【摘要】：能源短缺和環(huán)境污染是現(xiàn)階段全世界都在關(guān)注的問題,作為石油消費大戶的船舶發(fā)動機,隨著船舶能效和排放法規(guī)的日趨嚴格,對其經(jīng)濟性和污染物排放控制的要求越來越高,迫使船舶發(fā)動機向新能源轉(zhuǎn)型,天然氣作為儲量極其豐富的一次替代清潔能源,受到人們的廣泛關(guān)注。但天然氣發(fā)動機存在充氣效率低、缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷葐栴},導致其功率密度不及傳統(tǒng)柴油機,而柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機具有較大功率密度和低燃料消耗,能夠?qū)崿F(xiàn)模式的冗余和備份,在確保發(fā)動機安全可靠運行的同時顯著降低發(fā)動機的排放,是當前實現(xiàn)船舶節(jié)能減排最現(xiàn)實的技術(shù)途徑。在微噴引燃雙燃料發(fā)動機中,過量空氣系數(shù)、引燃柴油噴射參數(shù)的變化會改變缸內(nèi)混合氣濃度、點火能量以及點火時刻,進而影響缸內(nèi)燃料的燃燒過程。故為了合理組織缸內(nèi)的燃燒以優(yōu)化雙燃料發(fā)動機的動力性、排放性,研究不同過量空氣系數(shù)條件下,燃油噴射參數(shù)(微噴量、微噴正時)的變化對發(fā)動機燃燒特性的影響非常重要。故本文采用三維數(shù)值模擬的方法,結(jié)合FIRE軟件對6K雙燃料發(fā)動機1800r/min、100%負荷、扭矩1607N*m、功率303kw工況點,過量空氣系數(shù)分別為2.1、2.3,微噴量分別為為1%、2.5%、5%、10%,噴射正時分別為715°CA、710°CA、707.5°CA、705°CA進行了仿真計算,分析并歸納了微噴量、微噴正時的變化在缸內(nèi)不同過量空氣系數(shù)環(huán)境下對該發(fā)動機燃燒特性的影響規(guī)律,為該發(fā)動機性能的優(yōu)化提供指導。結(jié)果表明,在所研究范圍內(nèi),微噴量的提高和微噴正時的提前,都會提高缸內(nèi)壓力、溫度、放熱率的峰值,加快缸內(nèi)的燃燒進程,縮短缸內(nèi)燃料的燃燒持續(xù)期,提高發(fā)動機的動力性和熱效率,降低發(fā)動機未燃碳氫的排放,增加發(fā)動機NO的排放。但缸內(nèi)燃料的滯燃期會隨著微噴量的增加逐漸縮短,反而會隨著微噴正時的提前逐漸增加,導致發(fā)動機的燃燒噪音也會隨微噴量的增加逐漸降低,隨微噴正時的提前逐漸增加。當微噴量為2.5%、微噴正時為707.5°CA時,發(fā)動機燃油的經(jīng)濟性最高,排放性最好。缸內(nèi)過量空氣系數(shù)由2.1提高到2.3,會使缸壓、燃料的燃燒持續(xù)期、發(fā)動機未燃碳氫的排放有所增加,而溫度、放熱率的峰值、發(fā)動機NO的排放有所降低。當發(fā)動機缸內(nèi)的平均壓力、平均溫度較高時,適當提高缸內(nèi)的過量空氣系數(shù),可在發(fā)動機未燃碳氫排放增加量很小的基礎(chǔ)上,進一步提高發(fā)動機的動力性并顯著降低發(fā)動機NO的排放。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U664.1
【圖文】：

機缸內(nèi)混合氣的渦流、滾流、湍流等運動是無法使用先進的儀器準確目前研究人員大多采用 CFD 技術(shù)來模擬研究發(fā)動機缸內(nèi)的各種工作的計算，可得到發(fā)動機缸內(nèi)任意曲軸轉(zhuǎn)角下的氣體流動、燃燒狀況、能分布等信息。CFD 技術(shù)是基于一系列數(shù)學模型進行求解計算的，其來在空間域和時間域上連續(xù)的物理量的場，如流量場、速度場、溫度個離散點上的變量值的集合來替代，通過一定的原則和方式建立起關(guān)變量之間關(guān)系的代數(shù)方程組，然后求解這些代數(shù)方程組獲得場變量的D 軟件主要依靠流體力學、計算數(shù)學、物理學中的動量守恒定律、質(zhì)守恒定律等基本定理來綜合建立發(fā)動機中進氣湍流、燃氣混合等過程利用 AVL FIRE 軟件對 6K 雙燃料發(fā)動機進行工作過程模擬。使用 F發(fā)動機進行工作過程模擬分析的具體步驟如圖 2.1 所示。本章將按該臺的搭建進行詳細介紹。

圖 2.2 6k 雙燃料發(fā)動機的活塞模型不規(guī)則的零部件，如進氣道（包括進氣總管和進氣確性，利用相關(guān)設(shè)備和軟件對 6K 雙燃料發(fā)動機的到這些復雜結(jié)構(gòu)表面密集點的云集合，再利用 CA實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)模型的搭建。最終搭建好的進氣歧管圖 2.3 和圖 2.4 所示。圖 2.3 進氣總管模型

(b)簡化后雙燃料發(fā)動機模型的俯視圖圖 2.5 簡化后雙燃料發(fā)動機模型的主視圖和俯視圖得到簡化后的 6K 雙燃料發(fā)動機模型后要根據(jù)發(fā)動機氣閥升程數(shù)據(jù)，分別建立該雙燃料發(fā)動機進氣、壓縮、做功沖程的各仿真模型，這樣做的好處是：在模擬雙燃料發(fā)動機進氣沖程、壓縮沖程和做功沖程時，當采用相互獨立的發(fā)動機模型時，能消除由模型精度、模型接觸面間的縫隙造成的發(fā)動機氣缸漏氣的影響，同時還能節(jié)省計算時間。最終各沖程的雙燃料發(fā)動機仿真模型如圖 2.6 和圖 2.7 所示。

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