船舶柴油机黑炭排放研究现状与展望

为进一步加强对船舶柴油机黑炭排放生成机理和特性的理解,探索有效的黑炭检测方法和排放控制技术,本文回顾有关船舶排放政策、黑炭定义、生成机理、理化特性、采样和测试以及控制技术等研究进展。指出加强包括火焰内颗粒形成与氧化机制以及润滑油的影响等船舶黑炭排放生成机理研究的必要性。论述船舶黑炭颗粒微观形貌、纳观结构、表面官能团、氧化活性、粒径尺寸、化学成分、元素组成等理化特性及影响。归纳黑炭排放测试与控制技术,建议结合多种检测方法,解决黑炭测试结果的不确定性问题。提倡借鉴车用柴油机成功经验,促进燃料、燃烧和尾气后处理技术的协同进步,实现船舶柴油机黑炭排放的有效控制。     

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。     

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。     

日本研制超级舰船燃气轮机

为了降低排放,1997年,日本的KHI、IHI等5家燃气轮机制造商联合成立了超级舰用燃气轮机(SMGT)技术研究联合体,为舰船工业合作研制下一代燃气轮机。该燃机的额定功率为2590kW,燃气发生器的额定转速为21000r／min,涡轮进口温度达到1200℃。该研究项目旨在利用低NOx排放的燃气轮机代替污染严重的柴油机,并使用回热循环,使SMGT的效率能达到同等条件柴油机的热效率。该项目的目标是：NOx排放低于1g／kW·h(只     

ICAO最新民机排放目标对我国低污染燃烧室发展的影响

国际民航组织（ICAO）在2007年组织各方资深专家召开了一场对未来商用发动机污染排放目标的研讨会，确定了未来10年和20年的商用发动机降低NOX排放的目标值。而我国大飞机发动机自主研制出来的时间预计也是这一时间，这次研讨会所提出的新目标对我国大飞机发动机的低污染燃烧室发展带来了深远影响。     

一种模型低污染燃烧室三维两相数值模拟

贫油预混预蒸发(LPP)技术是目前最具发展前景的低污染燃烧技术,可实现很低的NOX排放。本文采用FLU ENT软件,对一种模型低污染燃烧室(采用LPP燃烧技术)进行三维两相数值模拟计算分析,研究了模型燃烧室的流场结构、流量分配、回流特性、雾化特性和燃烧性能,并对NOX排放进行了预测。结果表明,模型燃烧室流场中存在与TAPS燃烧室相似的三个涡结构,流量分配与试验吻合良好,雾化特性良好并具有较好的温度场和低的NOX排放。     

在ZS195直喷式柴油机中燃用二甲基醚(DME)的实验研究

本实验使用二甲基醚-柴油二元混合燃料,在对原发动机的燃料供给系统做尽量少的改动的原则下,柴油机的排放大大降低,同时发动机仍能保持原有的动力性能。理论分析和实验证明二甲基醚是一种极有应用前景的柴油机代用燃料。      

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。     

SAGE模型在民航发动机排放中的应用研究

在日益关注排放尤其是航空排放的当代社会,Aero2k和SAGE模型应运而生,且SAGE模型的优势更为明显。对SAGE模型的起源和模型的功能做了简单的介绍,并详细分析了SAGE模型的计算模块。通过对SAGE模型计算航空排放的过程分析,设计了排放计算流程图,并将其编成了软件。利用该软件对某些航班计算出的排放量与实际值相差不大,从而证明了SAGE模型和该软件的可行性．并通过计算出的数据初步发现了排放量和燃油消耗量与发动机类型之间的联系．也为全面评估和预测某航空公司乃至全国的航空排放奠定了基础。     

