船用低速二冲程柴油机性能仿真研究

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1、天津大学硕士学位论文船用低速二冲程柴油机性能仿真研究SimulationonPerformanceofMarineLow-speedTwo-strokeDieselEngine学科专业：动力机械及工程研究生：安世佳指导教师：陈锐教授天津大学机械工程学院2017年12月摘要随着世界范围内对船舶需求的增加，船舶发动机排放污染问题日趋严重，国际海事组织制定了更加严格的NOx排放法规。由于船用低速二冲程柴油机试验成本昂贵，本文通过一维和三维仿真软件开展了发动机主要参数、EGR和喷油策略对排放的影响研究，探索满足TierⅢ排放法规的技术路线。基于GT-Power搭建了一维仿真模型，研究了发动机扫

2、气参数（包括增压压力、扫气口面积、排气门关闭定时）、喷油定时和进气成分对发动机NOx排放、燃油消耗及动力输出的影响。结果显示：提高增压压力可以改善输出功率，降低燃油消耗，但是会使NOx排放升高；减小扫气口面积或者推迟排气门关闭定时能够降低NOx排放，但是均不能达到IMO排放法规限值。提前喷油正时不能降低NOx排放，但可以改善发动机的燃油消耗；而推迟喷油正时能够降低一定的NOx排放，但不能满足法规限值且燃油消耗和动力输出恶化。EGR是本文研究范围内唯一可以直接实现降低NOx排放至TierⅢ排放法规限制的措施，但是存在燃油消耗率增加较多的问题，其中25%EGR率在满足TierⅢ排放限值基础

3、上油耗增加最少。为了获得更加准确的模拟结果，基于Converge软件建立三维仿真模型，开展了25%EGR率条件下不同喷油策略（预喷射、后喷射和顺序喷射）和喷油器参数（喷油定时、喷油器位置）对发动机NOx排放及燃油消耗的影响研究。结果显示：预主喷间隔为5°CA且预喷燃油比例为15%、主后喷间隔为5°CA且后喷燃油比例为10%、一次预喷和一次后喷组合、顺序喷射间隔为2°CA、喷油器朝向向上调整5°等措施均可以满足TierⅢ排放法规，且相比仅采用25%EGR率策略燃油消耗降低，其中预主喷间隔为5°CA且预喷燃油比例为15%，可以使原机燃油消耗升高最少，仅升高3.56g·(kW·h)-1。综上

4、所述，采用25%EGR率可使发动机NOx排放满足TierⅢ标准，但是燃油消耗升高较多，约为4%~5%。进一步结合预喷油策略，可使发动机排放满足TierⅢ的基础上，燃油消耗得到优化，使油耗升高下降至2.0%。关键词：二冲程发动机模拟，扫气过程，EGR，喷油策略，喷油器参数IABSTRACTWiththedemandofshiparoundtheworldincreasing,pollutionfrommarineenginebecomingmoreandmoreserious,IMOhasformulatedstringentNOxemissionregulations.Duetothe

5、hightestcostoflargemarineengines,thispaperstudiestheimpactofmainengineparameters,EGRandinjectionstrategiesonemissionsthroughone-dimensionalandthree-dimensionalsimulationsoftware,andexploresthetechnicalroutetomeetTierⅢemissionregulations.BasedonGT-Power,aone-dimensionalsimulationmodelwasbuilttost

6、udytheeffectsofenginescavengingparameters(includingsuperchargingpressure,scavengingportareaandexhaustvalveclosingtiming),fuelinjectiontimingandintakecompositiononengineNOxemissions,fuelconsumptionandoutputpower.Theresultsshowthatincreasingtheboostpressurecanimprovetheoutputpowerandreducethefuelc

7、onsumptionbutincreasetheNOxemission.ReducingthescavengingportareaordelayingtheexhaustvalveclosingtimingcanreducetheNOxemission,buttheycannotmeetIMOemissionregulations.EarlyinjectiontimingdoesnotreduceNOxemissionsbutworseneng