两级相继增压对船舶柴油机性能影响的数值模拟与试验

以某中速船舶柴油机为研究对象,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,完成两级相继增压系统对船舶柴油机性能影响的计算与试验研究,研究结果表明,增压压力、米勒正时、压缩比、喷油正时之间存在可以使柴油机动力性、经济性、排放性同时得到优化提高的匹配关系,且喷油正时对缸内热负荷分布的影响明显。通过采用两级相继增压系统,实现柴油机全工况性能的优化提高。试验结果表明:通过采用两级相继增压技术,适当降低压缩比并使用米勒循环,该柴油机功率提升15%,全工况油耗平均下降3.9 g/(kW·h),增压系统效率达到71.3%,NO_(x)加权排放满足IMO TierⅡ限值要求。

基于振动和缸压信号的柴油机敲缸故障识别

针对某型船用柴油机的敲缸故障,提出一种基于振动和缸压信号的联合分析诊断方法。结合上止点传感器的脉冲信号,将振动和缸压时域信号根据柴油机曲轴转角位置转换为曲轴转角域信号。根据在曲轴转角域出现敲缸特征信号时对应的振动加速度判断柴油机敲缸激励源频率范围,在此基础上通过带通滤波降噪提高敲缸特征信号的信噪比。基于四冲程柴油机工作周期与曲轴转角的关系对振动和缸压曲轴转角域信号提取故障特征。经柴油机多工况数据验证,本方法对识别柴油机敲缸故障简便、有效、准确性高。

可变进气对船用柴油机性能影响的试验研究

为了探究可变进气系统对船用柴油机性能的影响,在一台配备进气可变配气和进气旁通阀的船用中速柴油机上开展试验研究。分别在可变配气机构处于强米勒正时和弱米勒正时,进气旁通阀处于开启和关闭状态下开展船用柴油机螺旋桨特性试验。试验结果表明:采用弱米勒正时可降低燃油消耗率,但是最高燃烧压力和NOx比排放增加,燃油消耗率降低幅度随负荷升高而减小,最高燃烧压力和NOx比排放增加幅度随负荷升高而增加,弱米勒正时对低负荷优化效果更明显。受到最高燃烧压力限制,高负荷必须采用强米勒正时。弱米勒正时角度从20°增加到30°,燃油消耗率基本不变,最高燃烧压力和NOx比排放进一步增加,对于试验柴油机而言,20°弱米勒正时配置更优。开启进气旁通阀可以提高中低负荷增压压力,降低燃油消耗率、排温和烟度。在超低负荷及高负荷时开启进气旁通阀效果与中低负荷相反。在25%及50%负荷下应用可变进气技术,燃油消耗率分别降低6.0%和2.9%、烟度分别降低61.6%和59.7%。合理的可变进气系统控制策略可有效优化船用柴油机性能。

针阀偏心程度对双孔喷嘴喷孔内流动及柴油喷雾的影响

为了研究柴油机多孔喷嘴喷雾的不对称性对柴油机热负荷、工作性能及使用寿命的影响,通过三维CFD数值模拟,研究针阀偏心运动时双孔喷嘴孔内流动及喷雾的分布情况。结果显示:针阀偏心程度∆X分别为0、0.02、0.04及0.06 mm时,偏离侧孔内燃油流量大、流速高,但沿程阻力的增大会造成出口处平均速度更小;偏心程度越大,两侧差异越明显。在固定的偏心程度下,孔内流动的不对称性仅与喷油压力有关,随着喷油压力及环境压力的增加,两侧喷雾体积分数及速度分布的不对称程度会加深。环境温度对喷雾不对称性有影响,但无确定规律。在针阀最大偏心程度为0.06 mm的条件下,随着喷油压力的增加,两孔的质量流量及燃油喷射总质量均增大,同时会加剧这两个参数的不对称性表现。

典型功率输出构型航改燃机动力学特点综述

航改燃机是指以成熟航空发动机为母型,通过改进研制形成的燃气轮机,是近年来轻型燃气轮机研制的主要手段,可使开发技术难度显著降低、研制周期大幅缩短、研发费用有效缩减。根据航改燃机功率输出形式的不同,可分为:后端输出功率构型燃机、前端输出功率构型燃机和前后同时输出功率构型燃机三类构型,对应的动力学特性设计难度和设计理念差异显著。为了总结和掌握不同输出构型燃机动力学设计特点,开展三类输出构型的结构特征、临界转速-工作转速关系和应变能分布研究。结果表明:现阶段国内外航改燃机转子系统总体上仍追求工作转速范围内刚性转子设计,即需要严格控制转子应变能量级,因此保证和提高转子刚度是航改燃机动力学设计的重点;从结构差异来看,动力学设计由易到难依次为后端输出功率构型、前端输出功率构型、前后同时输出功率构型。研究和总结不同输出功率构型航改燃机动力学特点,对在研/新研航改燃机的设计和研制具有明显的工程参考意义。

自由空间单气泡溃灭过程研究

气泡的溃灭和压力波的释放是经典的复杂问题。由于实验观测设备的时空分辨率有限,以及数值模拟处理强间断面的困难,目前一般采用理想气泡方程估算气泡溃灭时的压力波释放过程。该文采用基于状态方程的两相流方法,对单气泡溃灭过程进行了可压缩数值模拟,考察了气泡在自由空间的溃灭过程和压力波的产生过程,认为气泡溃灭瞬间压力波的释放是由不同向运动的流体在泡壁附近发生水锤撞击引起的。