废气重整再循环船用LNG发动机闭环系统模拟研究

基于GT-Power软件搭建液化天然气(LNG)发动机与重整器闭环运行仿真模型,探究废气重整再循环率(REGR率)及重整器内CH_(4)与O_(2)体积分数比n对重整器与发动机性能的影响.结果表明:重整产物中H_(2)体积分数随REGR率增大而降低,且随着n增加而增大;随着REGR率增大,缸压峰值降低,火焰发展期与燃烧持续期增加,NO_(x)排放降低,且在10%REGR率左右达IMO TierⅢ排放限值标准;与废气再循环(EGR)模式相比,REGR模式下缸压峰值增加,火焰发展期与燃烧持续期缩短,热效率增加,燃油消耗率(BSFC)下降,HC排放降低.该研究结果可为发动机与重整器匹配运行以实现船用LNG发动机污染物排放控制提供参考.

柴油废气重整制氢过程的建模与仿真

柴油废气重整是指柴油机废气、水蒸汽和柴油蒸汽在高温低压的环境下,通过催化剂的催化作用发生重整反应,生成氢气、甲烷和一氧化碳的过程。重整后的气体通过EGR装置回到气缸参与燃烧,这样可以有效降低微粒和氮氧化物的排放,同时还能够提高经济性。本文利用Chemkin软件对柴油废气重整制氢的化学反应过程进行建模与仿真。在仿真的过程中利用正庚烷来代替柴油,模拟了正庚烷重整制氢的化学反应过程。根据模拟得到的结果分析了空速比、氧碳比和水碳比对重整制氢反应的影响。

LNG动力船废气重整制氢反应特性数值分析

采用计算流体力学(CFD)建立合理的船用废气重整制氢反应器模型,在进口重整气体温度为500℃、水碳比为2的工况下研究液化天然气(LNG)动力船废气重整制氢反应特性,研究重整气体的温度、水碳比和流速对反应特性的影响。研究结果表明:在反应区域,沿气体流动方向,H_(2)的摩尔分数逐渐增大,CH_(4)的摩尔分数逐渐减小,H_(2)O的含量先增加后减少。温度由400℃升高至1000℃,出口H_(2)的摩尔分数由8.4%增大至11.1%,重整反应的能量转换效率由19.48%提高至25.75%。水碳比由1升高至6,H_(2)的摩尔分数由8.2%增大至10.0%,后减小至9.8%;重整反应的能量转换效率先由18.03%提高至23.23%,后下降至22.61%。流速由0.01 m/s增大至0.10 m/s,H_(2)的摩尔分数由12.66%减小至4.90%,系统的能量转换效率由29.87%下降至11.06%。

基于Fluent的微通道天然气废气重整的数值模拟

利用Fluent软件对微通道反应器中天然气废气重整进行数值模拟。利用甲烷来代替天然气进行模拟。多通道反应器由具有平行通道的堇青石块组成,每个平行通道用Rh/Al_2O_3催化剂洗涂。由于堇青石的低热导率,通道之间的热传递被忽略。研究了进料温度,燃料组成和天然气中存在的丙烷对温度和产物分布的影响。通过模拟结果可得出:开始温度沿着通道良好地分布,并且没有形成明显的热点;增加进料温度有利于甲烷转化和氢气生产,但会导致温度分布不均;提高进料中蒸汽的量有助于增加氢气形成,但轻微地减弱了甲烷转化;提高入口处的O_2/C比值可导致甲烷转化率和温度成比例地增加。

柴油废气重整柴油机工作过程数值模拟

柴油机的主要排放污染物是碳烟和NOx,柴油重整废气再循环(REGR)可降低NOx和碳烟排放。文章利用三维CFD软件FLUENT,模拟计算并对比分析了ZS195柴油机在原机和柴油废气重整2种情况下的气缸内部燃烧压力、温度、O2浓度、NOx浓度和碳烟浓度。结果表明:柴油废气重整后的气缸内部平均压力和平均温度升高,但是最高温度降低;气缸内部O2浓度降低;NOx排放和碳烟排放同时降低。

丙烷含量对天然气废气重整影响的研究

本文利用Fluent软件对微通道反应器中天然气废气重整进行数值模拟,主要研究了天然气中丙烷含量对温度和产物分布的影响。通过模拟结果可得出:开始温度沿着通道良好地分布,并且没有形成明显的热点;通道中上游温度梯度随丙烷含量增加而增大,并且在达到峰值后开始降低。H_2和CO的生产速率随丙烷含量增加而加快,而甲烷转化率则随丙烷含量增加而降低。

废气柴油重整器预混合过程的数值模拟

柴油废气重整是指柴油机废气、水蒸汽和柴油蒸汽在高温低压的环境下,通过催化剂的作用发生重整反应,生成氢气、甲烷和一氧化碳的过程。废气、水蒸汽和柴油蒸汽预混合的好坏直接关系着重整器中的催化反应,影响着氢气、甲烷和一氧化碳的生成量,所以要求混合气进入重整器之前混合要充分且均匀。本文利用FLUENT软件对废气、柴油蒸汽和水蒸汽的预混合过程进行了模拟,通过对六种不同类型的预混合模型模拟并分析,找出最佳的废气柴油重整器预混合模型。

富氢重整气对天然气发动机燃烧反应过程的影响

为研究基于废气重整再循环(REGR)技术的天然气发动机燃烧排放调控机制,开展了富氢重整气添加对点燃式天然气发动机缸内燃烧过程影响的数值模拟研究。结果表明,添加富氢重整气与增大过量空气系数对天然气发动机的燃烧过程的影响规律相反。增大重整气添加率可使燃料着火时刻提前1.42°,燃烧持续期缩短;增大过量空气系数则会使缸内平均压力峰值和放热率峰值降低,着火时刻滞后2.24°。REGR率增加到16%时可使总碳氢化合物排放降低26.98%,NO x排放降低62.52%,但会导致发动机功率降低9.52%。基于此,从化学动力学角度进一步解析REGR率对天然气发动机缸内燃料燃烧反应过程与污染物生成演化过程的影响。结果表明,随REGR率增大,OH自由基参与CH 4消耗反应占比增大,从而加快基元反应速率,使燃烧相位提前,并使未燃HC排放降低。

REGR成分对船用LNG发动机燃烧与排放特性的影响模拟

利用三维计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真软件CONVERGE,建立船用点燃式液化天燃气(Liquefied Natural Gas,LNG)发动机的三维仿真模型,探究废气重整再循环(Reformed Exhaust Gas Recirculation,REGR)成分及REGR率对LNG发动机燃烧与排放特性的影响。研究结果表明:在相同的REGR率下,随着REGR重整气中H_2含量的提高,使得着火时刻提前且发动机缸内燃烧速度加快,缸内最高燃烧爆发压力提升、NOx排放量增加,磁氢化合物排放量和CO排放量受REGR重整气成分和缸内流体共同作用呈先增加后减少的趋势。掺烧相同REGR重整气时,随着REGR率的提高,着火时刻提前且燃烧速率加快,升压率提高导致缸内最高压力提升,船舶排放尾气中NOx排放量和CO排放量提高,HC排放呈现先减后增的趋势。