船舶双燃料柴油机喷射策略优化

摘要

LNG(液化天然气)是一种低排放且相对具有成本效益的船舶燃料，双燃料柴油机能够有效提高发动机的经济性和排放性能。建立能够反映双燃料柴油机稳定工况下瞬态性能的数学模型，对双燃料柴油机的控制和性能优化都有重要的意义。双燃料柴油机的燃料由天然气和柴油组成。压缩阶段，天然气和空气在气缸内形成均质混合气体。在接近上止点前喷入柴油，一段时间后被高温均质气体点燃。燃烧的柴油（气体）点燃均质混合气体。双燃料柴油机燃烧过程由引燃柴油的喷雾扩散燃烧和缸内均质混合气的火焰传播过程共同组成。本文对柴油的燃烧用已能达到较好的效果的Wiebe函数来描述，对于均质混合气的燃烧使用分形理论计算湍流燃烧速率。
　　本文以MAN B&W公司的6S80ME-C9-GI双燃料柴油机为仿真对象。建立的仿真模型模型的边界是:双燃料柴油机的气缸、轴系、螺旋桨和船体。通过双燃料柴油机单缸建模仿真得到单缸输出扭矩，通过转角延迟和叠加得到整机曲轴旋转一周的输出扭矩。输出扭矩和螺旋桨的负载扭矩作用在轴系上，对转速产生影响。通过对柴油模式和天然气模式一定转速、不同负荷进行仿真，研究不同负荷下天然气浓度对燃烧以及输出扭矩的影响。通过在中低负荷下对双燃料柴油机采用停缸，研究对柴油模式和天然气模式的转速和燃料消耗量的影响。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 行业发展的现状和要求

1．2 国内外双燃料柴油机的研究现状

1．2．1 船用双燃料发动机的分类方法

1．2．2 船用双燃料柴油机国内外应用现状

1．3 双燃料柴油机和汽油机以及柴油机区别

1．4 压燃式双燃料发动机燃烧模型概述

1．4．1 零维模型

1．4．2 准维模型

1．4．3 多维模型

1．4．4 分形的基本概念

1．4．5 分形的内燃机燃烧学应用

1．5 柴油机停缸策略

1．6 本文的研究内容及章节构成

第2章 双燃料柴油机数学模型

2．1 双燃料柴油机燃烧模型

2．1．1 滞燃期的计算

2．1．2 柴油燃烧速率的计算

2．1．3 天然气燃烧速率计算

2．2 气缸周壁的热传导

2．3 气缸工作容积

2．4 进排气阀流量计算

2．5 气缸内气体的组成以及比热计算

2．5．1 气缸内气体的组成成分

2．5．2 气缸内气体的平均比热容计算

2．6 双燃料柴油机各工作过程

2．6．1 基本方程

2．6．2 工作过程划分

2．7 本章小结

第3章 瞬时扭矩计算与船舶推进装置

3．1 柴油机运动部件组成和作用

3．2 柴油机单缸瞬时扭矩计算

3．2．1 曲柄连杆机构数学模型

3．2．2 作用力分析

3．3 多缸扭矩计算

3．4 传动轴系机械损失

3．5 动力装置的转动惯量及动态方程

3．6 螺旋桨扭矩数学模型

3．6．1 船体阻力特性

3．6．2 船对螺旋桨的影响

3．7 本章小结

第4章 Simulink模型建立与结果分析

4．1 单缸工作过程仿真模型

4．1．1 压缩过程

4．1．2 滞燃期过程

4．1．3 燃烧膨胀过程

4．1．4 自由排气过程、扫气过程、后排气过程

4．1．5 单缸输出扭矩

4．2 船体、螺旋桨仿真模型

4．3 单缸仿真结果

4．3．1 模型验证

4．3．2 负荷特性

4．3．3 80％负荷下不同替代率的比较

4．3．4 50％负荷下不同替代率的比较

4．4 多缸叠加仿真模型

4．4．1 多缸输出扭矩

4．4．2 转速仿真

4．5 本章小结

第5章 多种负荷下停缸的策略及其仿真

5．1 停缸后对整体输出扭矩的影响

5．2 停缸后对柴油模式的影晌

5．3 停缸后对天然气模式的影响

5．4 停缸适用的负荷范围

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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