构对涡流比影响数值模拟与试验研究

船用二冲程柴油机扫气过程中的缸内流场直接影响着燃油的雾化情况,进而也对燃烧过程与排放水平有所影响,涡流比是评价缸内流场湍流强度的一项重要指标。本文首先用数值模拟的方法对某型二冲程船用柴油机进行建模,计算得到不同扫气口结构下的扫气过程的涡流比数据。随后,参考相关测试方法,结合相似准则,设计并进行了扫气口稳流试验。试验结果表明,试验能有效评估不同结构扫气口产生缸内流场涡流的能力,且试验结果与数值模拟结果在趋势上符合程度较好。     

进气加湿结合废气再循环技术对高压直喷双燃料低速机燃烧及排放的影响

基于CONVERGE软件建立了高压直喷双燃料船用发动机三维仿真模型,研究了空气加湿技术和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对发动机燃烧过程及排放的影响,并通过耦合进气加湿、EGR和天然气喷射策略等技术,最终得到满足TierⅢ排放法规的可行性技术路线。结果表明,进气加湿降低NOx排放潜力较大(约55%),且对燃料经济性恶化程度较小(约1.6%);单独采用进气加湿技术难以满足TierⅢ排放标准,60%进气加湿程度结合较低程度EGR率(20%)可进一步提高降低NOx排放的潜力(78%);为降低进气加湿和EGR带来的功率损失,在20%EGR率耦合60%进气加湿氛围下,提前2°曲轴转角喷射天然气可使天然气消耗率可降低约1g/(kW·h),同时NOx排放满足TierⅢ排放法规要求。     

发动机诱导产生进气涡流和可调进气涡流的研究

在稳流气道试验台上开展了诱导产生发动机进气涡流和可调进气涡流的研究工作,证明在短直气道内,通过安装进气导流片能够产生一定强度的进气涡流,再配合另一气道进气流量的控制,可获得发动机缸内可调的进气涡流。非增压发动机试验表明在低速低负荷工况下,发动机的燃油消耗率有明显的改善。