柴油引燃天然氣船用發(fā)動機燃料噴射策略及燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化
發(fā)布時間：2021-08-30 10:43
傳統(tǒng)柴油機排放高,污染大,無法滿足日益嚴格的排放法規(guī)。天然氣因其燃燒清潔、儲量豐富等特點,適合作為傳統(tǒng)柴油機替代燃料。本文基于L23/30型船用柴油機開展研究,將其改造為天然氣進氣方式不同的兩種柴油引燃天然氣雙燃料發(fā)動機,對原發(fā)動機燃燒室結(jié)構(gòu)及噴射器布置進行重新設計,針對天然氣進氣道噴射柴油引燃雙燃料發(fā)動機和雙燃料缸內(nèi)直噴發(fā)動機分別開展不同燃燒室形狀與不同噴射器布置下的發(fā)動機燃燒及排放模擬研究,從而提出對雙燃料發(fā)動機燃燒室形狀及噴射器布置的優(yōu)化方案�；贑H4的GRI3.0機理與NC7H16的Valeri機理構(gòu)建了柴油-天然氣雙燃料燃燒機理,建立了耦合化學反應動力學機理的三維CFD仿真模型,并對所選用的噴霧模型、燃燒模型及排放模型的有效性進行試驗數(shù)據(jù)驗證,利用計算流體仿真軟件CONVERGE開展雙燃料缸內(nèi)燃燒及排放特性數(shù)值模擬研究。對于天然氣進氣道噴射柴油引燃雙燃料發(fā)動機,柴油與天然氣理化性質(zhì)差異大,原柴油發(fā)動機燃燒室結(jié)構(gòu)對于天然氣燃燒并不完全適用,本文在原燃燒室結(jié)構(gòu)基礎上通過改變其喉口直徑、深度比、擠氣形狀,分析和比較...
【文章來源】：江蘇大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
國際海事組織對燃料硫含量限制Fig1.1MARPOLAnnexVIfuelsulfurlimits
柴油引燃天然氣船用發(fā)動機燃料噴射策略及燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化2SulfurControlofFuel（%）Year圖1.1國際海事組織對燃料硫含量限制Fig1.1MARPOLAnnexVIfuelsulfurlimits圖1.2[2]和表1.2[4]給出了國際海事組織自2000年以來針對船舶氮氧化物排放逐步提出的三級排放限制。自2011年起，全球范圍內(nèi)實行TierⅡ標準；自2016年起，NOx排放控制區(qū)內(nèi)實行TierⅢ標準。可以發(fā)現(xiàn)，與最初的一級標準相比，三級標準的提出要求船舶氮氧化物排放降低80%左右。NOxLimit（g/kWh·）RatedEngineSpeed（rpm）圖1.2國際海事組織對NOx排放限制Fig1.2MARPOLAnnexVINOxemissionlimits表1.2MARPOL公約附則Ⅵ中NOx排放標準Table1.2RegulationsonNOxinAnnexMARPOLVI排放標準實施日期適用海域NOx排放限值（g/kW·h）n＜130rpm130rpm≤n＜1999rpmn≥2000rpmTierⅠ2000年1月1日起全球海域17.045·n-0.29.8TierⅡ2011年1月1日起全球海域14.444·n-0.237.7TierⅢ2016年1月1日起特定NOx排放控制區(qū)3.49·n-0.21.96
柴油引燃天然氣船用發(fā)動機燃料噴射策略及燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化61.2.2天然氣發(fā)動機在船舶領域的應用天然氣發(fā)動機誕生于上世紀30年代，經(jīng)過近一個世紀的發(fā)展與變遷，技術日趨成熟，已被廣泛應用于道路運輸、船運行業(yè)等領域。天然氣發(fā)動機種類繁多，按照不同標準，如燃料使用情況、著火方式等，可以進行不同的分類，如圖1.3[11,12]所示。圖1.3天然氣發(fā)動機分類Fig1.3Classificationofnaturalgasengine根據(jù)燃燒室結(jié)構(gòu)設計及發(fā)動機工作原理，船用四沖程天然氣發(fā)動機應用技術大致可分為以下四種，如表1.6[2]所示。表1.6船用天然氣發(fā)動機燃燒技術Table1.6Marinenaturalgasenginescombustiontechnologies燃燒室結(jié)構(gòu)開口燃燒室?guī)ьA燃室著火方式火花塞點火（a）（b）柴油微引燃（c）（d）
【參考文獻】：
期刊論文
[1]2019年全球常規(guī)石油和天然氣發(fā)現(xiàn)[J]. 周慶凡. 石油與天然氣地質(zhì). 2020(02)
[2]米勒循環(huán)協(xié)同廢氣再循環(huán)對高壓直噴天然氣船機的影響研究[J]. 牛培錚,吳朝暉,董晶瑾,李敬瑞,劉海峰,堯命發(fā). 內(nèi)燃機工程. 2019(06)
[3]船運業(yè)應對燃料限硫新規(guī)三種方案經(jīng)濟性比較[J]. 張荻萩,王利寧,吳春芳,戴家權(quán),高振宇. 國際石油經(jīng)濟. 2019(05)
