燃气预喷对高压直喷天然气船机的影响研究

针对高压直喷(HPDI)天然气双燃料低速船机的燃料喷射系统,研究了不同的天然气预喷策略对发动机燃烧特性及性能的影响,探究了适用于低速船机燃烧系统的天然气喷气规律。利用计算流体力学(CFD)软件Converge建立了HPDI天然气双燃料的单缸机仿真模型,与试验数据进行标定后,计算得到了不同预喷间隔及预喷比例下发动机燃烧性能和排放数据。分析计算结果表明,预喷策略的采用影响了燃烧过程中预混燃烧的比例,从而影响了燃烧放热相位及燃烧等容度。预喷比例相比预喷间隔对燃烧过程的影响更显著,后者在较大预喷比例下才会明显影响缸内燃烧放热过程。合理优化预喷策略可控制预混燃烧程度,从而同时改善NOx排放和油耗。不同的预喷策略使得缸内碳烟分布区域不同;与无预喷算例相比,采用预喷策略的算例最终碳烟排放量偏高。     

天然气后喷对高压直喷天然气船机燃烧和排放的影响研究

对于高压直喷天然气发动机,尽管其碳烟排放低于传统柴油机,但由于引燃油和直喷天然气存在扩散燃烧过程,因此其碳烟排放较低压天然气更高,需要进一步降低碳烟排放以满足严格排放法规的要求。本文利用流体动力学软件Converge建立了高压直喷天然气船机的三维仿真模型,基于该模型研究了后喷策略对高压直喷天然气船机燃烧和排放的影响。结果表明：随着后喷比例增大,最高爆压略微升高,燃烧持续期增长；随着喷射间隔的增大,最高爆压不变,但后喷燃烧相位推迟,燃烧持续期增长。与无后喷算例相比,后喷比例增大到10%和20%时,碳烟排放分别降低了7.7-13.5%和1.5-11.5%,NOx排放分别升高了12-15%和5-7%,指示燃油消耗率分别增大了约0.1%和1%；而后喷比例为30%时,碳烟排放升高了2-8%,NOx排放降低了5-7.7%,指示燃油消耗率增大了约2.3%。研究为高压天然气喷射满足更加严格的排放法规提供理论基础。