船用混合燃料發(fā)動機燃燒過程數(shù)值模擬.pdf

1、天然氣和氫氣是清潔燃料，且天然氣價格便宜、儲量豐富，如果把天然氣和氫氣作為船用柴油機的燃料，一方面可以解決能源短缺問題，另一方面污染物的排放也會降低。本文基于AVL FIRE軟件，以C4190Zlc-2型船用柴油機為模型基礎，通過進氣加氫（氫氣占空氣體積的80％）和缸內(nèi)直噴天然氣，從天然氣的噴射質(zhì)量比、噴射時刻和噴射夾角三方面研究了混合燃料對發(fā)動機燃燒過程的影響。主要研究工作如下:
　　(1)發(fā)動機燃燒室模型建立及網(wǎng)格劃分。在原C

2、4190Zlc-2型船用柴油機模型基礎上，加設8個天然氣噴孔，并由Pro/E軟件建立燃燒室模型。應用AVL FIRE軟件劃分燃燒室網(wǎng)格，分別選用k-ε雙方程模型、KHRT模型、多組分蒸發(fā)模型、O-Rourke模型、Walljet1模型、修正Shell模型、EBU渦團破碎模型、Extended Zeldovich模型和Kinetic模型分別作為缸內(nèi)流動湍流模型、液滴破碎模型、液滴蒸發(fā)模型、液滴相互碰撞模型、液滴碰壁模型、著火模型、燃燒模型

3、、NO生成模型和SOOT生成模型。通過模擬柴油發(fā)動機的計算結(jié)果與實驗結(jié)果的分析對比，驗證了模型的正確性。
　　(2)混合燃料對發(fā)動機燃燒性能與排放性能的影響。純柴油時缸內(nèi)最高壓力最大，柴油中加入天然氣后，缸內(nèi)最高壓力降低，當在雙燃料中加入氫氣后，缸內(nèi)壓力比雙燃料時有所降低。純柴油時缸內(nèi)溫度最高，柴油天然氣雙燃料時溫度降低，加入氫氣時溫度比雙燃料高但是低于純柴油時燃燒。純柴油燃燒時NO排放明顯比雙燃料和雙燃料加氫時多，雙燃料混合燃燒

4、時SOOT生成量有所降低。
　　(3)天然氣添加比例對發(fā)動機性能與排放的影響。柴油噴油持續(xù)期701.4CA-710.2CA，噴射夾角160°;天然氣的噴氣持續(xù)期710.2CA-730.8CA，噴射夾角45°。天然氣混合質(zhì)量比由70％～90％時，缸內(nèi)最高溫度變化由2142K～2034K;缸內(nèi)最高壓力變化由10.18MPa～9.98MPa。隨著天然氣噴射量的增加，缸內(nèi)溫度的峰值有所降低，缸內(nèi)最高壓力降低，NO的生成量降低，SOOT生成

5、量增加，發(fā)動機的動力性能有所下降，排放性能有所提高。
　　(4)天然氣噴射時刻對發(fā)動機性能與排放的影響。柴油、天然氣的噴射夾角分別為160°、45°，天然氣噴射時刻由710.2CA～720.2CA時，缸內(nèi)最高溫度變化由2018K～1688K;缸內(nèi)最高壓力由10.6MPa～9.8MPa。天然氣噴射時刻越靠后，缸內(nèi)最高溫度越低，缸內(nèi)壓力峰值降低，缸內(nèi)NO的生成量越少，SOOT生成量會增加，隨著天然氣噴射時刻的推遲，發(fā)動機動力性能降低，

6、排放性能改善。
　　(5)天然氣噴射夾角對發(fā)動機性能與排放的影響。天然氣的噴射質(zhì)量比為90％，天然氣的噴射時刻為710.2CA曲軸轉(zhuǎn)角。當天然氣噴射夾角分別為45°、75°、30°時，缸內(nèi)最高溫度分別為2122K、1915K、1673K;缸內(nèi)最高壓力分別為10.6MPa、10.2MPa、9.9MPa。天然氣噴射夾角為45°時，NO的生成量最多，SOOT生成量最少;天然氣噴射夾角為30°時，SOOT生成量最多;天然氣噴射夾角為45°