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《吉林大学》 2015年
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天然气替代率影响X6170柴油/天然气双燃料发动机燃烧过程的仿真研究

马巍巍  
【摘要】:船舶工业的可持续发展面临着能源与环境的双重挑战,利用天然气替代部分柴油是解决这一问题的有效途径之一。当前,在原柴油机基础上加装天然气喷射或混合装置改装成预混天然气/柴油双燃料发动机的方法,已成为行业内推崇的技术路线。但当前国内改装的船用预混天然气/柴油双燃料发动机普遍存在天然气替代率偏低的问题。 为了进一步提高天然气替代率,需要对双燃料发动机的燃烧特性进行深入研究。本文选定对双燃料发动机燃烧过程有重要影响的不同的喷油时刻和EGR率参数条件,研究不同天然气替代率对双燃料发动机燃烧过程的影响。其中工况选择为600r/min,过量空气系数为1.5的大负荷工况,保证喷油速率不变,喷油时刻分别选取5°BTDC、2°ATDC和5°ATDC,EGR率选取30%和0%。在各种工况参数条件下研究天然气替代率分别为90%、70%、50%和纯柴油时双燃料发动机燃烧过程产生的差异。 首先,应用PRO/E软件建立燃烧室的几何模型,并采用AVL FIRE软件中的FEP网格划分工具对燃烧室网格进行划分。燃烧模型则选用CFD耦合正庚烷与甲烷反应组成的简化化学反应机理。根据实验数据对初始条件和边界条件进行设置,并对仿真模型进行验证。 然后,对不同工况参数下的双燃料发动机的燃烧过程进行了仿真。通过压力升高率、燃烧持续期、缸内温度等主要燃烧指标对比分析后发现: (一)天然气替代率为90%时喷油量很小,喷油持续期较短。短期喷入缸内的柴油在滞燃期内很快与周围气体混合均匀,此时缸内温度浓度适宜,使得油束内燃料基本同时着火,随后的燃烧放热率极大。燃烧产生的高温火焰迅速点燃周围较浓的天然气空气混合气,火焰传播速度非常快,全部燃料在2~4°曲轴转角内燃烧完毕,呈现等容燃烧特征。天然气替代率为90%的所有工况参数组合下缸内平均压力升高率在2~3MPa/degCA范围,是纯柴油条件下的4~6倍。 (二)当天然气替代率的降低到70%和50%时,相应的柴油喷射量变大,燃油喷射持续期变长,着火位置出现在油束外围混合气浓度适当的地方,温度、压力升高率减缓。油束外围的天然气空气混合气浓度降低导致着火之后的火焰传播速度降低。70%快速燃烧期为4.5~8°,50%快速燃烧期为10~12°,也有利于降低压力升高率。其中70%的压力升高率降到1.285~1.6MPa/degCA之间,50%的压力升高率降到0.8MPa/degCA以下。 (三)本机型在天然气替代率分别为90%和70%、喷油时刻为5°BTDC条件下会出现2%左右末端天然气自燃。在天然气替代率为90%、喷油时刻5°ATDC、EGR30%条件下在着火位置出现在燃烧室凹坑边缘,在喷油器周围少部分混合气会发生自燃。但是这两种情况下的自燃比较微弱,没有导致大幅度的压力升高。 综上研究发现:解决船用双燃料发动机天然气替代率偏低的问题要从减少滞燃期后燃料的急速能量释放量和降低油束周围天然气被点燃后的火焰传播速度去着手。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U664.1

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邵利民;常汉宝;孙丰瑞;;高压共轨燃油喷雾特性的试验研究与模型修正[J];车用发动机;2007年05期
2 姚春德,刘增勇,高昌卿,孙家峰;柴油引燃天然气的双燃料燃烧机理的研究[J];工程热物理学报;2002年06期
3 李克,杨铁皂,徐斌,张保恒;天然气/柴油双燃料发动机研发现状及发展[J];河南科技大学学报(自然科学版);2004年02期
4 刘震涛,俞小莉,费少梅;天然气/柴油双燃料发动机燃气供给系统特性研究[J];内燃机工程;2002年02期
5 祁东辉,陈强福;气体燃料在压燃式发动机上的研究现状[J];内燃机;2003年05期
6 尧命发,黄宁,段家修,付晓光,覃军,沈捷;增压中冷柴油-天然气双燃料发动机燃烧特性的实验研究[J];内燃机学报;2003年04期
