柴油机米勒循环与两级涡轮增压的研究

摘要

目前,随着能源危机和生存环境等问题的日益严峻,人们对船舶柴油机的经济性能和排放性能要求越来越高。伴随柴油机相关排放法规的日益严格,尤其是国际海事组织(IMO)针对NOx的排放标准越来越严格,如何降低柴油机NOx的排放已成为行业内重要研究课题之一。采用米勒循环和两级涡轮增压相结合的方法是降低NOx的有效方法。本文以TBD234V12柴油机为研究对象,以GT-Power仿真软件为平台,建立柴油机的仿真计算模型。为了预测NOx的排放,在缸内工作过程计算时,选取以油滴蒸发燃烧模型和生成NOx扩展的Zeldovich(泽尔多维奇)机理为基础的准维燃烧模型。
　　首先,通过原机仿真计算结果与试验测量结果进行比较分析,验证了该仿真计算模型的正确性。并在验证后的原机模型上进行了米勒循环研究,分析其对柴油机的性能和NOx排放的影响,通过对不同负荷下米勒循环的仿真计算结果可知,在高负荷时能使NOx的排放降低达30％,并确定了柴油机在不同负荷下的最佳米勒配气定时角。在此基础上,按照3eN?Cn推进特性对柴油机进行了两级增压匹配计算,通过对不同方案的计算结果对比分析,最终确定了高压级增压器型号为GT3788R,低压级型号为GT4294。采用两级增压后,在低负荷时,油耗降低了10%,高负荷时NOx的降幅达30%。
　　其次,为了更好地实现两级增压系统在柴油机上的布置,利用Pro/Engineer三维建模软件,建立了TBD234V12柴油机的三维模型。在此基础上,对该机两级增压系统进行设计,并在柴油机上进行了结构布置。根据柴油机进排气结构与所选取的增压器尺寸,设计了两级增压系统的进排气连通管,并利用Pro/Engineer软件建立其实体模型,并在柴油机推进特性的不同负荷下,使用Fluent软件对进排气管道进行流场计算分析。
　　最后,根据TBD234V12柴油机的配气机构,设计了一种通用性较强的米勒循环定时机构,能实现进气阀配气定时的连续可变,并利用Pro/Engineer软件建立了本米勒循环机构的三维模型。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 米勒循环与两级增压国内外研究现状

1.3 柴油机数值模拟计算发展状况

1.4 本文主要工作与研究内容

第2章 两级增压柴油机工作过程的数学模型

2.1 气缸内工作过程的数学模型

2.2 气缸内工作过程计算的边界条件

2.3 气缸内准维燃烧模型

2.4 进排气系统流动的数学模型

2.5 废气涡轮增压器的数学模型

2.6 中冷器的数学模型

2.7 本章小结

第3章 涡轮增压柴油机的米勒循环研究

3.1燃烧放热率的计算

3.2 原机螺旋桨推进特性负荷试验

3.3 仿真计算模型的验证

3.4 柴油机的米勒循环研究

3.5 本章小结

第4章 两级增压柴油机的匹配计算研究

4.1 涡轮增压器的选型与匹配

4.2 两级增压米勒循环的计算结果及分析

4.3 柴油机排放万有特性的计算

4.4 喷油起始角对柴油机的影响

4.5 EGR对柴油机排放的影响

4.6 本章小结

第5章 两级增压柴油机的三维结构设计

5.1两级增压柴油机三维模型的建立

5.2两级涡轮增压的排气管道设计

5.3排气管道三维数值模拟的数学模型

5.4排气管道三维流场计算及结果分析

5.5本章小结

第6章 米勒定时机构的设计

6.1米勒定时机构在实际中的应用

6.2 米勒定时机构的设计

6.3 米勒定时机构的三维模型设计

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