浅谈船舶柴油机排放污染及控制对策

本文论述了船舶柴油机废气排放对大气污染的影响，介绍了IMO（国际海事组织）对船舶柴油机排放的控制要求，以及国内外柴油机研究机构和制造公司所采取的对策。     

船用柴油机涡轮增压技术发展现状

涡轮增压是提升船用柴油机燃油经济性、排放性及动力性的核心关键技术。船舶动力排放与燃油经济性法规日趋严格、智能化发展趋势日趋明显,推动船用柴油机涡轮增压技术向高增压、高效率、柔性化和电动化等方向快速发展。本文分别从涡轮增压系统与涡轮增压器部件角度,对国内外主要船用柴油机增压技术的基本原理、主要特性、应用机型等内容进行了详细阐述,重点分析两级涡轮增压、相继增压、可变涡轮增压和机电负荷涡轮增压等增压系统技术,以及高效宽域涡轮增压部件技术,展望了船用柴油机增压技术发展趋势。     

粉末GH4169 合金中的原始颗粒边界问题

探讨了粉末GH4169高温合金中的原始颗粒边界的形成机理、其对合金组织性能的影响以及消除措施等。结果表明:粉末GH4169合金中原始颗粒边界组织主要由MC碳化物构成,而在粉末成型前进行预热处理可以有效抑制原始颗粒边界组织的生成,提高合金综合性能。     

燃料喷口位置对燃烧室污染物生成性能影响

对一种使用中低热值生物质气的干式低排放（DLE）微型燃气轮机燃烧室开展了研究,对燃料喷嘴口在不同位置时的污染物生成特性进行了实验测试和数值模拟,获得了喷口位置对燃料与空气的混合均匀性、NOx生成特性的影响规律。结果表明:调节燃烧室的燃料分配比例、燃料喷口位置对燃烧室的排放特性会产生影响,存在一个使NOx排放最低的燃料分配比例;燃料与空气混合的均匀性是影响NOx生成的主要因素之一;NOx主要在值班燃烧区中产生,调整值班级喷口喷射方式可以使NOx质量浓度降至7.6 mg/m3。      

船舶柴油机智能控制技术研究进展

船舶柴油机智能控制技术是将人工智能算法引入到船舶柴油机控制领域,提高复杂时变非线性系统的控制性能。重点针对基于智能控制算法设计的柴油机子系统控制器研究和基于非线性模型预测架构的柴油机在线性能优化研究,对船舶柴油机智能控制技术的研究现状和进展进行了综述,并分析了此研究领域所涉及的主要理论和方法。根据船舶柴油机智能控制不同应用需求,重点介绍了智能控制方法在船舶推进柴油机新型燃烧、复杂气系统、转速跟踪等控制问题中的应用,分析了智能控制方法的优缺点,讨论了在船舶柴油机控制领域中智能控制技术的未来研究方向和面临的挑战。     

NEPE推进剂力学性能与化学安定性关联老化行为及机理

为了剖析NEPE推进剂力学性能老化特性,研究了其力学性能与化学安定性关联老化行为及其机理。力学性能与化学安定性对比以及正交试验结果表明:两者的老化行为存在关联性,且呈“两段式”。通过理化参数与化学安定性对比以及高效液相色谱测试,阐明了关联老化行为的内在机理是:安定剂不断与硝酸酯分解出的氮氧化物反应生成亚硝基产物,抑制硝酸酯的自催化分解,安定剂通过对硝酸酯分解产物的稳定作用而间接地对粘合剂母体起到了稳定作用,从而形成了NEPE推进剂特有的力学性能与化学安定性老化“两段式”关联行为。     

液压传动系统综合污染分析与控制方法研究

详细分析了工作油液中的固体颗粒、水、气、氯污染物的特征及其对系统的影响.通过多年污染控制实践,以及在汲取国内外先进的污染控制技术的基础上,阐述了各种污染物的控制方法及测试技术,提出了全面污染控制的设想.     