7 邱先文,夏淑敏,唐琦,刘书亮;双燃料发动机的开发现状[J];农业机械学报;2002年02期
8 张纪鹏,高青,孙济美,冯东辉,刘文阳;预混合式天然气/柴油双燃料发动机若干问题的分析与探讨[J];汽车技术;2000年08期
9 高青,金英爱,孙志军,孙济美;内燃机爆震燃烧探测及其临界爆震判析[J];燃烧科学与技术;2002年04期
10 徐兆坤;蒋妙范;吴伟蔚;赵华;;天然气/柴油混合燃料发动机的特性研究[J];天然气工业;2006年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨棣;于佳;刘杰;罗马吉;;配气正时对柴油机性能影响的数值研究[J];车辆与动力技术;2008年02期
2 罗伟欢;熊锐;张宗法;周伟文;;柴油机HCCI压缩过程缸内工质状态的模拟研究[J];车用发动机;2007年06期
3 周苗;隆武强;冷先银;杜宝国;;喷油器参数对柴油机燃烧特性影响的数值模拟[J];车用发动机;2008年S1期
4 张戌;吕彩琴;赵宝新;;甲醇/汽油双燃料发动机燃料转换控制研究[J];柴油机设计与制造;2008年01期
5 戴俊;庞天照;;基于CFD的耦合喷嘴内部流动燃油喷射过程仿真研究[J];柴油机;2011年03期
6 梁昱;周立迎;;双燃料发动机技术研究综述[J];贵阳学院学报(自然科学版);2008年03期
7 余红东;谢德平;潘仕梁;陶泽民;黄锦成;;喷油器与增压柴油机匹配的燃烧分析[J];装备制造技术;2008年03期
8 宋建桐;张春化;吴晗;陈金柱;;替代率对柴油引燃天然气发动机性能的影响[J];甘肃农业大学学报;2012年06期
9 陈小猛;黄猛;辛强之;张振勇;闫丽;;如何实现210双燃料发动机自动控制[J];柴油机;2014年02期
10 潘海涛;宋阳;史雷鸣;梁秋霞;曹刚强;;TU5JP4汽油机配气相位与低温起动过程试验研究[J];成组技术与生产现代化;2014年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 田延庆;樊啟洲;;生物制气/生物柴油双燃料发动机性能试验[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 马为;詹樟松;徐发扬;;采用电子节温器发动机节油潜力研究及热负荷评估[A];2011中国汽车工程学会年会论文集[C];2011年
3 邬平;李雷;王锡斌;;动力涡轮复合增压柴油机性能的数值模拟研究[A];2011中国汽车工程学会年会论文集[C];2011年
4 石玲;刘建房;;喷雾夹角对柴油机燃烧排放及反应组分的影响[A];2011中国汽车工程学会年会论文集[C];2011年
5 孙闯;杜发荣;;基于有限元法的曲轴扭振模态分析[A];2009中国汽车工程学会年会论文集[C];2009年
6 邱君;阮旭;;加装颗粒捕集器的国Ⅲ柴油机性能特性研究[A];2009中国汽车工程学会年会论文集[C];2009年
7 杜爱民;段亮;田永祥;;汽油机进、排气道的CFD分析及改进[A];2008中国汽车工程学会年会论文集[C];2008年
8 韩琪;王德福;陈威;;发动机怠速控制系统的研究[A];2008中国汽车工程学会年会论文集[C];2008年
9 顾荣军;杨小龙;刘敬平;韩志玉;;汽油机涡轮增压系统的设计及匹配研究[A];2008中国汽车工程学会年会论文集[C];2008年
10 许俊;;简易瞬态工况法(VMAS)在双燃料LNG汽车排气污染控制中的应用研究[A];2014中国汽车工程学会年会论文集[C];2014年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张登攀;柴油机进气预混甲醇的台架试验和醇气混合过程数值模拟[D];江苏大学;2011年
2 赵骆伟;基于化学反应动力学的天然气—柴油电控双燃料发动机燃烧模型的研究[D];浙江大学;2002年
3 姚广涛;预混合压燃发动机混合气形成与燃烧过程研究[D];天津大学;2005年
4 王忠恕;边界条件对柴油机瞬态工况下燃烧的影响及数值模拟[D];吉林大学;2006年
5 方显忠;柴油机掺烧含羟基液体或燃料的研究[D];吉林大学;2006年
6 张德福;低散热压缩着火天然气发动机燃烧过程的试验研究[D];天津大学;2005年