[4]天然氣發(fā)動機燃燒室對性能的影響及優(yōu)化[J]. 韓旭東,黃佐華,陳勤學,楊強,熊杰,楊星. 內(nèi)燃機學報. 2017(03)
[5]船用柴油機排放控制技術[J]. 陳峰. 航海. 2016(04)
[6]缸內(nèi)高壓直噴柴油/天然氣噴射混合過程分析[J]. 張州榕,王謙,何志霞,戴禮明,吳玉強,高志勝. 工程熱物理學報. 2015(10)
[7]標準法規(guī)對船舶大氣污染物排放不斷提出新要求[J]. 孫猛. 船舶標準化與質(zhì)量. 2015(02)
[8]CNG發(fā)動機燃燒室形狀對氣流運動和燃燒特性的影響[J]. 江冰,武昭暉,何云堂. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2015(01)
[9]燃燒室形狀對柴油-甲醇雙燃料發(fā)動機碳煙排放的影響[J]. 王洪夫,謝亞清. 南昌大學學報(工科版). 2011(02)
[10]點火時刻對缸內(nèi)直噴汽油機燃燒過程影響的研究[J]. 高瑩,李書華,楊世春,李君. 汽車技術. 2011(02)
博士論文
[1]天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機燃燒的數(shù)值研究及優(yōu)化[D]. 吳振闊.湖南大學 2018
[2]基于缸內(nèi)熱化學重整的點燃式天然氣發(fā)動機研究[D]. 何卓遙.上海交通大學 2018
[3]甲醇/柴油活性控制壓燃式發(fā)動機的數(shù)值研究及熱力學分析[D]. 李耀鵬.大連理工大學 2017
[4]BUMP燃燒室"內(nèi)混合氣形成及缸內(nèi)氣流運動的研究[D]. 趙昌普.天津大學 2003
碩士論文
[1]開口燃燒室及油氣室匹配對柴油機傳熱損失和熱效率的影響[D]. 盧宏廣.華中科技大學 2019
[2]柴油噴射策略對船用雙燃料發(fā)動機燃燒和排放特性的影響[D]. 賈崎.哈爾濱工程大學 2019
[3]預燃室式天然氣發(fā)動機流動和燃燒的數(shù)值模擬[D]. 王梅.江蘇大學 2018
[4]柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動機雙燃料噴射混合特性研究[D]. 邵長勝.江蘇大學 2018
[5]替代率和噴油時刻對雙燃料發(fā)動機低負荷性能的影響[D]. 付本奇.吉林大學 2017
[6]燃燒室形狀對引燃柴油自燃規(guī)律及缸內(nèi)流場的影響[D]. 李慧.吉林大學 2017
[7]基于同軸噴射技術的天然氣/柴油雙燃料射流噴射及其相互作用[D]. 譚小強.江蘇大學 2017
[8]柴油引燃天然氣直噴發(fā)動機噴射燃燒過程的影響因素研究[D]. 韓丹.江蘇大學 2017
[9]船用柴油機燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化及進氣系統(tǒng)匹配研究[D]. 王耀輝.天津大學 2017
[10]直噴天然氣發(fā)動機缸內(nèi)混合和燃燒過程研究[D]. 范新雨.天津大學 2017
本文編號：3372632
【文章來源】：江蘇大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
國際海事組織對燃料硫含量限制Fig1.1MARPOLAnnexVIfuelsulfurlimits
柴油引燃天然氣船用發(fā)動機燃料噴射策略及燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化2SulfurControlofFuel（%）Year圖1.1國際海事組織對燃料硫含量限制Fig1.1MARPOLAnnexVIfuelsulfurlimits圖1.2[2]和表1.2[4]給出了國際海事組織自2000年以來針對船舶氮氧化物排放逐步提出的三級排放限制。自2011年起，全球范圍內(nèi)實行TierⅡ標準；自2016年起，NOx排放控制區(qū)內(nèi)實行TierⅢ標準。可以發(fā)現(xiàn)，與最初的一級標準相比，三級標準的提出要求船舶氮氧化物排放降低80%左右。NOxLimit（g/kWh·）RatedEngineSpeed（rpm）圖1.2國際海事組織對NOx排放限制Fig1.2MARPOLAnnexVINOxemissionlimits表1.2MARPOL公約附則Ⅵ中NOx排放標準Table1.2RegulationsonNOxinAnnexMARPOLVI排放標準實施日期適用海域NOx排放限值（g/kW·h）n＜130rpm130rpm≤n＜1999rpmn≥2000rpmTierⅠ2000年1月1日起全球海域17.045·n-0.29.8TierⅡ2011年1月1日起全球海域14.444·n-0.237.7TierⅢ2016年1月1日起特定NOx排放控制區(qū)3.49·n-0.21.96