收集处理方法对含铝固体推进剂凝相燃烧产物特性影响

含铝固体推进剂凝相燃烧产物特性对固体火箭发动机的燃烧效率、燃烧稳定性和绝热安全性等影响重大。为获得准确可靠的凝相燃烧产物的理化特性,利用定压燃烧装置来收集凝相燃烧产物,采用马尔文激光粒度分析仪、扫描电镜及X射线衍射仪对产物进行表征,研究收集介质、干燥处理和超声分散对凝相燃烧产物性质的影响。结果表明,使用水收集获得的凝相燃烧产物平均粒度与氮气收集条件下相比大60%,水收集法适用于研究推进剂近燃面凝相燃烧产物。干燥处理能保证凝相燃烧产物样品中大尺寸颗粒的有效取样,在粒度测试之前需要对样品进行干燥处理来获取准确的凝相燃烧产物粒度分布数据。超声分散会导致大颗粒团聚物含量降低,小颗粒团聚物含量升高,最终显著降低凝相燃烧产物平均粒径。粒度测试时,在80kHz条件下,超声分散参数设定为40 W,5 min较为合适。基于研究结果,提出了一套科学合理的凝相燃烧产物收集处理方法。     

复合包渗法制备铌合金表面硅化物涂层

采用复合包渗法在C103铌合金基体上制备硅化物涂层,进行1500℃静态氧化实验,室温～1500℃热震实验,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等检测手段对涂层氧化前后的组织结构进行观察,分析涂层形成机理、硅化时间对涂层组织结构的影响以及涂层氧化前后组织形貌的变化.研究表明,复合包渗法制备硅化物涂层主要是通过扩散反应形成的;涂层是以MoSi2相为主体层的多相复合结构;在高温氧化环境下,涂层表面生成熔融态非晶玻璃膜,有效阻止了氧向内进一步扩散,涂层抗静态氧化及抗热震性能良好.     

航空发动机排气污染物控制与适航符合性研究

基于民用航空活动对环境排放污染占比快速增长的现状,结合民用航空领域排放物相关政策的历史沿革和背景,展望了发动机排放物政策的发展趋势,研究表明由于NOx危害较大且很难控制,国际民航组织（简称ICAO）和美国联邦航空局（简称FAA）对NOx的要求日趋严格,而对HC、CO和烟的排放要求基本没有变化。同时介绍了低污染燃烧技术发展概况,分析了排气污染物的生成机理和主要影响因素以及改善措施,基于污染物生成机理及控制原理阐述了富油和贫油燃烧的污染排放控制方法。最后对飞机排放适航符合性验证方法进行了介绍,提出了基于发动机台架试验的LTO循环中气态排放污染物和烟尘的测量程序和计算分析方法,该测量程序和计算分析方法能较准确地评估航空发动机运行过程中的排气污染物水平,可以推广应用到航空发动机和大型燃气轮机的排放评估和预测。     

基于分段FOX方法的民航LTO黑碳质量排放清单计算分析

根据民用航空发动机压比提出分段FOX(formation and oxidation)方法,估算民用航空发动机LTO(landing and takeoff)循环黑碳(BC)颗粒质量排放指数,结合航空发动机机场实际运行时间和燃油流量修正,编制了2018年国内某国际机场某周国内民航航班黑碳颗粒质量排放清单。结果表明:考虑燃油流量修正的分段FOX方法对民用航空发动机慢车、进近等低工况的黑碳颗粒质量估算精度较FOX方法提高1~2倍,爬升、起飞等高工况估算值更接近实验值。考虑民航实际运行时间和燃油流量后,2018年此国际机场国内民航进出港LTO循环黑碳颗粒质量周排放量约300 kg,其中B737、A320等中型机离港(起飞和爬升阶段为主)阶段排放贡献超70%。      

舰载全电推进系统智能燃气轮机的关键技术及发展展望

随着对性能、运行安全和节能减排的日益重视,对燃气涡轮发动机的设计要求越来越高。在过去的10年中,智能燃气涡轮发动机由于可以兼顾性能及可靠性而越发受到重视。通过提炼智能燃气涡轮发动机的收益及挑战,系统回顾了智能燃气涡轮发动机涵盖的技术领域及需求。通过与航空发动机及地面燃气轮机的典型任务剖面差异进行对比,提出针对舰载燃气涡轮发动机智能化特色需求。在此基础上,梳理出进气畸变实时监测及畸变指数评估、压缩系统喘振预警及叶片振动监测、高压涡轮自适应热管理和高温旋转件叶尖间隙测试4项关键技术。重点讨论了每项关键技术带来的收益、国内外研究现状及实施这些技术所面临的挑战。然而,上述关键技术的落地仍需从单一技术的成熟及完善、多维度的技术收益论证2个层次持续开展相关工作。     

