高压共轨船用柴油机燃烧与排放数值研究

为研究高压共轨船用柴油机燃烧与排放特性,应用CFD软件fire对某型船用柴油机喷雾燃烧进行了三维数值模拟。计算得到了不同轨压和不同喷油提前角下的燃油液滴分布、当量比分布、缸内燃烧温度和压力分布,以及NOx和soot质量分数分布等,同时还得到了油耗与指示功率值。对比研究了共轨压力和喷油提前角对燃烧和排放的影响。     

EGR及进气压力对双燃料发动机燃烧和排放的影响

为解决船舶柴油机排放的NOx、soot和CO等污染物过多的问题,以济南柴油机厂出产的4190ZLC-2型船用中速机为研究对象,运用AVLF FIRE软件构建双燃料燃烧室模型,并验证该模型的准确性.通过仿真试验研究甲醇掺混比为20％的情况下,不同EGR率和进气压力对柴油机燃烧、排放和动力特性的影响,保证在柴油机正常燃烧性能情况下得出最佳的EGR率和进气压力.研究结果表明:EGR引入并配合混合燃料能大幅降低NOx排放量,可满足国际海事组织TierⅢ排放标准;放热率曲线会随着EGR率的增大而后移,且峰值增加,同时柴油机的动力性有不同程度的下降.在EGR的基础上适当提高进气压力不仅能优化柴油机动力性,而且可进一步降低NOx、soot和CO排放.经分析,当掺混比为20％、EGR率为10％时,NO排放较原机排放降下76.9％,soot排放量降低40.7％,指示功率降为51.26 kW;当进气压力提高至0.213 MPa时,指示功率增大至52.88 kW,柴油机的动力性得到优化.     

不同供油提前角对船用柴油机排放的影响

本文建立T6138ZLCZU直喷柴油机计算模型,模拟研究不同供油提前角对船用柴油机排放的影响,并通过实验实测了不同供油提前角下船用柴油机的排放。研究结果表明:随供油提前角的增大,缸内温度和缸内压力都有所增高,NOx的排放量增加,碳烟的排放量减少,最终生成的碳烟的平均粒径变小,供油提前角的变化对最终生成的碳烟平均数密度影响较小;PM排放与NOx排放之间呈现出此消彼长的相互关系。本文研究为柴油机喷油参数优化提供参考,为进一步降低柴油机排放提供理论依据。     

压缩比对船用中速柴油机燃烧性能的影响

采用AVL_FIRE三维CFD软件,对某船用中速柴油机缸内喷雾、燃烧过程进行仿真计算,分析在不同压缩比缸内不同时刻浓度场、滞燃期、索特平均直径以及贯穿距等因素,得出压缩比对某船用中速柴油机燃烧过程及排放性能影响的规律及机理。     

燃用重油对船用柴油机排放的影响

在一台船用高速柴油机上分别进行燃用轻油(0#柴油)和重油(180 mm2/s)的试验,对比分析不同燃油时的排放特性。试验结果表明,与燃用轻油相比,在额定转速不同负荷百分比下,燃用重油时的NOx排放水平相差不大,只是在100%负荷时重油的NOx排放略高于轻油;对于CO和烟度排放,除了100%负荷点相近外,其余负荷点都是重油远高于轻油,并且是负荷越低差别越大;而对于THC排放,除低负荷点轻油略高于重油外,中高负荷点都是重油高于轻油。     

船用柴油机排放控制技术

根据国内外的降低船用柴油机NO_X和SO_X排放方面最新的成果和科研动态,主要介绍了当前正在研究或者已经应用于实际的有效降低柴油机NO_X和SO_X排放的技术措施,并分析了各种技术方法的特点和在实际应用过程中面临的问题。     

船用柴油机的排放控制

由于人们对环境保护越来越重视,国际海事组织(IMO)已对船用柴油机的排放作出了限制.本文主要介绍降低船用柴油机氮氧化物排放的几种新技术,如燃油喷水乳化法(FEW)、空气加湿法(HAM)和选择催化还原法(SCR)等.这些方法都可有效地降低柴油机的氮氧化物的排放.     