柴油引燃天然氣船用發(fā)動機燃料噴射策略及燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化61.2.2天然氣發(fā)動機在船舶領域的應用天然氣發(fā)動機誕生于上世紀30年代，經(jīng)過近一個世紀的發(fā)展與變遷，技術日趨成熟，已被廣泛應用于道路運輸、船運行業(yè)等領域。天然氣發(fā)動機種類繁多，按照不同標準，如燃料使用情況、著火方式等，可以進行不同的分類，如圖1.3[11,12]所示。圖1.3天然氣發(fā)動機分類Fig1.3Classificationofnaturalgasengine根據(jù)燃燒室結(jié)構(gòu)設計及發(fā)動機工作原理，船用四沖程天然氣發(fā)動機應用技術大致可分為以下四種，如表1.6[2]所示。表1.6船用天然氣發(fā)動機燃燒技術Table1.6Marinenaturalgasenginescombustiontechnologies燃燒室結(jié)構(gòu)開口燃燒室?guī)ьA燃室著火方式火花塞點火（a）（b）柴油微引燃（c）（d）
【參考文獻】：
期刊論文
[1]2019年全球常規(guī)石油和天然氣發(fā)現(xiàn)[J]. 周慶凡. 石油與天然氣地質(zhì). 2020(02)
[2]米勒循環(huán)協(xié)同廢氣再循環(huán)對高壓直噴天然氣船機的影響研究[J]. 牛培錚,吳朝暉,董晶瑾,李敬瑞,劉海峰,堯命發(fā). 內(nèi)燃機工程. 2019(06)
[3]船運業(yè)應對燃料限硫新規(guī)三種方案經(jīng)濟性比較[J]. 張荻萩,王利寧,吳春芳,戴家權(quán),高振宇. 國際石油經(jīng)濟. 2019(05)
[4]天然氣發(fā)動機燃燒室對性能的影響及優(yōu)化[J]. 韓旭東,黃佐華,陳勤學,楊強,熊杰,楊星. 內(nèi)燃機學報. 2017(03)
[5]船用柴油機排放控制技術[J]. 陳峰. 航海. 2016(04)
[6]缸內(nèi)高壓直噴柴油/天然氣噴射混合過程分析[J]. 張州榕,王謙,何志霞,戴禮明,吳玉強,高志勝. 工程熱物理學報. 2015(10)
[7]標準法規(guī)對船舶大氣污染物排放不斷提出新要求[J]. 孫猛. 船舶標準化與質(zhì)量. 2015(02)
[8]CNG發(fā)動機燃燒室形狀對氣流運動和燃燒特性的影響[J]. 江冰,武昭暉,何云堂. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2015(01)
[9]燃燒室形狀對柴油-甲醇雙燃料發(fā)動機碳煙排放的影響[J]. 王洪夫,謝亞清. 南昌大學學報(工科版). 2011(02)
[10]點火時刻對缸內(nèi)直噴汽油機燃燒過程影響的研究[J]. 高瑩,李書華,楊世春,李君. 汽車技術. 2011(02)
博士論文
[1]天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機燃燒的數(shù)值研究及優(yōu)化[D]. 吳振闊.湖南大學 2018
[2]基于缸內(nèi)熱化學重整的點燃式天然氣發(fā)動機研究[D]. 何卓遙.上海交通大學 2018
[3]甲醇/柴油活性控制壓燃式發(fā)動機的數(shù)值研究及熱力學分析[D]. 李耀鵬.大連理工大學 2017
[4]BUMP燃燒室"內(nèi)混合氣形成及缸內(nèi)氣流運動的研究[D]. 趙昌普.天津大學 2003
碩士論文
[1]開口燃燒室及油氣室匹配對柴油機傳熱損失和熱效率的影響[D]. 盧宏廣.華中科技大學 2019
[2]柴油噴射策略對船用雙燃料發(fā)動機燃燒和排放特性的影響[D]. 賈崎.哈爾濱工程大學 2019
[3]預燃室式天然氣發(fā)動機流動和燃燒的數(shù)值模擬[D]. 王梅.江蘇大學 2018
[4]柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動機雙燃料噴射混合特性研究[D]. 邵長勝.江蘇大學 2018
[5]替代率和噴油時刻對雙燃料發(fā)動機低負荷性能的影響[D]. 付本奇.吉林大學 2017
[6]燃燒室形狀對引燃柴油自燃規(guī)律及缸內(nèi)流場的影響[D]. 李慧.吉林大學 2017
[7]基于同軸噴射技術的天然氣/柴油雙燃料射流噴射及其相互作用[D]. 譚小強.江蘇大學 2017
[8]柴油引燃天然氣直噴發(fā)動機噴射燃燒過程的影響因素研究[D]. 韓丹.江蘇大學 2017
[9]船用柴油機燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化及進氣系統(tǒng)匹配研究[D]. 王耀輝.天津大學 2017
[10]直噴天然氣發(fā)動機缸內(nèi)混合和燃燒過程研究[D]. 范新雨.天津大學 2017
本文編號：3372632
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