癸酸甲酯与正丁醇在低速柴油机中均质压燃燃烧与排放

通过向生物柴油替代燃料癸酸甲酯(MD)中掺入一定比例的正丁醇(NBA),达到降低氮氧化物（NOx）排放的目的。针对二冲程低速船用柴油机,建立了癸酸甲酯和正丁醇的混合燃料燃烧反应机理,并将Zeldovich氮氧化物反应机理作为子机理添加到燃烧反应机理中。构建出一个包含癸酸甲酯,正丁醇和详细的氮氧化物反应的完整燃烧反应机理。在燃料总摩尔分数一定的条件下,固定发动机转速与空气过量系数,将癸酸甲酯与正丁醇按不同比例进行混合,研究癸酸甲酯与正丁醇混合燃料在二冲程低速船用柴油机充量均质压燃（HCCI）模式下的燃烧与氮氧化物排放特性。结果显示,癸酸甲酯与正丁醇混合燃料HCCI燃烧产生的氮氧化物随正丁醇掺混比例的增加而减少。研究表明,在燃料总摩尔分数保持不变时,随着正丁醇混合比例的增加,燃料总热值减少,排气温度和缸内最高燃烧温度降低,对氮氧化物的生成有抑制作用,氮氧化物反应速率降低,排放量下降。同时,由于正丁醇掺混比例的增加导致混合燃料的C/H比下降,可以有效地降低燃烧过程中CO2的排放。在保证发动机燃烧效率的条件下,癸酸甲酯和正丁醇的混合比例为1:1时,混合燃料在二冲程低速船用柴油机中HCCI燃烧的NO与NO2排放量最低。     

铝合金锻件阳极氧化膜发黑缺陷控制技术研究

研究了LC9CGS3铝合金锻件硫酸阳极氧化膜颜色发黑缺陷的控制技术.采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等分析技术,研究了LC9CGS3铝合金锻件硫酸阳极氧化膜颜色发黑缺陷的形成机理.结果表明,造成阳极氧化膜颜色发黑的原因是由于热处理不当.通过工艺试验分析,获得了再现阳极氧化膜颜色发黑缺陷的方法；通过加工流程的再造,获得了缺陷控制的技术；通过缺陷控制,大幅度地提高了产品的合格率.     

船舶柴油机比例模型实验的理论基础与技术挑战

采用相似比例模型实验进行新型船舶柴油机研发可以极大地节约研发时间、成本及能源。本文回顾了柴油机燃烧相似性理论的发展历程,总结了实现燃烧相似性的三种单值条件相似法则,重点阐述了喷雾混合气形成过程相似性理论与实验验证的最新研究成果,同时指出船舶柴油机相似比例模型实验亟待攻克的技术挑战。建立柴油机喷雾燃烧相似性理论体系有助于制定科学合理的相似比例模型实验规范,推动船舶柴油机研发实现快速发展。     

大功率船用柴油机起动性能试验研究

为了满足大功率船用柴油机的快速起动需求，针对船用柴油机的起动过程进行试验研究，总结了不同因素对船用柴油机起动性能的影响规律。试验结果表明：柴油机在起动初期，起动机退出时间应不早于共轨建压时间；喷油参数对起动性能的影响最大，占比超过48%，通过优化喷油参数可以大幅改善起动性能。对于大功率船用柴油机，采用低轨压、小油量起动，然后迅速切换至高轨压、大油量的喷油策略，可以使柴油机快速喷油并释放大量热量、有效缩短起动时间。     

旋转爆震燃烧航空涡轮发动机研究综述

旋转爆震燃烧具有燃烧过程自增压、熵增小、循环热效率高等特性,将其应用于航空涡轮发动机,有望实现发动机性能阶跃式突破。主要介绍了旋转爆震燃烧的基本原理及特点,总结了国内外旋转爆震燃烧技术、旋转爆震涡轮发动机性能和试验技术的研究现状,论述了旋转爆震燃烧加快应用到航空涡轮发动机上需要深化研究宽范围进气下稳定爆震燃烧组织、旋转爆震燃烧与上下游匹配等关键技术,并对中国旋转爆震燃烧航空涡轮发动机工程化应用提出了制定长期发展规划、实施专项研究计划、组建联合团队等发展建议。