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双燃料低速船机火焰发展和污染物生成机理

内燃机学报 2022年第1期40卷 1-9页

作者：叶映吴朝晖刘海峰董晶瑾李敬瑞尧命发天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300350 上海中船动力研究院有限公司上海200131

基于计算流体力学平台CONVERGE以及MATLAB后处理程序,通过数值仿真的方法,研究了船用柴油-天然气双燃料发动机预燃室内外的着火燃烧过程和火焰发展机制.此外,研究了双燃料发动机有害污染物氮氧化物(NO_(x))和碳氢(HC)生成及迁移过程.结... 详细信息

基于计算流体力学平台CONVERGE以及MATLAB后处理程序,通过数值仿真的方法,研究了船用柴油-天然气双燃料发动机预燃室内外的着火燃烧过程和火焰发展机制.此外,研究了双燃料发动机有害污染物氮氧化物(NO_(x))和碳氢(HC)生成及迁移过程.结果表明:整个燃烧过程分为三个阶段,首先,在预燃室内的流动和进气作用下,近通孔处的油束率先着火;随后预燃室内燃烧并产生射流火焰,射流火焰包含部分未燃燃料和燃烧中间产物,在进入主燃烧室初期火焰内部存在剧烈的预混燃烧;随着射流火焰进一步发展,反应区集中在火焰表面,开始出现火焰传播特征.燃烧过程中NO_(x)的高浓区都在预燃室内部,表明NO_(x)主要在预燃室内生成,受射流作用向主燃烧室迁移,而HC残留区域在主燃烧室内靠近射流火焰碰壁处.

关键词：低速船机双燃料射流火焰燃烧过程污染物生成机理

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双燃料发动机进气道加湿燃烧性能仿真

中国造船 2020年第3期61卷 163-175页

作者：胡登黄加亮邓涛叶子枭范金宇陈丹尹自斌无集美大学轮机工程学院厦门361021 福建省船舶与海洋工程重点实验室厦门361021 集美大学理学院厦门361021

针对柴油机因掺烧生物柴油而带来的NOx排放浓度升高的问题,提出了柴油-生物柴油结合进气道加湿的方法,对4190柴油机进行仿真。将台架试验数据与仿真结果进行对比,以验证模型的准确性。设置4组生物柴油掺混比及4组水油比进行仿真分析。... 详细信息

针对柴油机因掺烧生物柴油而带来的NOx排放浓度升高的问题,提出了柴油-生物柴油结合进气道加湿的方法,对4190柴油机进行仿真。将台架试验数据与仿真结果进行对比,以验证模型的准确性。设置4组生物柴油掺混比及4组水油比进行仿真分析。在生物柴油掺混比为30%、水油质量比为2时,指示功率为52.4 kW,比原机指示功率下降4.73%,NO生成质量分数为5.88×10^-5,比原机仿真数据降低76.85%。该优化方案在保证动力性的前提下能极大地降低NOx排放,为生物柴油实际应用提供一定的指导。

关键词：船用柴油机双燃料生物柴油进气道加水排放

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双燃料船机天然气喷射规律对燃烧特性的影响

燃烧科学与技术 2021年第4期27卷 424-433页

作者：王作吉刘宗宽周磊卫海桥天津大学机械工程学院天津300072

基于高压直喷(high pressure direct injection,HPDI)天然气船用低速机,采用计算流体力学(CFD)软件Converge开展三维数值模拟研究,探究了天然气喷射规律对缸内着火及燃烧特性的影响.结果表明,随着天然气喷射速率的降低,缸压、放热率和... 详细信息

