本文關(guān)鍵詞：中速柴油機(jī)燃用重油排放研究

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【摘要】：隨著全球一體化進(jìn)程越來越快，各國(guó)之間貿(mào)易交流逐漸頻繁，航運(yùn)業(yè)出現(xiàn)了迅猛的增長(zhǎng)期，貨船的保有量不斷增加，使得以重油或柴油為主要原料的柴油機(jī)的排放問題日益嚴(yán)峻。同時(shí)我國(guó)由于輕質(zhì)燃油存貯量少導(dǎo)致原料緊張，而重油資源較為豐富，開發(fā)重油不僅能對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)，而且可以減少能源進(jìn)口，提高國(guó)家能源安全。 然而最近幾年大氣質(zhì)量越來越差，霧霾越來越嚴(yán)重，環(huán)境問題正被越來越多的人關(guān)注和重視。各國(guó)政府和組織都制定了嚴(yán)格的排放法規(guī)，來遏制尾氣排放對(duì)環(huán)境影響，這種大背景下，研究降低燃油重油的排放已經(jīng)到了刻不容緩的時(shí)刻。 本論文以寧波中策動(dòng)力機(jī)電集團(tuán)的柴油機(jī)DN8340為研究對(duì)象，來優(yōu)化柴油機(jī)改燒重油后，降低NOx和碳煙排放的問題。大體思路是通過AVL-BOOST建立發(fā)動(dòng)機(jī)零維燃燒模型，并于試驗(yàn)臺(tái)上采集到的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，來驗(yàn)證零維燃燒模型的正確性，為后面AVL-Fire仿真所需要的數(shù)據(jù)的建立提供支持。 通過AVL-Fire的ESE-Diesel模塊建立發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室并進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，，由于AVL-Fire燃燒模型需要設(shè)定邊界條件，而有些數(shù)據(jù)通過實(shí)驗(yàn)的方法難以測(cè)量或測(cè)量得到的誤差比較大，但是通過AVL-BOOST可以仿真出Fire所需要的初始數(shù)據(jù)。一般船用柴油機(jī)為了節(jié)省燃油，大多數(shù)行駛在最大扭矩點(diǎn)附近，而DN8340最大扭矩點(diǎn)在75%負(fù)荷附近，為了接近實(shí)際情況，本論文中結(jié)果都是在額定轉(zhuǎn)速650r/min、75%的負(fù)荷下仿真得到的。分別通過仿真不同的EGR及噴油提前角對(duì)柴油機(jī)污染物排放的影響。 研究表明當(dāng)重油剛開始噴入時(shí)，NOx幾乎沒有生成，當(dāng)缸內(nèi)溫度達(dá)到1800K時(shí)，就開始有NOx的生成；當(dāng)超過2200K時(shí)，NOx大量的生成，但是如果缸內(nèi)氧氣不足，即使溫度很高，NOx也會(huì)很少生成。通過研究不同的EGR可知，當(dāng)EGR減小時(shí)NOx生成角提前，反應(yīng)速率加快，生成量越多，但是最后恒定在一個(gè)值，它的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并不會(huì)隨著燃燒室做功階段的膨脹而減小。而碳煙在重油噴入氣缸時(shí)就開始大量的生成，并且生成的速率很快就達(dá)到了最大，隨后反應(yīng)速率降低并由開始的正值轉(zhuǎn)變成負(fù)值，產(chǎn)生這個(gè)的原因是燃料噴入氣缸后，開始處于一個(gè)缺氧的不均勻燃燒，這就導(dǎo)致了碳煙的大量生成，但是柴油機(jī)從整體而言是一個(gè)富氧的燃燒過程，所以隨著反應(yīng)的進(jìn)行，碳煙小顆粒與氧氣反應(yīng)燃燒，是碳煙的排放減小的原因。 研究不同的噴油提前角可知，當(dāng)噴油提前角的減小時(shí)，重油噴入時(shí)燃燒室內(nèi)溫度越高，這樣重油噴入燃燒室的時(shí)候，溫度已接近壓燃點(diǎn)，這樣導(dǎo)致油氣混合不是很均勻，導(dǎo)致了重油燃燒的不完全，對(duì)燃油的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性有一定的影響，但是能使重油著火起始點(diǎn)后移，減小氣缸壓力，降低氣缸內(nèi)溫度，破環(huán)NOx大量生成所需要的高溫條件從而降低NOx的生成量。 