柴油-LNG雙燃料發(fā)動機(jī)超負(fù)荷工況燃燒性能仿真研究.pdf

1、內(nèi)燃機(jī)以扭矩大、熱效率高、經(jīng)濟(jì)性能好等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各大領(lǐng)域。而柴油機(jī)作為船舶心臟更是重要。當(dāng)前，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，化石能源短缺，也促使船舶行業(yè)尋找替代能源。天燃?xì)庖云淝鍧?、高效的特點(diǎn)受到人們關(guān)注，也加速柴油/天燃?xì)怆p燃料發(fā)動機(jī)發(fā)展。目前，對雙燃料發(fā)動機(jī)的研究主要是額定工況下的工作特性，對超負(fù)荷工況下發(fā)動機(jī)的運(yùn)行情況研究較少，而船舶在運(yùn)行過程中受到惡劣海況的影響有時(shí)會在超負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)，如果不能保證發(fā)動機(jī)動力性，將使船舶處于危險(xiǎn)境地

2、。
　　本文主要對超負(fù)荷工況下發(fā)動機(jī)的燃燒性能進(jìn)行研究，利用AVL-FIRE軟件建立發(fā)動機(jī)的三維仿真模型，對不同柴油替代率、柴油噴射時(shí)刻、進(jìn)氣溫度、過量空氣系數(shù)情況下發(fā)動機(jī)的燃燒過程進(jìn)行了仿真研究。研究結(jié)果表明:
　　(1)隨著替代率的增大，缸內(nèi)溫度、壓力下降，達(dá)到峰值的時(shí)刻更靠后。當(dāng)替代率從30％升高到80％時(shí)，氣缸內(nèi)最高壓力下降了約9％，最高壓力下降了約23％，峰值滯后了5 ℃A左右。缸內(nèi)平均NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著替代率增大而

3、降低。綜合比較，為保證動力性提高經(jīng)濟(jì)性，在超負(fù)荷工況時(shí)選擇柴油替代率為50％更合適。
　　(2)隨著噴油噴射時(shí)刻滯后，缸內(nèi)溫度峰值有所降低，但峰值時(shí)刻滯后;缸內(nèi)最高壓力降低，相比于柴油噴射時(shí)刻為20 ℃ABTDC時(shí)，5 ℃ABTDC的最高壓力下降了約11％，峰值滯后了約5° CA。為了改善發(fā)動機(jī)燃燒性能，在超負(fù)荷工況下，柴油噴射時(shí)刻為10° CABTDC時(shí)，可以將柴油噴射時(shí)刻稍微提前0-5 ℃A。
　　(3)初始進(jìn)氣溫度越高

4、，燃燒時(shí)缸內(nèi)時(shí)平均溫度越高，缸內(nèi)平均壓力降低，火焰燃燒速度較快，產(chǎn)生NO含量增大。當(dāng)進(jìn)氣溫度由300K提高到360K時(shí)，缸內(nèi)壓力最大值下降了6.2％，最后缸內(nèi)平均NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了40％。因此，在超負(fù)荷工況下，為了改善發(fā)動機(jī)的排放性能，可以降低進(jìn)氣溫度20K。
　　(4)隨著過量空氣系數(shù)越大，空氣進(jìn)氣量增多，初始壓力增大，燃燒過程中缸內(nèi)平溫度降低，缸內(nèi)平均壓力升高。雖然過量空氣系數(shù)增大有利于燃料徹底燃燒，NO含量降低，但同時(shí)天然氣