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船用二冲程柴油机功率大、热效率和可靠性高，已经成为船舶运输的主要推进动力源。船用低速二冲程柴油机使用重油作为主要燃料，经济性得到了巨大的改善，但污染物排放问题十分严重。国际海事组织(IMO)对于NOx排放量的限制值逐渐严格，其中在2016年开始执行的TierIII排放标准对NOx的限制值比上一阶段TierII降低了74%～76%。由此可见，为了使船用二冲程柴油机NOx排放满足TierIII标准，开发船用柴油机NOx控制技术刻不容缓。
本文使用CONVERGE软件对船用二冲程柴油机进行三维仿真。首先根据柴油机结构参数搭建三维模型，依据实验数据验证了模型的准确性;分析了基础工况下缸内当量比、氧浓度、温度和NOx的分布，为后文分析研究奠定基础。
对原始模型中喷油器的结构参数设置进行修改，分别分析喷孔直径、喷孔数量和喷油角度对燃烧和排放的影响规律。结果表明：喷孔直径通过影响喷油压力，对NOx排放的影响程度较大，在0.90～1.05mm范围内几乎成线性关系，孔径每增加0.05mm，NOx排放量下降约16.7%;喷孔数量和喷油角度分别影响油束在空间横向和纵向的分布，进而影响燃烧情况。
在原始模型中分别应用EGR和米勒循环，设置了多种EGR率和米勒正时方案，通过观察缸内参量的分布、温度、NOx排放和油耗等，分析了EGR和米勒循环对燃烧和排放的影响规律。结果表明：EGR能显著降低NOx排放，随着EGR率的升高，爆发压力和缸内温度下降明显，NOx排放整体呈“倒S”形下降，在31%EGR率达到TierIII标准，此时油耗比原机上升9.6%;米勒循环对缸压有较大影响，随着米勒循环程度的加深，NOx排放量近似线性下降，但下降幅度有限。
为进一步研究喷油器参数设置对NOx排放控制的潜力，将喷孔直径分别与喷孔数量和喷油角度耦合，经分析选出了三个优化方案S1、S2和S6，可以在一定程度上改善NOx排放和油耗的关系。为减小EGR废气中颗粒物和硫化物对设备的影响，需降低所使用的EGR率，将EGR与米勒循环耦合，选出了两个耦合方案EM3和EM8，其NOx排放达到TierIII标准，但油耗有所上升。为控制上述方案EM3和EM8的油耗增长，将其分别与喷油器参数设置的三个优化方案S1、S2和S6结合，研究EGR、米勒循环和喷油器参数设置三者对NOx和油耗的共同作用。结果表明：三者耦合可以有效降低油耗，并保持NOx排放量基本不变。在三者耦合方案中选出两个满足TierIII标准的方案EM3S2和EM8S2，其油耗分别比EGR耦合米勒循环的方案EM3和EM8下降了5.67%和4.95%，可以作为船用二冲程柴油机实现TierIII标准的可行方案。
本文使用CONVERGE软件对船用二冲程柴油机进行三维仿真。首先根据柴油机结构参数搭建三维模型，依据实验数据验证了模型的准确性;分析了基础工况下缸内当量比、氧浓度、温度和NOx的分布，为后文分析研究奠定基础。
对原始模型中喷油器的结构参数设置进行修改，分别分析喷孔直径、喷孔数量和喷油角度对燃烧和排放的影响规律。结果表明：喷孔直径通过影响喷油压力，对NOx排放的影响程度较大，在0.90～1.05mm范围内几乎成线性关系，孔径每增加0.05mm，NOx排放量下降约16.7%;喷孔数量和喷油角度分别影响油束在空间横向和纵向的分布，进而影响燃烧情况。
在原始模型中分别应用EGR和米勒循环，设置了多种EGR率和米勒正时方案，通过观察缸内参量的分布、温度、NOx排放和油耗等，分析了EGR和米勒循环对燃烧和排放的影响规律。结果表明：EGR能显著降低NOx排放，随着EGR率的升高，爆发压力和缸内温度下降明显，NOx排放整体呈“倒S”形下降，在31%EGR率达到TierIII标准，此时油耗比原机上升9.6%;米勒循环对缸压有较大影响，随着米勒循环程度的加深，NOx排放量近似线性下降，但下降幅度有限。
为进一步研究喷油器参数设置对NOx排放控制的潜力，将喷孔直径分别与喷孔数量和喷油角度耦合，经分析选出了三个优化方案S1、S2和S6，可以在一定程度上改善NOx排放和油耗的关系。为减小EGR废气中颗粒物和硫化物对设备的影响，需降低所使用的EGR率，将EGR与米勒循环耦合，选出了两个耦合方案EM3和EM8，其NOx排放达到TierIII标准，但油耗有所上升。为控制上述方案EM3和EM8的油耗增长，将其分别与喷油器参数设置的三个优化方案S1、S2和S6结合，研究EGR、米勒循环和喷油器参数设置三者对NOx和油耗的共同作用。结果表明：三者耦合可以有效降低油耗，并保持NOx排放量基本不变。在三者耦合方案中选出两个满足TierIII标准的方案EM3S2和EM8S2，其油耗分别比EGR耦合米勒循环的方案EM3和EM8下降了5.67%和4.95%，可以作为船用二冲程柴油机实现TierIII标准的可行方案。