如今,隨著環(huán)境污染和能源危機等問題日益嚴重,排放法規(guī)越加的嚴格,使用成本低廉、清潔安全的天然氣替代傳統(tǒng)柴油作為船舶的的主要燃料成為最新的發(fā)展趨勢。但是以天然氣作為主要燃料存在著混合氣火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?充氣效率低等問題。因此,研究如何噴射天然氣能夠在發(fā)動機壓縮階段結(jié)束時形成有利于天然氣快速燃燒與火焰?zhèn)鞑サ奶烊粴夥植际请p燃料發(fā)動機領(lǐng)域一大研究熱點。噴氣方向與噴氣正時直接影響天然氣在缸內(nèi)的分布情況。本文針對某型號柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機,使用三維數(shù)值模擬的方法對發(fā)動機的進氣,壓縮,燃燒階段的影響進行了研究,旨在改善雙燃料發(fā)動機的動力性,經(jīng)濟性與排放性。本文設計了4種天然氣噴射方向方案,分別為0度,30度,45度,90度四種噴氣方向。詳細研究了不同噴氣方向?qū)Πl(fā)動機各個階段的影響。選擇合適的燃氣噴射方向,會使天然氣的分布更有利于提高發(fā)動機的燃燒性能,使發(fā)動機內(nèi)的各個流場向著更有利于天然氣燃燒的情形發(fā)展,從而提升發(fā)動機的性能。對于該型號雙燃料發(fā)動機,在100%負荷工況時,選擇90度噴氣方向最有利于天然氣的快速燃燒,燃燒過程中缸內(nèi)峰值溫度壓力較原機分別提升了5.7%與12.5%,但是相應的NO的排放升... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

013年能源消耗結(jié)構(gòu)

3圖1.2.石油與煤炭的開采除了能源的緊缺，柴油發(fā)動機每年都會排放大量有害物質(zhì)，排放物中包含HC，CO2，NOx，和PM等物質(zhì)，當這些物質(zhì)排放到大氣后，會形成一系列問題，對人類社會的展，人們的生活環(huán)境，以及健康產(chǎn)生一系列的影響。排放物中的CO進入人體后會使人體缺氧，大腦與中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能衰退，輕則頭痛昏厥重則死亡。排放物中NOX的危害最大，無色無味，環(huán)境質(zhì)量報告顯示，我國很多城市的NOX濃度已經(jīng)嚴重超標，排放物中的NOx是嚴重的致癌物質(zhì),人們?nèi)绻L期處于僅僅是低濃度NO污染狀態(tài)下的環(huán)境中，就會引發(fā)呼吸道感染，慢性支氣管，肺結(jié)核等疾病[23]。排放物中的SO2會引起酸雨，對建筑，農(nóng)業(yè)，工業(yè)有很大的影響，碳煙的危害性更不用多說，近年來有關(guān)霧霾的報道屢見不鮮，霧霾的天氣叫人觸目驚心，對人們的呼吸系統(tǒng)造成巨大損傷[24]。與此同時，排放法規(guī)也愈加的嚴格，國家嚴格限制發(fā)動機排放物中各種污染物的最大允許排放量。自2011年開始，在IMO的締約國的海域內(nèi)將啟用更加嚴格的TierII排放法規(guī)。該法規(guī)的NOx最大排放量比原來2000年的頒布的TierI的允許排放量降低18%。2016年頒布的TierIII階段法規(guī)，NOx排放的極限（ECA地區(qū)）排放量比TierI階段下調(diào)80%以上[25-29]。表1.1NOx的排放限制額定轉(zhuǎn)速n/(r/min)n<130130≤n≤2000n>2000TierI(2000)/g/(KW.h)17.045×n-0.29.84TierII(2011)/g/(KW.h)14.3644×n-0.237.66TierIII(2016)/g/(KW.h)非ECA14.3644×n-0.237.66TierIII(2016)/g/(KW.h)ECA3.049×n-0.21.97