基于高压直喷(high pressure direct injection,HPDI)天然气船用低速机,采用计算流体力学(CFD)软件Converge开展三维数值模拟研究,探究了天然气喷射规律对缸内着火及燃烧特性的影响.结果表明,随着天然气喷射速率的降低,缸压、放热率和平均温度峰值显著降低.当喷射速率从1.30 kg/s降低到0.78 kg/s时,放热率峰值持续时间延长了约15°CA,缸压降低了约2MPa,导致燃烧相位延后,发动机做功能力降低.降低喷射速率使得缸内火焰发展速度变慢且火焰浮升长度更晚到达稳定值.进一步分析燃烧过程的高温反应和低温反应发现,天然气喷射速率降低使得燃烧初期的低温反应速率降低;2.5°CA前总体高温反应无明显变化,但随后高温反应随着天然气喷射速率的降低而减弱.天然气喷射速率越低,燃烧反应进行至约1.5°CA后富燃区低温产物CH_(2)O和H_(2)O_(2)浓度峰值越高,且峰值持续时间更久,其原因为富燃区低温产物消耗较慢且火焰对富燃区的影响相对滞后,使低温产物快速消耗的时刻推迟.

关键词：船机双燃料喷射速率燃烧特性低温反应

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湍流状态下双燃料混合物自燃和火焰传播过程

内燃机学报 2022年第3期40卷 208-215页

作者：周磊刘宗宽袁成威张帆卫海桥天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300350

采用直接数值模拟(DNS)方法,研究了低速机缸内热力学状态下甲烷/正庚烷混合物的着火及燃烧过程,分析了湍流状态下双燃料混合层中的着火特性及火焰发展过程.结果表明:第一阶段着火后,湍流作用下混合气偏浓区域生成冷焰;第二阶段着火后,甲... 详细信息

采用直接数值模拟(DNS)方法,研究了低速机缸内热力学状态下甲烷/正庚烷混合物的着火及燃烧过程,分析了湍流状态下双燃料混合层中的着火特性及火焰发展过程.结果表明:第一阶段着火后,湍流作用下混合气偏浓区域生成冷焰;第二阶段着火后,甲烷/空气预混气侧生成多个高温膨胀核心.混合分数梯度平缓区域更易生成高温核心,而混合分数梯度较大时会增大标量耗散率、加强热量和活性基团的耗散,不利于燃烧反应的稳定发展.湍流作用下火焰前沿形成褶皱向两侧传播,热膨胀核心位置的火焰前沿传播较快.甲烷/空气预混气侧含氧量增加导致火焰前沿传播加快,前沿褶皱程度逐渐降低;正庚烷侧火焰前沿在传播下游存在冷焰反应区域,形成“双火焰”结构,随着反应进行,火焰前沿传播进入更浓的混合物中,双火焰面之间的距离逐渐缩短.

关键词：湍流双燃料直接数值模拟混合层着火火焰传播

掺烧比对P50/甲醇双燃料发动机燃烧与排放的影响

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中国公路学报 2022年第1期35卷 350-358页

作者：赵伟余宾宴苏欣陈昊耿莉敏杨传通长安大学汽车学院陕西西安710064

燃料富氧重整和双燃料燃烧模式是改善燃烧过程和降低颗粒物排放的重要方法。在一台四缸增压中冷的高压共轨柴油机上,采用进气道喷射甲醇、缸内喷射P50(50%体积比例柴油与50%体积比例PODE)的双燃料模式,研究掺混比对P50/甲醇双燃料发动... 详细信息

燃料富氧重整和双燃料燃烧模式是改善燃烧过程和降低颗粒物排放的重要方法。在一台四缸增压中冷的高压共轨柴油机上,采用进气道喷射甲醇、缸内喷射P50(50%体积比例柴油与50%体积比例PODE)的双燃料模式,研究掺混比对P50/甲醇双燃料发动机燃烧与排放特性的影响。研究结果表明:相比于纯柴油模式,P50及P50/甲醇双燃料燃烧模式均可同时降低NO;与PM排放;与P50相比,在P50/甲醇双燃料模式下,随着甲醇掺烧比的增大,滞燃期延长、燃烧持续期缩短、峰值放热率增大;小负荷时,峰值缸内压力、峰值压力升高率和峰值燃烧温度降低;在中高负荷,峰值缸内压力、峰值压力升高率和峰值燃烧温度升高;NO;排放逐渐降低;中等负荷下,颗粒物数浓度和体积浓度降低;大负荷下,颗粒物数浓度和体积浓度增加,但是远低于柴油;P50/甲醇双燃料发动机具有良好的减排效果。

