船用双燃料发动机性能与排放的仿真与优化

摘要

柴油/天然气双燃料发动机相对于纯柴油发动机的燃料经济性和排放都得到了改善，但是，纯柴油发动机的部分结构参数并不能很好的匹配双燃料燃烧模式，使得燃料经济性和排放特性未能达到预期的效果，针对此问题本文对双燃料发动机进行了性能仿真研究，提出相关的优化改进措施。
　　双燃料的燃烧包含柴油的扩散燃烧、天然气的预混合燃烧以及柴油和天然气的混合燃烧，燃烧过程十分复杂。目前现有的性能仿真软件都没有完善的双燃料燃烧模型，而本文以GT-POWER7.3多燃料预测燃烧模型“DIJet”为基础，并经过大量实验数据修正，建立R6160双燃料发动机整机模型，经过标定的各项性能参数均在5％的仿真误差限内，证明了整机模型的可靠性。
　　基于标定好的模型，研究了天然气替代率、喷油正时以及过量空气系数对双燃料发动机性能与排放的影响。研究表明：运行在高的天然气替代率下，可以改善整机燃油经济性和NOx排放特性；推迟喷油3度曲轴转角，可以使双燃料燃烧模式发动机NOx排放得到优化；过量空气系数对双燃料发动机影响比较大，尤其在低负荷工况下，需要较低的过量空气系数来改善发动机燃烧，使综合燃油消耗率下降。
　　为了进一步改善双燃料发动机 NOx排放，本文对废气再循环（Exhaust Gas Recirculation）和米勒循环（Miller cycle）进行了仿真研究。研究表明：在中高负荷工况下，使用较低的EGR率可以降低NOx排放；在低负荷工况下，使用高的EGR率来改善NOx排放，但燃油消耗率上升；进气提前关米勒循环相对于进气推迟关能够获得更好的效果，提前关闭42度曲轴转角可以获得最佳效果。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2柴油/天然气双燃料发动机研究背景

1.3废气再循环技术

1.4米勒循环技术

1.5主要研究内容与意义

第二章 R6160发动机仿真模型的建立与标定

2.1发动机燃烧模型

2.2 R6160涡轮增压发动机结构参数

2.3发动机仿真模型的建立与标定

2.4本章小结

第三章 双燃料发动机性能与排放优化分析

3.1双燃料替代率对发动机性能及排放的影响

3.2喷油正时对发动机性能及排放的优化

3.3过量空气系数对双燃料发动机性能及排放的影响

3.4船用双燃料发动机的动态仿真

3.5本章小结

第四章 废气再循环和米勒循环技术的仿真与优化

4.1 EGR对发动机性能及排放的影响

4.2米勒循环对双燃料发动机性能及排放的影响

4.3本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1全文总结

5.2工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文