9位置對應的燃燒發(fā)光強度，從側(cè)面驗證了不同噴射位置對發(fā)動機特性的影響[50]。如圖1.4所示圖1.4天然氣不同噴射位置示意圖吉林大學的王聘璽在一臺柴油機的進氣道中安裝壓縮天然氣噴嘴，如圖1.5所示。通過AVLFIRE軟件對該噴嘴的安裝位置進行研究，改變噴嘴節(jié)點和進氣閥門的距離，壓縮天然氣的安裝角度，壓縮天然氣的噴嘴直徑以及噴射壓力。根據(jù)渦流比，流量系數(shù)結(jié)果以及3D截圖分析這些參數(shù)對天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機的影響。研究結(jié)果表明當進氣閥距離進氣道與閥門間距為10mm，天然氣噴射角度為73°CA，天然氣噴射壓力0.15MPa，天然氣噴嘴直徑為0.33mm時，該型號的天然氣/柴油雙燃料的進氣性能最好[51]。1發(fā)動機進氣歧管2CNG接長噴射位置3安裝平臺4進氣閥門5氣缸6噴嘴節(jié)點與進氣閥門間距8CNG噴射壓力圖1.5CNG噴嘴位置安裝示意圖吉林大學的余小草通過多種角度研究了進氣位置和噴氣正時對重型點燃式天然氣發(fā)動機的性能影響，研究發(fā)現(xiàn)隨著噴氣正時的延后，燃燒室內(nèi)的天然氣混合氣分布會由上稀下濃逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯蠞庀孪�，并且峰值壓力會越來越高，但是噴氣位置對天然氣混合氣分布與缸內(nèi)湍動能影響不大。I.Y.Ohm經(jīng)過一系列研究發(fā)現(xiàn)：在較強的進氣渦流情況下，在進氣沖程結(jié)束時天然氣進入氣缸內(nèi)，當壓縮開始時，天然氣在氣缸上部沿氣缸外側(cè)分布。在壓縮沖程中由于

【參考文獻】：
期刊論文
[1]直噴內(nèi)燃機高壓噴霧碰壁模型的開發(fā)[J]. 鄧鵬,韓志玉.  內(nèi)燃機學報. 2016(01)
[2]世界能源發(fā)展趨勢及對我國能源革命的啟示[J]. 張玉卓,蔣文化,俞珠峰,李全生,張軍.  中國工程科學. 2015(09)
[3]天然氣發(fā)動機應用研究進展[J]. 邵奇,王寧,閆立賀.  當代化工. 2015(07)
[4]天然氣低NO_x燃燒技術(shù)研究及應用[J]. 彭乾冰,錢廣華.  石油石化節(jié)能與減排. 2015(03)
[5]全國機動車污染物排放量——《2013年中國機動車污染防治年報》(第Ⅱ部分)[J]. 黃志輝,陳偉程,吉喆,尹航,馬冬.  環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展. 2014(01)
[6]基于AVL FIRE的發(fā)動機進氣道三維流場數(shù)值模擬研究[J]. 徐鵬,關(guān)世璽,朱銘.  內(nèi)燃機. 2013(06)
[7]當前世界石油資源與世界石油經(jīng)濟格局演化[J]. 閆銳,喬文瑄.  經(jīng)營管理者. 2012(14)
[8]國內(nèi)外雙燃料發(fā)動機發(fā)展狀況分析[J]. 彭雪竹.  船舶物資與市場. 2012(03)
[9]CFD輔助發(fā)動機進氣管的研究[J]. 竇昊,何云信,謝文尚,陳暉.  裝備制造技術(shù). 2010(04)
[10]LNG船推進系統(tǒng)動態(tài)性能建模與仿真[J]. 黃彬,邰能靈,王江海.  電機技術(shù). 2009(04)

博士論文
[1]噴霧碰壁模型及柴油機冷起動的數(shù)值研究[D]. 鄧鵬.湖南大學 2016
[2]燃燒邊界條件對車用重型天然氣發(fā)動機燃燒及排放的影響[D]. 余小草.吉林大學 2013
[3]核心邊界條件對柴油機燃燒的影響及優(yōu)化[D]. 金華玉.吉林大學 2008
[4]內(nèi)燃機燃燒模擬理論與應用研究[D]. 孫俊.武漢理工大學 2008
[5]生物制氣—柴油雙燃料發(fā)動機燃燒試驗與模擬[D]. 梁昱.江蘇大學 2007

碩士論文
[1]米勒循環(huán)天然氣發(fā)動機工作過程仿真與優(yōu)化研究[D]. 楊成.吉林大學 2013
[2]CNG/柴油雙燃料發(fā)動機進氣道優(yōu)化設計研究[D]. 王聘璽.吉林大學 2012
[3]船舶發(fā)動機天然氣應用的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 馬志超.武漢理工大學 2012
[4]點火時刻和噴氣時刻對天然氣發(fā)動機性能的影響[D]. 王東芹.吉林大學 2009
[5]發(fā)動機氣缸蓋內(nèi)復雜流動與傳熱的仿真研究[D]. 戴鑫鑫.北京交通大學 2008
[6]兩用燃料發(fā)動機性能研究及燃氣供給系統(tǒng)優(yōu)化[D]. 卞軼旻.浙江大學 2008



本文編號：2932235