关键词：汽车工程聚甲氧基二甲醚试验研究甲醇掺烧比双燃料燃烧排放

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船舶低速双燃料发动机甲烷逃逸治理方案分析

热能动力工程 2023年第10期38卷 86-94页

作者：胡杨温华兵韩连任江苏科技大学能源与动力学院江苏镇江212003 中船动力研究院有限公司上海200129

船舶低速双燃料发动机在工作过程中会发生甲烷逃逸现象,以现有的催化剂催化氧化效率结合发动机排放试验数据,通过设计计算及理论分析,研究了机外后处理技术在解决该问题上的可行性,分析了采取电加热和补燃方案后对催化效果的影响。研究... 详细信息

船舶低速双燃料发动机在工作过程中会发生甲烷逃逸现象,以现有的催化剂催化氧化效率结合发动机排放试验数据,通过设计计算及理论分析,研究了机外后处理技术在解决该问题上的可行性,分析了采取电加热和补燃方案后对催化效果的影响。研究发现:现有的催化剂虽有较高的催化效率,但在低速机正常排气温度下,经过加权计算的甲烷逃逸量为1.35 g/(kW·h),不满足设计限值1 g/(kW·h);采取电加热或补燃方案使催化剂活性得到提高后,低速机甲烷逃逸量会有所降低,采取电机热方案和燃烧器补燃方案均可使加权甲烷排放量降低至0.94 g/(kW·h)。

关键词：双燃料甲烷逃逸后处理催化剂电加热燃烧器

高涡流比对低速双燃料船舶发动机天然气/空气混合及燃烧性能的影响

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内燃机工程 2024年第3期45卷 30-38,49页

作者：李大保刘世海刘龙中船动力(集团)有限公司上海201208 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

以X92DF超大缸径低速二冲程双燃料船用发动机为研究对象,基于三维数值计算分析了天然气和空气混合过程及燃烧特性,并研究了扫气和燃烧过程中缸内涡流强度对混合质量和火焰传播的影响。结果表明:由于上止点前缸内天然气和空气的混合气浓... 详细信息

以X92DF超大缸径低速二冲程双燃料船用发动机为研究对象,基于三维数值计算分析了天然气和空气混合过程及燃烧特性,并研究了扫气和燃烧过程中缸内涡流强度对混合质量和火焰传播的影响。结果表明:由于上止点前缸内天然气和空气的混合气浓度分布不均,造成局部高浓度区域出现燃烧异常现象,导致缸内压力振荡幅度增大。通过分析不同涡流强度对缸内天然气/空气的混合质量的影响可以得出,随着扫气过程中涡流强度的增大,上止点前缸内天然气高浓度区域面积明显减小,表明天然气和空气的混合质量得到明显提高。同时,随着缸内涡流比的增加,加快了预燃室射流火焰在主燃烧室内的传播速度和缸内天然气的燃烧速度。进一步研究得出缸内混合质量的提高可以有效地避免局部异常燃烧现象和降低压力振荡。最后,提出一种改善缸内混合质量和减小压力振荡的策略,为液态天然气在船机上的普及提供了一定了理论基础。

关键词：大缸径船舶发动机双燃料涡流比天然气/空气混合压力振荡

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双燃料柴油机燃烧及排放的数值研究

双燃料柴油机燃烧及排放的数值研究

作者：周展鹏大连海事大学

学位级别：硕士

随着化石燃料的过度开采使用和日益严苛排放法规的出台,柴油机的节能减排问题日益受到研究者们的重视。柴油机的节能减排研究可分为对传统柴油机进行改进研究和在传统柴油机上引入新的替代燃料等方式。近年来,越来越多的研究者对柴油机... 详细信息

