低速二沖程船用柴油機高效清潔燃燒技術的數值模擬研究
發(fā)布時間：2021-07-20 06:26
低速二沖程柴油機具有功率大、可靠性高等優(yōu)點,在船舶推進裝置中占據支配地位。國際海事組織IMO頒布的TierⅢ標準要求NOx排放限值相比于Tier I標準降低約80%,對船用柴油機燃燒技術提出了嚴峻挑戰(zhàn)。控制船用柴油機NOx排放和提高性能的方法包括缸內凈化技術和后處理技術,其中缸內凈化技術成本較低、結構設計簡單,是發(fā)動機開發(fā)中的核心過程。本文針對某型低速二沖程船用柴油機進行了三維數值模擬,研究探討了實現Tier Ⅲ排放的技術方案,對新一代自主低速柴油機的開發(fā)具有重要理論指導意義和工程應用價值。首先,利用Converge三維數值模擬軟件,基于KH-RT的噴霧破碎模型和Shell-CTC燃燒模型,建立了二沖程船用柴油機仿真模擬平臺,并進行了實驗驗證。在此基礎上,研究了EGR、噴油策略（包括噴油正時、噴油壓力、多次噴射技術）、油氣匹配等技術對船舶柴油機燃燒過程和排放的影響規(guī)律,探討了實現TierⅢ的綜合技術方案。研究結果表明,EGR是降低NOx排放最有效的缸內凈化技術,單獨采用EGR可以實現Tier Ⅲ排放標準,但會造成BSFC...
【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：95 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同轉速下IMO排放法規(guī)對NOx的限制[13]
需要了解 NOx的生成機理，進而提出合理的控制技能，需要從高氣體充量、高效燃燒、低機械損耗等角度過程出發(fā)，介紹了船舶柴油機 NOx的生成機理，再從，闡述了不同技術的國內外研究現狀。機 NOx的生成機理燒過程可分為預混燃燒和擴散燃燒，船舶柴油機主要邊燒的模式，會導致火焰內部存在高溫濃混合氣區(qū)，(CO)等不完全燃燒的產物，同時火焰鋒面快速氧化反溫，導致大量的氮氧化物(NOx)生成。的廢氣產物主要包括：N2（75.8%）、O2（13.0%）、CO這四種產物占總量的 99.5%以上。除此之外，由于船CO 和 CxHy 的生成量較小；SOx生成量主要受到燃受到局部溫度的影響。NOx生成量雖然不大，但是對要的有害排放物。圖 1-2 表示了船舶柴油機進排氣各
第一章 緒論技術的發(fā)展，美國康明斯公司在重型柴油機中應用了冷 EGR 技術，日本日野公司開發(fā)了復合 EGR 系統(tǒng)，使控制 NOx排放的潛力更大[19-20]。由于低速二沖程船舶柴油機采用重油，燃油中較高的含硫量會產生各種硫酸產物，對 EGR 系統(tǒng)各部件腐蝕；同時低溫 EGR 系統(tǒng)的管路較長，可能造成 EGR冷卻和增壓冷卻系統(tǒng)和管路的結垢問題。所以高壓 EGR 更適合應用于低速二沖程船用柴油機[21]-[23]。圖1-3為MAN公司典型的高壓EGR系統(tǒng)的布置示意圖[24]，系統(tǒng)通過 EGR 泵克服壓力差將廢氣經過濕式洗滌器(wet scrubber)去除硫化物和顆粒后引入到高壓的掃氣集管處，完成 EGR 系統(tǒng)的工作過程。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]進氣組分對低速船機NOx排放的影響[J]. 劉海峰,張慧祥,王滸,鄒憲. 燃燒科學與技術. 2017(04)
[2]船舶柴油機動力渦輪與渦輪增壓器聯(lián)合優(yōu)化匹配研究[J]. 馮金勇,馮明志,李靜芬,黃偉. 柴油機. 2017(02)
[3]船用低速二沖程柴油機燃油噴射系統(tǒng)發(fā)展概述[J]. 文李明,張志勇,吳朝暉. 柴油機. 2016(01)
[4]基于米勒循環(huán)的柴油機IEGR方法研究[J]. 褚超美,洪佳駿,王成潤. 內燃機工程. 2016(05)
[5]米勒循環(huán)對船用低速柴油機性能影響的仿真研究[J]. 王筱蓉,劉辰朋,尹子峰,尹升奇. 船舶工程. 2014(04)
[6]基于米勒循環(huán)要求的高速船用柴油機凸輪型線設計研究[J]. 李佳,王宇業(yè),陳志忠. 內燃機工程. 2015(05)
[7]大型船舶NOx和SOx控制技術[J]. 魏永,廉寶剛,金賢,張超群. 船舶工程. 2013(S2)
[8]米勒循環(huán)船用低速柴油機燃燒與排放試驗研究[J]. 張俊軍,吳朝暉,王偉,劉鋒華,胡朝霞. 鐵道機車車輛. 2011(S1)
[9]船用柴油機應對IMO Tier Ⅲ排放法規(guī)的技術措施[J]. 張東明,平濤,閆萍,張文正,孫強. 柴油機. 2011(04)
[10]低速船用柴油機電控共軌系統(tǒng)新進展[J]. 張學文,滿長忠,唐運榜,趙寅策. 內燃機. 2010(05)
博士論文
[1]基于EGR和低溫燃燒概念的柴油機燃燒過程研究[D]. 龔英利.天津大學 2009
碩士論文
[1]船用低速二沖程柴油機機內凈化數值模擬研究[D]. 李丹.大連理工大學 2015
[2]低速二沖程柴油機廢氣再循環(huán)仿真研究[D]. 陶一凱.上海交通大學 2015
[3]基于改善柴油機NOx和碳煙折衷關系的噴油和進氣參數的數值模擬[D]. 李小氈.天津大學 2014