短舱泄压门流场对排放特性影响的数值模拟

在采用NACA TN4007报告中的试验数据验证了CFD方法正确性的基础上，通过计算研究了不同来流马赫数、总压比、挡板开启角度对挡板排放特性的影响规律，并通过流场分析了形成这些规律的原因。结果表明：当总压比大于一定值后，相同总压比下排放系数（DFR）随来流马赫数的增加而下降，是因为在排放通道形成壅塞流量受限后所致。而在不同总压比下，排放系数随挡板阀开启角度增大而发生复杂变化趋势，究其原因是因为挡板阀开启角度变大造成排放通道实际最小喉道位置和型线发生变化，导致最小几何面积处的平均马赫数在不同速度区间调整变化，同时挡板上表面发生分离后的分离涡回流如果进入到最小截面处，还会造成排放流量的减小。     

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。     

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。     

船用大功率柴油机瞬态工况油气响应及燃烧特性研究

针对船用大功率柴油机瞬态性能提升的需求，本文开展了某增压中冷船用大功率柴油机瞬态工况动态响应及燃烧特性研究。研究表明涡轮增压器惯性导致的进气滞后是柴油机瞬态工况下性能恶化的主要原因；突加载工况下，进气量响应滞后供油量响应4-5个工作循环，且进气量响应速度随初始负荷增加而增加，IMEP等燃烧特征参数加载过程中响应速度较快，波动较小；缸内燃烧过程恶化，CA50、CA90较同负荷下稳态工况值均推迟。     

基于LabVIEW高压共轨柴油发动机电控单元仿真测试系统设计

提出基于虚拟仪器构建的对高压共轨柴油发动机电控单元进行性能测试与分析的测试系统,可以对不同型号的高压共轨柴油发动机电控单元进行检测,具有调试方便、重复性好、测量范围可扩展等优点,为深入精确研究高压共轨柴油发动机电控单元提供了参考数据。     

船用柴油机多孔喷嘴的喷雾不一致性及其对发动机性能影响的分析

由于柴油机多孔喷嘴加工偏差、针阀抬起过程产生的抖动以及喷嘴内部的空穴现象等原因,各孔燃油喷射存在不一致的情况。为了探究多孔喷嘴各孔燃油喷射差异对大缸径船用柴油机喷雾、燃烧及缸内热负荷的影响,本文以某高压共轨船用柴油机为研究对象,通过定容弹喷雾试验研究了高压共轨喷油器多孔喷嘴各孔喷雾发展的不一致性,并基于喷雾试验结果,通过CFD仿真研究了各孔喷雾不一致性对柴油机燃烧、性能及缸内热状态的影响。结果表明,在针阀抬起过程,各孔喷雾贯穿距存在明显差异,各孔喷雾贯穿距离散系数在3%~40%之间,且随着针阀抬起离散系数逐渐减小,在针阀完全抬起后,各孔喷雾贯穿距基本一致,各孔喷雾贯穿距离散系数在5%以下;各孔喷雾不一致会导致各雾束的早期燃烧存在明显差异,对缸压、油耗、放热率、缸内平均温度、NOx和Soot排放影响很小;各孔喷雾不一致会加剧活塞、缸盖、缸套的局部热负荷,同时会导致高温燃气向缸套的总体散热量增加9.1%,而活塞、缸盖总散热量不变。     

基于试验设计-遗传算法的船用柴油机冷却系统多目标优化

为了获取某型船用柴油机冷却系统的最佳运行参数,在柴油机可靠运行的前提下,尽量提升动力性和经济性。建立了柴油机工作过程-燃烧室-冷却系统耦合仿真模型,提出试验设计-遗传算法优化算法,该算法具备节省试验成本和多目标全局寻优的优势,选取柴油机的6个典型推进工况点进行研究,采用该算法对冷却系统运行参数开展多目标优化设计,优化设计以海、淡水泵转速为变量因子,以提升动力性参数和经济性参数为目标,以涡前排温、淡水出机温度和峰值缸压为约束条件,优化后,在低负荷点,淡、海水泵节省功耗79.4%、71.73%,扭矩提升7.2%,有效功率提升7.6%,热效率提升8%,耗油率降低6.73%,摩擦功降低9.71%,峰值缸压降低5%。研究结果表明：耦合仿真模型与实机更加贴近;试验设计-遗传算法在解决强耦合、非线性系统的多目标优化问题具备成本低、效率高、精度高的优点。