柴油-LNG雙燃料發(fā)動機超負荷工況燃燒性能仿真研究.pdf

1、內燃機以扭矩大、熱效率高、經濟性能好等特點廣泛應用于各大領域。而柴油機作為船舶心臟更是重要。當前，環(huán)境污染越來越嚴重，化石能源短缺，也促使船舶行業(yè)尋找替代能源。天燃氣以其清潔、高效的特點受到人們關注，也加速柴油/天燃氣雙燃料發(fā)動機發(fā)展。目前，對雙燃料發(fā)動機的研究主要是額定工況下的工作特性，對超負荷工況下發(fā)動機的運行情況研究較少，而船舶在運行過程中受到惡劣海況的影響有時會在超負荷工況下運行時，如果不能保證發(fā)動機動力性，將使船舶處于危險境地

2、。
　　本文主要對超負荷工況下發(fā)動機的燃燒性能進行研究，利用AVL-FIRE軟件建立發(fā)動機的三維仿真模型，對不同柴油替代率、柴油噴射時刻、進氣溫度、過量空氣系數(shù)情況下發(fā)動機的燃燒過程進行了仿真研究。研究結果表明:
　　(1)隨著替代率的增大，缸內溫度、壓力下降，達到峰值的時刻更靠后。當替代率從30％升高到80％時，氣缸內最高壓力下降了約9％，最高壓力下降了約23％，峰值滯后了5 ℃A左右。缸內平均NO質量分數(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濟性，在超負荷工況時選擇柴油替代率為50％更合適。
　　(2)隨著噴油噴射時刻滯后，缸內溫度峰值有所降低，但峰值時刻滯后;缸內最高壓力降低，相比于柴油噴射時刻為20 ℃ABTDC時，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)動機燃燒性能，在超負荷工況下，柴油噴射時刻為10° CABTDC時，可以將柴油噴射時刻稍微提前0-5 ℃A。
　　(3)初始進氣溫度越高

4、，燃燒時缸內時平均溫度越高，缸內平均壓力降低，火焰燃燒速度較快，產生NO含量增大。當進氣溫度由300K提高到360K時，缸內壓力最大值下降了6.2％，最后缸內平均NO質量分數(shù)提高了40％。因此，在超負荷工況下，為了改善發(fā)動機的排放性能，可以降低進氣溫度20K。
　　(4)隨著過量空氣系數(shù)越大，空氣進氣量增多，初始壓力增大，燃燒過程中缸內平溫度降低，缸內平均壓力升高。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，但同時天然氣