船用柴油-lng發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化與試驗(yàn)研究

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1、分類號(hào)：密級(jí)：UDC：編號(hào)：中國(guó)艦船研究院碩士學(xué)位論文船用柴油-LNG發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化與試驗(yàn)研究作者：孟嗣斐指導(dǎo)老師：曾憲友研究員學(xué)科專業(yè)：輪機(jī)工程上海船用柴油機(jī)研究所二○一五年四月船用大功率柴油機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵部件的熱負(fù)荷評(píng)估分析方法研究分類號(hào)密級(jí)UDC編號(hào)碩士（博士）學(xué)位論文船用柴油-LNG發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化與試驗(yàn)研究ThePerformanceOptimizationandExperimentalResearchonMarineDiesel-LNGEngine指導(dǎo)教師姓名：曾憲友職稱：研究員學(xué)位申請(qǐng)人姓名：孟嗣斐申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)名稱：輪機(jī)工程研究方向：雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)論文提交時(shí)間：培養(yǎng)單位：

2、上海船用柴油機(jī)研究所學(xué)位授予單位：中國(guó)艦船研究院II學(xué)位論文原創(chuàng)和使用授權(quán)聲明學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本文鄭重聲明：本論文所有研究工作，均在導(dǎo)師指導(dǎo)下由作者本文獨(dú)立完成。引用的有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)已在論文中注明，并與參考文獻(xiàn)對(duì)應(yīng)。除論文中已注明的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的研究成果。對(duì)本文研究作出任何貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在論文中以明確方式注明并表示感謝。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)聲明中國(guó)船用研究院和上海船用柴油機(jī)研究所有權(quán)保存本文呈交的學(xué)位論文復(fù)印件及電子版，有權(quán)向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文復(fù)印件及電子版，允許論文被查閱和借閱。本文授權(quán)中國(guó)船用

3、研究院和上海船用柴油機(jī)研究所可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描手段保存或匯編本論文。本學(xué)位論文屬于：公開□內(nèi)部□秘密□，在年解密后使用本授權(quán)書（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√”）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：年月日日期：年月日摘要為適應(yīng)日益嚴(yán)格的海事環(huán)保法規(guī)，許多船舶采用將發(fā)動(dòng)機(jī)改造為柴油-LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，希望改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放特性，但是，純柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)并不能很好的匹配雙燃料燃燒模式，使得燃料經(jīng)濟(jì)性和排放特性未能達(dá)到預(yù)期的效果。針對(duì)此問(wèn)題本文對(duì)這類雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了性能仿真研究，提出相關(guān)的優(yōu)化改進(jìn)措施，并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。雙燃

4、料的燃燒過(guò)程十分復(fù)雜，現(xiàn)有的性能仿真軟件都沒(méi)有完善的雙燃料燃燒模型，本文以GT-power中的廣安博之模型為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正，建立R6160雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)模型，經(jīng)過(guò)標(biāo)定的各項(xiàng)性能參數(shù)均在5%的仿真誤差限內(nèi)，證明了整機(jī)模型的可靠性。基于標(biāo)定模型，仿真了發(fā)動(dòng)機(jī)噴油正時(shí)，天然氣噴氣正時(shí)，過(guò)量空氣系數(shù)以及進(jìn)氣關(guān)角對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。結(jié)果表明：噴油正時(shí)提前3°CA，可以減小綜合燃油消耗率；發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣正時(shí)在進(jìn)氣沖程上止點(diǎn)后24°CA（384°CA）到38°CA（408°CA）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放性能和油耗率均有不錯(cuò)效果；過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)影響比較大，尤其在低負(fù)荷工況下，需要較

5、低的過(guò)量空氣系數(shù)來(lái)改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，使綜合燃油消耗率下降；在原機(jī)基礎(chǔ)上減小進(jìn)氣關(guān)角30°CA，可以改善雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和HC排放。在上述研究的基礎(chǔ)上，分析了發(fā)動(dòng)機(jī)噴油正時(shí)、天然氣噴氣正時(shí)和過(guò)量空氣系數(shù)之間的相關(guān)性，并提出了R6160雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)方案：噴油正時(shí)為-27°CA，天然氣噴氣正時(shí)為384°CA，進(jìn)氣關(guān)角減小30°CA和在低負(fù)荷時(shí)降低過(guò)量空氣系數(shù)。仿真結(jié)果表明，方案在滿足TierⅡ排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，綜合燃油消耗率平均降低7g/(kW·h)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)R6160發(fā)動(dòng)機(jī)HC排放不理想的情況，利用AVLFIRE軟件建立發(fā)動(dòng)機(jī)的三維流動(dòng)模型，分析了HC過(guò)多的原因。經(jīng)過(guò)

6、仿真可知：進(jìn)氣回流是發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷時(shí)HC排放較高的主要原因，在60%替代率100%負(fù)荷下，由于進(jìn)氣回流導(dǎo)致的HC排放占總HC排放的55.7%；天然氣燃燒不充分是低負(fù)荷時(shí)HC排放較高的主要原因，在60%替代率25%負(fù)荷下，由于燃燒不充分導(dǎo)致的HC排放占了總HC排放的77.4%。搭建了試驗(yàn)臺(tái)架，對(duì)仿真結(jié)論進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)表明：噴油正時(shí)為-27°CA時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)綜合燃油消耗率降低，NOx排放升高；噴氣正時(shí)為384°CA時(shí)，綜合燃油消耗率和NOxI排放同其余正時(shí)相比無(wú)明顯變化，HC排放降低；隨著過(guò)量空氣系數(shù)的降低，發(fā)動(dòng)機(jī)綜合燃油消耗率下降，NOx排放上升。試驗(yàn)結(jié)果同仿真結(jié)果保持一致，證明了仿真結(jié)論的

7、正確性和優(yōu)化方案的可行性。關(guān)鍵詞：船用柴油-LNG發(fā)動(dòng)機(jī)；性能優(yōu)化；噴油正時(shí)；天然氣噴氣正時(shí)；過(guò)量空氣系數(shù)；進(jìn)氣關(guān)角IIAbstractToadapttotheincreasinglystrictmarineenvironmentalprotectionregulation,manyshipsbegantoadoptthetransformeddiesel-LNGdual-fuelengine,t