7 李国勇;电控汽油机智能控制策略及故障诊断的研究[D];太原理工大学;2007年
8 张翠平;电控汽油机燃油喷射及点火控制系统的设计与实验研究[D];太原理工大学;2007年
9 童宝宏;关于内燃机润滑系统网络法设计理论和方法的研究[D];合肥工业大学;2007年
10 吴其伟;基于公交车循环工况的动力系统匹配研究[D];武汉理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 尹佳;柴油/天然气双燃料发动机性能模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 姜耀华;柴油/CNG双燃料发动机的设计与试验研究[D];浙江大学;2011年
3 金锋;柴油/CNG双燃料电子控制系统研究[D];武汉理工大学;2003年
4 游伏兵;LNG“老化”及其对发动机性能影响研究[D];武汉理工大学;2004年
5 江同;柴油/LPG双燃料发动机工作状态的控制及性能研究[D];浙江大学;2004年
6 张军昌;柴油——甲醇双燃料发动机试验研究[D];西北农林科技大学;2004年
7 蒋恒飞;汽油均质混合气柴油引燃燃烧的可视化与综合性能分析[D];清华大学;2004年
8 代鲲鹏;基于CAN总线的电喷发动机双燃料系统的研制[D];合肥工业大学;2005年
9 常利伟;火花点火式液化石油气发动机准维模型研究[D];河北工业大学;2005年
10 盘朝奉;以沼气为燃料的发动机改装及其性能参数优化试验研究[D];广西大学;2005年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李国岫;柴油—天然气发动机电控气体燃料喷射技术的研究[J];车用发动机;2000年02期
2 张欣欣,张家栋,张欣,李国岫;柴油天然气双燃料电控发动机的研究[J];柴油机设计与制造;1998年01期
3 胡准庆,陈淑玲,李广顺,张洪训,王效涛;TY1100柴油机燃用天然气的排放特性研究[J];柴油机;2000年01期
4 王鲁星;田明;韩有臣;;LNG点亮中国船用燃料市场新前景[J];国际石油经济;2012年05期
5 孙济美,高青,张纪鹏;气体燃料汽车的电控喷射供气技术[J];国外石油机械;1998年03期
6 左承基,欧阳明高;车用柴油天然气双燃料发动机工作特性及燃料控制[J];合肥工业大学学报(自然科学版);1999年04期
7 张晓明,蒋大真,卢宋林;一个启发式的图像边缘检测方法[J];核技术;1996年01期
8 张纪鹏,高青,梁宝山,孙志军;天然气喷气压力和喷气相位对天然气/柴油双燃料发动机性能的影响[J];吉林工业大学自然科学学报;2000年03期
9 梁保山,高青,张纪鹏,孙济美;双燃料发动机天然气喷射控制系统及其性能[J];吉林工业大学自然科学学报;2001年02期
10 方祖华,侯树荣,洪伟,孙志军,孙济美;点燃式内燃机应用气体燃料的喷气技术及其试验研究[J];吉林工业大学学报;1997年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张强,王志明;双燃料发动机性能与排放的试验研究[J];车用发动机;2005年04期
2 ;玉柴股份公司成功推出首台双燃料发动机[J];建设机械技术与管理;2009年06期
3 陈金柱;张春化;廖均智;;电控天然气/柴油双燃料发动机的开发[J];长安大学学报(自然科学版);2010年05期
4 张成江;石志勇;唐永华;;双燃料发动机研制与性能试验等方面的研究[J];铁道机车车辆;2011年S1期
5 张海纯;;康明斯公司宣布2013年将开始生产双燃料发动机[J];今日工程机械;2012年21期
6 刘伟,张欣,杨旭,梁龙;预测结构参数对双燃料发动机性能的影响[J];北方交通大学学报;2000年04期
7 张武高,李希浩,欧阳明高;引燃柴油供给系统对双燃料发动机性能的影响[J];内燃机工程;2000年04期
8 王子延,任江,平涛,张东旭,钟辉,郝胜宏;影响双燃料发动机总碳氢排放因素的实验研究[J];西安交通大学学报;2000年01期
9 刘伟,张欣,杨旭;预测运转参数对双燃料发动机性能的影响[J];小型内燃机;2000年03期