随着化石燃料的过度开采使用和日益严苛排放法规的出台,柴油机的节能减排问题日益受到研究者们的重视。柴油机的节能减排研究可分为对传统柴油机进行改进研究和在传统柴油机上引入新的替代燃料等方式。近年来,越来越多的研究者对柴油机双燃料燃烧与排放展开研究。本文即基于甲醇双燃料柴油机对燃烧及排放展开数值研究。本文首先利用计算流体力学软件Fluent对某型号船用低速柴油机全循环过程进行了数值模拟研究,将仿真计算得到的缸压、温度等数据与实验数据比对证明了模拟的可靠性与准确性;在柴油机计算模型建立的基础上,本文对双燃料非对称喷射与对称喷射对燃烧及排放的影响展开了研究。在对柴油机全循环工作过程进行模拟时,进行了模型建立及调整、网格划分等工作,然后在Fluent中对数值模型、动网格、全循环自动控制等方面进行了设置。将模拟结果与实验数据进行比对,数据吻合较好,误差在允许范围内,对氧气和二氧化碳质量全循环变化情况进行了分析;体现了全循环模拟的可靠性。甲醇、柴油双燃料非对称喷射研究结果表明,1.6倍甲醇方案缸压曲线与原柴油机最为接近;甲醇的引入能够有效降低NO排放量,但甲醇喷射量过多会导致Soot和CO排放量反而比原柴油机多。不同甲醇与柴油喷嘴数匹配下,缸压曲线随着甲醇喷嘴数增加不断下降,纯柴油方案温度曲线最高,纯甲醇方案温度曲线最低;甲醇喷嘴数的增多对于柴油燃烧有利但是会使甲醇全部燃烧所需时间变长。随着甲醇喷嘴数的增多,Soot和CO的排放量均会减少;一个喷嘴喷柴油、两个喷嘴喷甲醇的方案NO排放量比纯柴油方案略高,其余两个双燃料方案NO排放量均低于纯柴油方案。对称喷射首先研究了喷嘴相对位置对燃烧及排放的影响,甲醇喷嘴在上侧的方案相比柴油喷嘴在上侧的方案对燃烧更有利,缸压、缸内最高平均温度都要高,Soot和CO排放量很少,但NO排放量有所增加。喷嘴上下间距越大,对燃烧促进作用越明显,NO生成量越多;但喷嘴间距对Soot、CO稳定生成量影响很小。基于甲醇喷嘴在上侧且与柴油喷嘴间隔3cm的方案进一步研究了甲醇含水量的影响,结果表明甲醇加水能降低缸内温度,但是也会使得缸压曲线降低;排放方面,甲醇含水量的提高会使得NO、Soot和CO排放量出现不同程度的减少,Soot和CO最大生成量也不断减少。

关键词：燃烧排放物生成柴油机数值模拟双燃料

双燃料油船LNG C型舱鞍座区域温度场分析

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舰船科学技术 2022年第17期44卷 12-16页

作者：邱吉廷乔薛峰吴兆年中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

目前LNG C型舱已广泛应用于船舶燃料维护系统设计。本文针对双燃料油船LNG C型燃料舱的传热特点,运用传热学的基本原理,提出基于热传导、热对流等传热方式下的三维有限元温度场计算方法,并以某型双燃料油船为例,分析鞍座及附近船体结构... 详细信息

目前LNG C型舱已广泛应用于船舶燃料维护系统设计。本文针对双燃料油船LNG C型燃料舱的传热特点,运用传热学的基本原理,提出基于热传导、热对流等传热方式下的三维有限元温度场计算方法,并以某型双燃料油船为例,分析鞍座及附近船体结构的温度变化情况和应力场计算结果,基于适用的规范要求,为准确选择LNG C型燃料舱鞍座区域的船体结构材料提供依据。

关键词：双燃料 LNG C型舱传热温度场分析材料选择