米勒循环对船用低速柴油机性能影响的仿真研究

针对节能减排对船舶行业所具有的重要意义,对应用米勒循环技术的某型船用低速柴油机进行了模型验证与仿真计算,分析了米勒循环强弱对柴油机性能的影响,给出了米勒循环强弱对柴油机缸内压力、温度、放热率及NOX排放的影响规律,并对船用低速柴油机的综合性能进行了评估。研究结果表明：米勒循环强弱对柴油机缸内温度及放热率具有较大影响,控制米勒循环强弱能够显著降低NOX的排放,排气阀每晚关10oCA,NOX生成量降低6%~7%,当米勒循环增加到一定程度时,继续加强米勒循环将在降低NOX排放的同时,导致燃油经济性降低且需高压比的增压器匹配,使得配机成本增加,这些结论将为船用低速柴油机的进一步开发提供参考。

顶缸式连续上板结构的简要设计

本文介绍了顶缸式连续上板机构的设计思路与过程,实现了上料装置的无间断运输功能。根据上板的动作要求,采用顶缸式连续上板结构;顶缸式连续上板结构主要实现换车动作,然后还有上板动作、推板动作、对辊带动板流向流水线的动作。此结构中机构的运作都是由控制系统全程控制,从而实现上板自动化。

喷射压力对船用柴油机燃油喷雾特性的影响

为了深入研究船用柴油机燃油喷雾特性,本文以某船用孔式喷油器为研究对象,运用液滴破碎模型、大涡湍流模型、液滴碰撞聚合模型对燃油喷雾过程进行数值分析,研究喷射压力对喷雾特性的影响规律,并与试验结果对比以验证数值模拟结果的正确性。结果表明:喷雾贯穿距随着喷射压力升高而增大,喷雾初期贯穿距与时间成正比,而喷雾中后期,贯穿距增大的速度逐渐减缓;喷雾锥角随着喷射压力的增大而增大,每提升10 MPa喷射压力,锥角增大0.4°;喷雾体积随喷射压力的提高而变大,射流边缘出现的块状结构会回到喷雾主体内,而喷雾头部块状结构无法回到喷雾主体内;索特平均直径随着喷射压力的提高而变小,每提升10 MPa喷射压力,索特平均直径减小约4%。

入口压力对船用喷油器喷嘴内部空化流动的影响

为了深入研究喷油器喷嘴内流特征,以某船用孔式喷油器为研究对象,建立两相流模型,标准k-ε模型,结合单气泡动力学对喷油器喷嘴内部空化流动进行了数值模拟,着重研究了入口压力对喷油器喷嘴内部空化流动的影响,并与试验结果对比验证了数值模拟结果的正确性。

基于LES-WAVE模型的燃油喷射雾化数值模拟

针对燃油喷射雾化在船用柴油机上的广泛应用,基于大涡湍流模型(LES)、液滴破碎模型(WAVE)、液滴碰撞模型(O′Rourke),对燃油射流分裂雾化过程进行数值模拟。着重研究了所建立的数学模型应用于喷雾数值模拟的基本思路,并与试验对比,结果证明所建立的数学模型可以精确地预测喷雾贯穿距及其空间形态。

EGR率对船用低速柴油机缸内燃烧影响的仿真研究

在6EX340EF船用低速柴油机EGR系统开发过程中,应用STAR-CD软件对不同EGR率的缸内燃烧情况进行仿真研究,在对原机仿真模型标定准确的基础上分析了相同喷油正时和相同爆发压力下不同EGR率缸内燃烧和排放情况。计算结果表明:对于该船用低速柴油机,在额定工况下,随着EGR率的增大,NOX排放逐渐降低,SOOT排放逐渐升高;大约20%的EGR率为NOX排放降低速率的转折点,EGR率小于该值,NOX减排效率更高;燃烧室内高温区域存续时间及峰值随着EGR率的增加而降低。

船用低速柴油机喷孔方向对缸内燃烧影响的仿真研究

在某船用低速柴油机燃烧系统开发中,为设置合理的喷孔方向,应用流体动力学软件STAR-CD对不同喷孔方向的缸内燃烧情况进行仿真分析。分析结果表明:喷孔方向对柴油机缸内燃烧的影响较大;喷孔方向顺着缸内涡流方向时可促进喷射燃油的传播及混合,改善缸内燃烧;但喷孔方向顺着涡流朝向缸套壁面喷射时,油气混合主要发生在燃烧室缸套壁面附近,增大了缸套壁面的传热,且不利于燃烧室中心区域空气的利用;本文研究中,原喷油器的喷孔绕喷油器轴线朝缸内涡流方向旋转30°或35°时,缸内燃烧情况明显改善。

大缸径气体机缸内流动燃烧的仿真研究

采用STAR-CD软件对大缸径气体机的三维流动、燃烧进行仿真分析,通过与文献中的放热率曲线的对比,验证了三维仿真分析的合理性;得到了大缸径气体机缸内流场分布的详细信息,为后续优化奠定了基础,并为结构计算提供了热力学边界条件。在此基础上分析了连接通道个数对气体机性能的影响。结果表明:对于所研究的大缸径气体机,预燃室容积相同时,6个连接通道的燃烧效果好于4个通道的。

喷嘴结构对船用低速柴油机燃烧的影响

应用三维计算流体动力学软件对某船用低速柴油机的缸内燃烧进行研究,分析喷油器结构参数对缸内燃烧的影响。结果表明:喷油器喷嘴深入燃烧室内的长度较短时,缸内燃烧较差,导致缸盖过热;随着喷嘴伸入燃烧室内的长度增加,缸内燃烧情况得到改善,燃烧持续期逐渐缩短,NOx排放逐渐增加。随喷孔逆缸内涡流的径向角度增加,缸内燃烧情况逐步改善,燃烧室壁面传热减少;随喷孔倾斜角度增加,活塞表面受热增加。对新开发机型燃烧系统的研究发现:喷嘴的喷孔倾斜角度保持不变,将喷嘴长度增加10 mm,径向角度沿喷嘴轴线逆时针旋转10°或15°,缸内燃烧性能得到明显提升。

中等缸径低速柴油机缸内燃烧与排放特性分析

针对某典型船用低速柴油机建立了流体仿真基本模型,并通过对标某一工况下的一维计算结果,确定了各项子模型及相关参数,基于此分析某特定喷油规律下缸内的燃烧与排放特性,并比较了不同燃油喷射时刻对各项特性造成的影响。结果表明,特定喷油规律可使柴油机单缸满足250bar(1 bar=0.1 MPa)设计爆压要求,且排气阀打开前NO主要集中在气缸中部,Soot集中在排气阀附近;有极少量油滴会被吹拂在气缸盖内壁,这部分油滴直接受高温气化后参与燃烧,可能会增加缸盖局部区域的热负荷,但是对缸内平均温度影响细微,故2个循环间隔中应尽量避免极少量的燃油进入缸内;推迟喷射可导致爆压、燃烧效率、NO排放单调递减,Soot排放单调递增,NO排放下降可达0.6~0.7倍,Soot排放上升可达56~114倍。