船用低速柴油机燃烧与排放数值模拟研究

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船用低速柴油机具有效率高、功率大、寿命长、工作可靠、转速低以及可燃用劣质柴油等优点,因此被广泛的应用于船舶主机。随着以低速柴油机为主要动力装置的船舶运输工具保有量的增加,对船用柴油机的燃油消耗率及排放物的生成量的研究也越来越多。船用低速二冲程柴油机的体积、功率都较大,因此对其进行传统的试验研究便显得相当困难,这便使得数值模拟方法越来越受到人们的重视,渐渐的成为研究船用大功率低速柴油机的一项强有力的措施。  本文运用AVL的Boost和Fire软件,以一台船用低速柴油机为仿真模拟研究的对象,分析该型柴油机75%负荷时的扫气过程以及燃烧过程,研究预喷,包括预喷时刻和预喷油量,对该型柴油机的燃烧与排放的影响。主要工作内容如下:  (1)建立了包含扫气道、气缸和排气道的全模型,利用75%负荷的试验数据对该模型进行了合理的验证,并在此基础上,对该型柴油机75%负荷时的扫气过程以及燃烧过程进行了合理的分析;  (2)在预喷油量恒定的情况下,研究了不同预喷时刻对缸内燃烧与排放的影响。分析了不同的预喷时刻对缸内压力、温度、燃烧放热率、功率以及NO和SOOT的生成的影响。结果表明,预喷时刻设置在上止点前30°CA之前,预喷燃油在燃烧之前能进行良好的预混合,而上止点前30°CA之后进行的预喷,预喷燃油在很短的时间便会发生燃烧;同时合理的预喷时刻,能够实现功率的提升,但是会增加NO的排放,降低SOOT排放;  (3)在预喷时刻恒定的情况下,研究了不同的预喷油量对缸内燃烧与排放的影响。分析其对缸内压力、温度、燃烧放热率、功率以及NO和SOOT的生成的影响,认为在上止点前40°CA预喷时,预喷油量为总喷油量的18.9%时,能得到最好的经济性,但同时,预喷却会导致NO排放增多和SOOT排放降低。  通过本文的研究,发现单纯对预喷时刻与预喷油量进行合理的选择,能够有效的提升所研究柴油机的经济性,降低SOOT排放,但是同时也会导致NO排放的增加。
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