10 林春燕,刘伟,刘建华;柴油-天然气双燃料发动机电子喷射系统的设计[J];北京汽车;2000年05期
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 曾宪芳;;浅谈沼气—柴油双燃料发动机与纯沼气发动机的配置与工艺[A];节能减排论坛——福建省科协第八届学术年会卫星会议论文专刊[C];2008年
2 江彤;兰志波;王立新;吴宁;;天然气/柴油双燃料发动机排放的研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
3 徐光启;陈昆;;生物质燃气/柴油双燃料发动机试验研究[A];2004年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2004年
4 凌爱军;;天然气/柴油双燃料发动机在海油平台上的应用[A];2010年度海洋工程学术会议论文集[C];2010年
5 陈本林;田青云;吴向畅;陈刚;;基于高压共轨双燃料发动机性能试验研究[A];2013中国汽车工程学会年会论文集[C];2013年
6 张可红;安中强;钟子宪;;6102B3Q型柴油——天然气双燃料发动机的开发与应用[A];(2003)四川柴油/天然气汽车技术研讨会论文集[C];2003年
7 黄文超;赵新颖;谌志新;;LNG双燃料发动机在渔船上的应用[A];2013年中国水产学会学术年会论文摘要集[C];2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王巧然;中国石油钻井用双燃料发动机填补国内空白[N];中国石油报;2007年
2 刘泓波通讯员 王永刚;双燃料发动机投放市场[N];中国石油报;2007年
3 中国船舶工业市场研究中心 彭雪竹;双燃料机,船东船企“双驱动”[N];中国船舶报;2012年
4 中国船舶工业经济研究中心 肖志家;双燃料发动机“热透”全球[N];中国船舶报;2012年
5 张奇;双燃料发动机在济南研制成功[N];中国工业报;2005年
6 钟由;钻井用双燃料发动机研制成功[N];地质勘查导报;2007年
7 冯玉昆;昆仑双燃料发动机油研制成功[N];中国工业报;2009年
8 张远平 高明祥;淄柴研制成功两款双燃料发动机[N];中国船舶报;2012年
9 记者 冷翠华;中油燃气携手济柴力推内河船“双燃料”[N];中国船舶报;2010年
10 记者 桂雪琴 赵慧;长江绿色物流创新工程通过评审[N];中国船舶报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 梁昱;生物制气—柴油双燃料发动机燃烧试验与模拟[D];江苏大学;2007年
2 赵骆伟;基于化学反应动力学的天然气—柴油电控双燃料发动机燃烧模型的研究[D];浙江大学;2002年
3 汤东;生物制气—柴油双燃料发动机的燃烧噪声及燃烧模拟[D];江苏大学;2007年
4 祁东辉;混合喷射液化石油气/柴油双燃料发动机的研究[D];长安大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 尹佳;柴油/天然气双燃料发动机性能模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 孙建文;柴油/天然气双燃料发动机的开发与试验研究[D];山东大学;2012年
3 蒋五洋;高原地区小型沼气/柴油双燃料发动机的研制[D];甘肃农业大学;2013年
4 张雷;乙醇/柴油双燃料发动机的改进与控制方法的研究[D];东北大学;2008年
5 秦树珍;双燃料发动机及柴油机噪声测试分析[D];江苏大学;2009年
6 薛云;电控气体双燃料发动机的研究[D];浙江大学;2006年
7 刘乔明;生物制气—柴油双燃料发动机燃烧特性和放热规律研究[D];江苏大学;2005年
8 管鑫;喷油规律对双燃料发动机燃烧过程的影响[D];吉林大学;2014年
9 肖贻鹏;天然气/柴油双燃料发动机油气切换的优化控制[D];重庆大学;2007年
10 吴永红;柴油—液化石油气双燃料发动机的放热规律研究[D];大连理工大学;2000年
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