双燃料发动机进气道加湿燃烧性能仿真

针对柴油机因掺烧生物柴油而带来的NO_x排放浓度升高的问题,提出了柴油-生物柴油结合进气道加湿的方法,对4190柴油机进行仿真。将台架试验数据与仿真结果进行对比,以验证模型的准确性。设置4组生物柴油掺混比及4组水油比进行仿真分析。在生物柴油掺混比为30%、水油质量比为2时,指示功率为52.4 kW,比原机指示功率下降4.73%,NO生成质量分数为5.88×10^-5,比原机仿真数据降低76.85%。该优化方案在保证动力性的前提下能极大地降低NO_x排放,为生物柴油实际应用提供一定的指导。     

油品对船用高速柴油机排放的影响

试验研究不同燃油对某船用高速柴油机排放的影响.试验结果表明燃用欧Ⅱ标准柴油时的排放相对普通柴油:NOx、PM排放分别降低了9.6%和22.5%;HC、CO排放以及比油耗均有所降低;烟度与颗粒排放在某种程度上呈现同方向变化的关系.     

船用增压柴油机不同负荷下燃烧排放性能研究

为了研究柴油机在不同运行工况下偏心燃烧室缸内燃烧及排放情况,采用三维流体数值分析软件AVL FIRE建立某型柴油机燃烧及排放的计算模型。通过对不同负荷下柴油机燃烧及排放的模拟,计算该型柴油机缸内压力、温度等参数随曲轴转角的变化及燃烧温度、燃空当量比、NO和Soot的分布情况。研究表明：随着负荷的增加,在高负荷下易出现燃油撞壁现象;NO生成量随着负荷的增大而增加,在负荷增大到一定值时反而减小;NO生成主要分布于燃烧室偏心侧,高工况时NO大量生成在燃烧室边缘;Soot主要集中在油束与缸盖之间的缝隙位置。     

喷油器参数对船用低速机燃烧特性 影响的仿真研究

对某船用低速二冲程柴油机在不同喷油器参数下的喷油及燃烧过程进行了三维CFD性能仿真分析。结果表明：随着喷油器喷孔数量增多,燃油蒸发雾化质量更好,进而对燃烧过程和排放物生成产生明显影响;同样,随着喷油器喷孔夹角减小,燃油蒸汽分布的区域更广,进而对燃烧过程和排放物生成产生明显影响;研究能够为喷油器参数优化,燃油喷射系统改进提供参考。     

中高速船用柴油机燃用重油的应用

阐述重油的理化特性,分析中高速船用柴油机燃用重质燃料油对发动机工作性能的影响;强调为适应燃用重油,需要对柴油机及相关系统所采取的有效改进措施,加强柴油机运行管理。     

双卷流燃烧室与燃油喷射系统匹配对柴油机排放的影响

利用AMESim液压仿真软件建立了某船用柴油机燃油喷射系统仿真模型,对燃油喷射系统的相关结构参数进行优化。再利用AVL_FIRE软件将优化结果与原机燃烧室基础上设计的双卷流燃烧室进行缸内燃烧计算,同时研究油束夹角为150°、155°、160°时对排放特性的影响。研究结果表明,0.24mm-14.0mm-0.46mm·(Ca A)-1-950mm-155°(喷孔直径-柱塞直径-凸轮型线速度-高压油管长度-油束夹角)参数组合,可以将喷油压力提高到105MPa,碳烟生成质量分数较原机降低约0.01‰,油束夹角为155°时,碳烟质量分数较油束夹角为150°和160°时低0.02‰~0.08‰,NOX质量分数较油束夹角为150°和160°时低0.03‰~0.12‰。     

