船用发动机柴油/天然气双燃料改装数值研究

摘要

为了满足越来越严格的排放要求，船用柴油机改造为由柴油引燃的天然气双燃料发动机成为趋势。
　　本文是基于4190ZLC柴油机开展的柴油-天然气双燃料改造前期研究，研究采用数值模拟的方法。通过对进气系统的稳态流动仿真，研究了天然气喷嘴的喷孔数、喷射方向及插入深度对天然气与空气混合的均匀性的影响。通过对发动机缸内高压过程的瞬态仿真，研究了天然气替代率、引燃柴油喷油提前角及喷油脉宽对发动机燃烧和排放性能的影响。
　　进气系统的稳态计算结果显示：1）天然气喷嘴的喷孔数越多，进气过程中天然气-空气混合气的均匀性越好；2）天然气迎流喷射可以实现更均匀的混合效果，但会出现天然气在进气总管内聚集，不利于实际应用中天然气量的精确控制；顺向喷射虽在初期均匀性较差，但在缸内的混合气浓度较高，均匀较好，且不会在进气总管聚集；3）增加喷嘴插入深度，会降低天然气的在气道顶部聚集程度，有利于天然气进入气缸。
　　缸内高压循环过程仿真研究表明：1）随着天然气替代率的提高，缸内爆压、温度会增加，但替代率为90％时，最高爆发爆压和缸内温度下降，相应的CO和NO也排放大幅下降；2）引燃柴油的喷油提前角的增大，会导致缸内爆压和温度的上升；当喷油提前角较小时，缸内温度水平低，NO生成量降低，但CO生成量上升，燃烧不充分现象加剧；3）在引燃油量喷油提前角一定的情况下，喷油脉宽增加，滞燃期会增加，缸内温度和压力升高速率减小，爆发压力降低，NO的生成量降低，但CO生成量增加，燃烧不充分现象加重。
　　本研究为4190ZLC柴油机的柴油-天然气双燃料发动机的改造提供理论指导。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 天然气燃料优势

1.3 柴油-天然气发动机研究现状

1.4 本文主要内容

第2章 多维数值模拟理论基础

2.1 流体运动规律及方程

2.2 湍流模型

2.3 燃油雾化模型

2.4 燃烧模型

2.5 NO排放模型

2.6 本章小结

第3章 天然气喷嘴结构和布置对混合气均匀性影响分析

3.1 稳态仿真模型的建立

3.2边界条件与初始条件

3.3 求解器设置

3.4 稳态仿真结果分析

3.5 本章小结

第4章 柴油引燃天然气发动机缸内高压循环过程数值模拟

4.1 仿真模型

4.2 研究方案

4.3 求解器设置

4.4 替代率对发动机性能的影响

4.5 燃油喷射时刻对发动机性能的影响

4.6 引燃柴油喷油脉宽对发动机性能影响

4.7 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献