【摘 要】
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随着国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)出台日益严格的排放法规,特别是自2016年起在控制区域实行Tier III标准,要求NOx排放比Tier I降低80%以上,使传统低速二冲程发动机为满足排放要求需付出更高的成本代价,而天然气/柴油双燃料发动机则因其污染物排放低等优势迅速得到了船舶行业的广泛关注。本文针对低压喷射式天然气/柴油双燃料船用
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随着国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)出台日益严格的排放法规,特别是自2016年起在控制区域实行Tier III标准,要求NOx排放比Tier I降低80%以上,使传统低速二冲程发动机为满足排放要求需付出更高的成本代价,而天然气/柴油双燃料发动机则因其污染物排放低等优势迅速得到了船舶行业的广泛关注。本文针对低压喷射式天然气/柴油双燃料船用低速机进行了三维全尺寸模拟,并对该机的混合和燃烧过程进行了研究。本文从扫气口角度出发,通过设计扫气口的径向倾角和纵向倾角后发现,在引燃油喷射前,扫气口径向角度较小(θ<20°)时,缸内天然气分布出现上部稀、下部浓的“上下”分层;扫气口径向角度较大(θ≥20°)时,出现中间稀、两侧浓的“左右”分层,同时会出现天然气逃逸现象,并且适中的扫气口径向角度(θ=25°)有利于提升燃烧速率、降低天然气消耗率。扫气口纵向倾角过小(α<85°),缸内天然气出现两侧极不对称现象,不利于引燃油火焰传播,进而使指示功率降低;适当减小扫气口纵向倾角(θ=85°),有利于天然气在气缸两侧对称分布,促进引燃火焰传播,降低天然气消耗率。增大扫气口径向倾角会促进天然气向预燃室及缸盖附近运动,有利于混合气燃烧,但是当径向倾角过大时又容易引起天然气逃逸现象,因而优化扫气口径向角度与天然气喷孔角度、排气阀关闭定时、引燃油定时耦合的燃烧技术策略。结果发现:当两个大小相近的扫气口和天然气喷孔径向角度匹配时具有更低的天然气消耗率。推迟排气阀可以促进缸内混合气向缸盖和预燃室附近运动,促进混合气燃烧,但是推迟时刻过大会出现大量天然气逃逸的现象。在θ=25°排气阀定时为268.6°CA时存在最高的单缸功率,且天然气逃逸量较少。适当提前喷油定时可以有效提升缸内混合气的燃烧,在较小的扫气口角度下,可以通过提前喷油定时来降低发动机的天然气消耗率,但是在较大的扫气口角度下(θ>25°),无法通过改变喷油定时的方式降低天然气消耗率。
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