船舶柴油机燃料油使用性能

叙述分析了掌握船舶柴油机燃料油点火燃烧特性的重要性及目前国内外对点火燃烧特性的研究和评价方法,给出在交通部上海船舶运输科学研所“Ｂｏｎｌｅｓ３ＤＮＬ１７０／６００ＨＦ”台架上对国内各海运局普遍燃用的几种燃料油和最近中国石油化工总公司以新工艺（减粘裂化）生产的船舶柴油机燃料油就点火燃烧特性进行试验研究的结果,得出这些燃料油的适用性结论。     

G4135柴油机燃烧过程数值模拟的研究

采用三维CFD软件,以G4135直喷式柴油机为对象,运用多维燃烧模型,对缸内燃烧过程进行数值模拟。计算了不同曲轴转角下的气体速度、压力、温度、氧气浓度和碳烟浓度等,计算所得数据与相关文献相吻合。结果表明FLUENT所提供的燃烧模型可以作为预测柴油机缸内燃烧的一种有效手段,并为进一步研究同类型柴油机的燃烧性能提供了依据。     

船用柴油机排气后处理技术进展

随着航运业的不断发展,船用柴油机排放污染物也已成为日趋严重的污染源。本文综述了船用柴油机排气中NOx、SOx．颗粒物、HC和COx等的后处理方法和技术,重点介绍NOx和SOx的净化技术．最后展望了船用柴油机排气控制技术的发展方向。     

基于正交—主元分析对柴油机燃烧参数匹配优化

基于电控化改造后的4190柴油机,利用AVL—FIRE软件建立天然气—柴油双燃料发动机燃烧室高压循环模型,并与原机进行验证。采用正交试验法以指示功率和NOX生成量为优化目标,并对燃烧参数进行匹配,进行仿真试验。利用主成分分析法对仿真结果进行优化分析,将优化结果与正交试验结果对比并最终代入模型进行检验。通过正交—主成分分析得出：柴油机运行参数对低温燃烧影响的主次顺序与正交试验设计基本一致,且具有更高的可靠性和准确度。优化后的参数为：天然气替代率45%,进气压力0.224MPa,EGR率12.5%,进气温度335.15K,喷油提前角22.7°对应的指示功率为37.83kW,NOX生成质量分数比原机降低78.73%,比极差分析最优组合降低10.92%。该优化方案在保证动力性的前提下可以有效地降低NOX排放。     

燃油系统参数优化对双燃料船用发动机性能的影响

基于4190ZLC-2型船用中速柴油机,利用AVL FIRE仿真软件建立天然气/柴油双燃料发动机燃烧高压循环模型;采用一次回归正交试验设计方法对燃油系统5个参数进行优化,建立以油耗率和NO_X排放量为目标函数的数学预测模型,进而找出油耗率和NO_X排放量最优的参数组合。结果表明:建立的油耗率、NO_X排放量数学预测模型精确度较高,预测值与仿真值误差低于3%,可用于参数优化匹配研究;优化后的油耗率和NO_X排放量相比正交试验设计最优组合分别降低约3.8%和98%;油耗率最小的参数组合为:70%-0-355.15 K-0.223 MPa-22.6°CA(天然气替代率-EGR率-进气温度-进气压力-喷油提前角);NO_X排放质量分数最低的参数组合为:67%-12.5%-336.55 K-0.205 MPa-21.88°CA(天然气替代率-EGR率-进气温度-进气压力-喷油提前角)。     

某船用中速柴油机NOx排放特性分析

对一船用中速柴油机进行了NOx排放试验,得出并分析了其用作船舶主机时,在持续运行区域内随运行工况变化的NOx排放特性.柴油机NOx排放水平与其运行工况密切相关.对于按推进特性运行的船舶主机,排放法规有必要针对NOx排放实船测试特点,规定合适的标准测试工况,并在台架试验的基础上对因测试工况偏差而引起的NOx排放误差进行修正.