[4]利用EGR技術降低渦輪增壓內燃機排氣污染的研究[D]. 楊建坤.天津大學 2007
[5]基于MARPOL73/78附則Ⅵ的船用柴油機排放控制研究[D]. 吳校明.上海海事大學 2006
[6]基于IMO附則Ⅵ的船舶柴油機NOx排放研究[D]. 莊重.上海海事大學 2006
[7]車用直噴式柴油機燃燒過程的多維數值模擬研究[D]. 焦運景.天津大學 2006
[8]船用柴油機氮氧化物排放特性與排放量計算方法研究[D]. 張躍文.大連海事大學 2000
本文編號：3292322
【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：95 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同轉速下IMO排放法規(guī)對NOx的限制[13]
需要了解 NOx的生成機理，進而提出合理的控制技能，需要從高氣體充量、高效燃燒、低機械損耗等角度過程出發(fā)，介紹了船舶柴油機 NOx的生成機理，再從，闡述了不同技術的國內外研究現狀。機 NOx的生成機理燒過程可分為預混燃燒和擴散燃燒，船舶柴油機主要邊燒的模式，會導致火焰內部存在高溫濃混合氣區(qū)，(CO)等不完全燃燒的產物，同時火焰鋒面快速氧化反溫，導致大量的氮氧化物(NOx)生成。的廢氣產物主要包括：N2（75.8%）、O2（13.0%）、CO這四種產物占總量的 99.5%以上。除此之外，由于船CO 和 CxHy 的生成量較小；SOx生成量主要受到燃受到局部溫度的影響。NOx生成量雖然不大，但是對要的有害排放物。圖 1-2 表示了船舶柴油機進排氣各
第一章 緒論技術的發(fā)展，美國康明斯公司在重型柴油機中應用了冷 EGR 技術，日本日野公司開發(fā)了復合 EGR 系統(tǒng)，使控制 NOx排放的潛力更大[19-20]。由于低速二沖程船舶柴油機采用重油，燃油中較高的含硫量會產生各種硫酸產物，對 EGR 系統(tǒng)各部件腐蝕；同時低溫 EGR 系統(tǒng)的管路較長，可能造成 EGR冷卻和增壓冷卻系統(tǒng)和管路的結垢問題。所以高壓 EGR 更適合應用于低速二沖程船用柴油機[21]-[23]。圖1-3為MAN公司典型的高壓EGR系統(tǒng)的布置示意圖[24]，系統(tǒng)通過 EGR 泵克服壓力差將廢氣經過濕式洗滌器(wet scrubber)去除硫化物和顆粒后引入到高壓的掃氣集管處，完成 EGR 系統(tǒng)的工作過程。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]進氣組分對低速船機NOx排放的影響[J]. 劉海峰,張慧祥,王滸,鄒憲. 燃燒科學與技術. 2017(04)
[2]船舶柴油機動力渦輪與渦輪增壓器聯(lián)合優(yōu)化匹配研究[J]. 馮金勇,馮明志,李靜芬,黃偉. 柴油機. 2017(02)
[3]船用低速二沖程柴油機燃油噴射系統(tǒng)發(fā)展概述[J]. 文李明,張志勇,吳朝暉. 柴油機. 2016(01)
[4]基于米勒循環(huán)的柴油機IEGR方法研究[J]. 褚超美,洪佳駿,王成潤. 內燃機工程. 2016(05)
[5]米勒循環(huán)對船用低速柴油機性能影響的仿真研究[J]. 王筱蓉,劉辰朋,尹子峰,尹升奇. 船舶工程. 2014(04)
[6]基于米勒循環(huán)要求的高速船用柴油機凸輪型線設計研究[J]. 李佳,王宇業(yè),陳志忠. 內燃機工程. 2015(05)
[7]大型船舶NOx和SOx控制技術[J]. 魏永,廉寶剛,金賢,張超群. 船舶工程. 2013(S2)
[8]米勒循環(huán)船用低速柴油機燃燒與排放試驗研究[J]. 張俊軍,吳朝暉,王偉,劉鋒華,胡朝霞. 鐵道機車車輛. 2011(S1)
[9]船用柴油機應對IMO Tier Ⅲ排放法規(guī)的技術措施[J]. 張東明,平濤,閆萍,張文正,孫強. 柴油機. 2011(04)
[10]低速船用柴油機電控共軌系統(tǒng)新進展[J]. 張學文,滿長忠,唐運榜,趙寅策. 內燃機. 2010(05)
博士論文
[1]基于EGR和低溫燃燒概念的柴油機燃燒過程研究[D]. 龔英利.天津大學 2009
碩士論文
[1]船用低速二沖程柴油機機內凈化數值模擬研究[D]. 李丹.大連理工大學 2015
[2]低速二沖程柴油機廢氣再循環(huán)仿真研究[D]. 陶一凱.上海交通大學 2015
[3]基于改善柴油機NOx和碳煙折衷關系的噴油和進氣參數的數值模擬[D]. 李小氈.天津大學 2014
[4]利用EGR技術降低渦輪增壓內燃機排氣污染的研究[D]. 楊建坤.天津大學 2007
[5]基于MARPOL73/78附則Ⅵ的船用柴油機排放控制研究[D]. 吳校明.上海海事大學 2006
[6]基于IMO附則Ⅵ的船舶柴油機NOx排放研究[D]. 莊重.上海海事大學 2006
[7]車用直噴式柴油機燃燒過程的多維數值模擬研究[D]. 焦運景.天津大學 2006
[8]船用柴油機氮氧化物排放特性與排放量計算方法研究[D]. 張躍文.大連海事大學 2000
本文編號：3292322
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