研究了DN8340燃燒柴油和重油進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)燃燒重油時(shí)NOx排放比柴油高，而氣缸內(nèi)的溫度比柴油低。 綜上所述可以知道通過適當(dāng)?shù)脑黾覧GR，減小噴油提前角來降低發(fā)動(dòng)機(jī)NOx的排放。最后調(diào)節(jié)EGR為0.3，噴油提前角為8°CA，其他參數(shù)不變，比較原型機(jī)與優(yōu)化后的機(jī)子的表現(xiàn)可知， NOx的排放優(yōu)化后比原機(jī)大幅降低，NOx的排放由原來的9.68g/kWh降低到0.88g/kW，符合IMO TierⅢ的排放要求。
【關(guān)鍵詞】：重油 EGR 噴油提前角 AVL-Fire
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U664.121.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 . 緒論11-17
• 1.1 研究目的和意義11-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究對(duì)象14
• 1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 . 零維燃燒模型建立與試驗(yàn)驗(yàn)證17-34
• 2.1 零維模型的數(shù)學(xué)模型17-20
• 2.1.1 能量守恒17-19
• 2.1.2 質(zhì)量守恒方程19
• 2.1.3 氣體狀態(tài)方程19-20
• 2.2 用 BOOST 建立零維模型20-28
• 2.2.1 AVL-BOOST 的簡(jiǎn)介20
• 2.2.2 零維模型的建模型立20-22
• 2.2.3 氣缸的參數(shù)設(shè)置22-24
• 2.2.4 缸壁傳熱模型24-26
• 2.2.5 燃燒放熱規(guī)律26-28
• 2.3 試驗(yàn)方案的確定28-32
• 2.3.1 測(cè)量方法與實(shí)現(xiàn)29-32
• 2.4 計(jì)算模型驗(yàn)證32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 . 柴油機(jī)重油燃燒模型的建立34-47
• 3.1 燃燒室模型建立35-37
• 3.1.1 中策 DN8340 具體參數(shù)35-36
• 3.1.2 三維燃燒模型的建立36-37
• 3.2 邊界條件設(shè)定37-39
• 3.2.1 初始條件37-39
• 3.3 噴霧模型39-43
• 3.3.1 蒸發(fā)模型39-40
• 3.3.2 破碎模型40-42
• 3.3.3 碰壁模型42-43
• 3.4 燃燒模型43-44
• 3.5 排放模型44-46
• 3.5.1 NOx 的生成及排放模型44-45
• 3.5.2 Soot 的生成及排放模型45-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第4章 . 優(yōu)化柴油機(jī)重油燃燒47-64
• 4.1 模型的計(jì)算47-48
• 4.2 EGR 的影響48-53
• 4.2.1 φ—T 的分布49-50
• 4.2.2 缸內(nèi)溫度50-51
• 4.2.3 NOx 與 Soot 的排放51-53
• 4.3 噴油提前角53-59
• 4.3.1 溫度場(chǎng)的分布54-56
• 4.3.2 當(dāng)量比的分布56-57
• 4.3.3 NOx 與 soot 排放57-59
• 4.4 參數(shù)優(yōu)化59-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 第5章 . 重油與柴油的對(duì)比64-69
• 5.1 重油的理化特性64
• 5.2 燃燒對(duì)比64-68
• 5.2.1 溫度的變化規(guī)律65-66
• 5.2.2 NOx 與碳煙的排放66-68
• 5.3 本章小結(jié)68-69
• 第6章 . 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 全文總結(jié)69-70
• 6.2 工作展望70-71
• 致謝71-72
• 附錄72-73
• 參考文獻(xiàn)73-75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1040989