船用低速二沖程柴油機機內凈化數值模擬研究.pdf

1、柴油機作為船舶的主要推進動力，被廣泛應用的同時也受到了嚴格排放法規的限制。國際海事組織IMO將于2016年實施TierⅢ排放法規，這對船舶柴油機來講無疑是一項巨大的挑戰。為了能快速占領市場，世界知名船舶柴油機廠家紛紛研究大幅度降低NOx排放的技術路線。在環保和節能嚴格要求的背景下，本文針對某型二沖程柴油機展開機內凈化數值模擬研究，為該機型的優化提供實際參考。
　　論文應用BOOST和FIRE進行柴油機工作過程的一維和三維CFD耦合

2、模擬計算。根據發動機的實際結構和相關參數建立工作過程數值模型，并通過柴油機臺架性能實驗數據對比分析對數值模型進行校準。在此基礎上，分析進排氣流量、缸內壓力、溫度、放熱率、NOx分布等詳細性能參數，以便進行后續優化。
　　在進行機內凈化技術的數值模擬中，文中設計了多種Miller循環、高壓縮比和EGR率方案。根據原機結構特點進行Miller循環技術方案，該柴油機為直流掃氣二沖程柴油機，因此對其進行了六種排氣門推遲關閉的Miller正

3、時方案研究。結果表明:NOx排放隨排氣門關閉正時的推遲而降低，M30方案可使NOx降低45％，但是燃油消耗率基本呈上升趨勢，只有M5方案的油耗與原機持平。為改善Miller循環的經濟性，配合使用雙級增壓系統。采用雙級增壓后，各Miller方案的燃油消耗率明顯改善，M5-2s和M10-2s方案的經濟性均優于原機。
　　為了給后文的EGR優化提供更多的基礎方案，在雙級增壓Miller循環的基礎上進行了兩組提高幾何壓縮比的計算。通過一維

4、工作過程的掃描計算發現，幾何壓縮比每增加0.6，燃油消耗可以降低0.7g/kWh左右;從一維模擬結果中擇優選取油耗低于原機的方案。通過三維工作過程計算發現，幾何壓縮比提高后NOx排放高于單獨Miller循環方案，但是爆發壓力仍低于原機額定工況的爆發壓力，滿足設計要求。為了進一步降低NOx排放，在Miller循環與高壓縮比方案的基礎上同時結合高壓EGR，對多種方案進行不同EGR率的模擬分析，從中選擇最優的NOx-BSFC折衷關系。研究發現