船用低速二沖程柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化數(shù)值模擬研究.pdf

1、柴油機(jī)作為船舶的主要推進(jìn)動(dòng)力，被廣泛應(yīng)用的同時(shí)也受到了嚴(yán)格排放法規(guī)的限制。國(guó)際海事組織IMO將于2016年實(shí)施TierⅢ排放法規(guī)，這對(duì)船舶柴油機(jī)來(lái)講無(wú)疑是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。為了能快速占領(lǐng)市場(chǎng)，世界知名船舶柴油機(jī)廠家紛紛研究大幅度降低NOx排放的技術(shù)路線。在環(huán)保和節(jié)能嚴(yán)格要求的背景下，本文針對(duì)某型二沖程柴油機(jī)展開(kāi)機(jī)內(nèi)凈化數(shù)值模擬研究，為該機(jī)型的優(yōu)化提供實(shí)際參考。
　　論文應(yīng)用BOOST和FIRE進(jìn)行柴油機(jī)工作過(guò)程的一維和三維CFD耦合

2、模擬計(jì)算。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)建立工作過(guò)程數(shù)值模型，并通過(guò)柴油機(jī)臺(tái)架性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行校準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，分析進(jìn)排氣流量、缸內(nèi)壓力、溫度、放熱率、NOx分布等詳細(xì)性能參數(shù)，以便進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化。
　　在進(jìn)行機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)的數(shù)值模擬中，文中設(shè)計(jì)了多種Miller循環(huán)、高壓縮比和EGR率方案。根據(jù)原機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行Miller循環(huán)技術(shù)方案，該柴油機(jī)為直流掃氣二沖程柴油機(jī)，因此對(duì)其進(jìn)行了六種排氣門推遲關(guān)閉的Miller正

3、時(shí)方案研究。結(jié)果表明:NOx排放隨排氣門關(guān)閉正時(shí)的推遲而降低，M30方案可使NOx降低45％，但是燃油消耗率基本呈上升趨勢(shì)，只有M5方案的油耗與原機(jī)持平。為改善Miller循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，配合使用雙級(jí)增壓系統(tǒng)。采用雙級(jí)增壓后，各Miller方案的燃油消耗率明顯改善，M5-2s和M10-2s方案的經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于原機(jī)。
　　為了給后文的EGR優(yōu)化提供更多的基礎(chǔ)方案，在雙級(jí)增壓Miller循環(huán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了兩組提高幾何壓縮比的計(jì)算。通過(guò)一維

4、工作過(guò)程的掃描計(jì)算發(fā)現(xiàn)，幾何壓縮比每增加0.6，燃油消耗可以降低0.7g/kWh左右;從一維模擬結(jié)果中擇優(yōu)選取油耗低于原機(jī)的方案。通過(guò)三維工作過(guò)程計(jì)算發(fā)現(xiàn)，幾何壓縮比提高后NOx排放高于單獨(dú)Miller循環(huán)方案，但是爆發(fā)壓力仍低于原機(jī)額定工況的爆發(fā)壓力，滿足設(shè)計(jì)要求。為了進(jìn)一步降低NOx排放，在Miller循環(huán)與高壓縮比方案的基礎(chǔ)上同時(shí)結(jié)合高壓EGR，對(duì)多種方案進(jìn)行不同EGR率的模擬分析，從中選擇最優(yōu)的NOx-BSFC折衷關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)