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。     

双燃料低速船机火焰发展和污染物生成机理

基于计算流体力学平台CONVERGE以及MATLAB后处理程序,通过数值仿真的方法,研究了船用柴油-天然气双燃料发动机预燃室内外的着火燃烧过程和火焰发展机制.此外,研究了双燃料发动机有害污染物氮氧化物(NOx)和碳氢(HC)生成及迁移过程.结果表明:整个燃烧过程分为三个阶段,首先,在预燃室内的流动和进气作用下,近通孔处...     

低速船用柴油机主轴承弹流润滑性能分析

以某低速二冲程船用柴油机为研究对象，结合弹性流体动力学、多体动力学以及有限元方法，建立了包含机架-机座-主轴承盖-曲轴的整机动力学润滑耦合分析模型，对低速船舶柴油机主轴承的润滑性能进行研究。研究结果表明:第7主轴承(靠近飞轮端)润滑性能最为恶劣，总压峰值达到87.95 MPa，高出其他主轴承19.7%至413.7%不等；在整个推进工况主轴承油膜厚度均满足最小膜厚要求；不同工况轴承液动润滑和混合润滑的时间占比也不尽相同，液动润滑占比从100%负荷的20.7%提高到25%负荷的99.3%；轴承结构对主轴承的润滑磨损性能有较大影响，径向间隙的设计须综合考虑油膜承载与摩擦功耗。     

预燃室火焰射流对双燃料着火燃烧过程的模拟研究

基于计算流体力学(CFD)程序耦合动力学机理,研究了一台大型低速二冲程船用柴油机改装的柴油-天然气双燃料发动机预燃室系统的布置方案对射流火焰发展过程的影响,以及由此对缸内流动、燃烧和有害污染物氮氧化物(NO_x)生成历程的影响。结果表明:预燃室方案造成射流火焰对撞会对碰撞区域及周围流场产生较大扰动,同时在碰撞区域形成富燃区,抑制该区域内NO_x的生成;射流火焰不碰撞则会增大其贯穿距离,实现更大空间范围的多点着火,放热更集中,同时会因较高的温度使NO_x排放上升;此外射流火焰与缸盖、活塞和缸套等壁面接触会显著降低其流动速度和燃烧温度,造成燃烧效率下降,缸内湍动能减小,在实际应用中应尽可能避免。     

船用低速柴油机燃用重油的酸露点温度分析

以某型低速柴油机为研究对象,采用性能仿真软件搭建发动机模型,得到缸内温度、压力及成分变化规律;结合SO_3生成反应化学动力学模型,计算分析燃气酸露点温度随曲轴转角的变化规律。结果表明:随着活塞的下行,酸露点温度下降;且缸内温度下降的速度大于酸露点温度的降幅,因此在低负荷时下止点附近容易出现酸低温腐蚀现象。指出冷却系统设计时要充分考虑这个因素。     

柴油机缸盖有限元分析

用Abaqus将对流热边界耦合至固体传热计算中,得到柴油机缸盖的温度场.在此基础上进行预紧力和爆发压力-热应力2种工况的数值仿真.仿真结果可以帮助确定各影响因素造成的缸盖应力集中的主要位置,为结构设计和改进提供参考.     

低压喷射天然气双燃料船机清洁燃烧策略的数值模拟

基于三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,研究了排气阀关闭时刻(EVC)、废气再循环(EGR)、引燃油喷射时刻(PFIT)对船用低速二冲程双燃料发动机有害污染物氮氧化物(NOx)生成的影响,并分析了多种技术路线耦合对NOx排放和燃油经济性的综合作用.结果表明:排气阀推迟关闭降低NOx排放效果显著;废气再循环是降低NOx排放最有效的措施;推迟引燃油喷射时刻可以使主燃烧过程滞后,实现NOx排放的降低.推迟PFIT耦合EGR可以在较明显降低NOx的同时保持比较好的燃油经济性,推迟EVC耦合EGR可以实现超低NOx排放.     

增材制造技术在船用柴油机产业的应用

介绍了增材制造技术的发展及特点,以此为基础探讨了增材制造技术在船用柴油机产业可能的应用方向和前景。指出:增材制造技术在船用柴油机产业的应用是大势所趋,应尽早实践。     

米勒循环协同废气再循环对高压直喷天然气船机的影响研究

基于CONVERGE建立了高压直喷(high-pressure direct injection,HPDI)天然气低速船机三维仿真模型,并基于该模型研究了米勒循环和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对发动机燃烧特性及污染物排放的影响规律,探究了米勒循环耦合EGR路线满足TierⅢ排放法规的可行性。研究结果表明,单独使用30%EGR率可满足TierⅢ排放标准,但指示油耗和碳烟排放增加显著;应用米勒循环降低NOx排放的潜力低于EGR;过大的排气门晚关角度会增大压气机工作负荷,且降低等量NO_x排放情况下油耗牺牲较大;采用25%EGR率耦合小程度米勒循环(排气门关闭时刻推迟5°曲轴转角)并适当提前天然气喷射正时(提前2°曲轴转角),可在指示油耗仅增加1.58%的前提下降低77%的NO_x排放,是满足TierⅢ排放法规可行的技术路线。     

6EX340EF柴油机试车台轴系扭转振动分析

基于集总参数方法搭建了自主开发的6EX340EF柴油机试车台轴系的扭转振动模型，并开展了自由振动计算，得到了试车台轴系的前三阶固有频率及振型；同时，分别采用连续升降转速以及稳态测量方法开展了试车台轴系的扭转自由振动测试。两者的比较分析验证了轴系模型的准确性，在此基础上对试车台轴系在不同载荷情况下的扭振应力进行了反推，评估了6EX340EF柴油机试车台轴系扭振的安全性。