低速船用二冲程柴油机扫气过程的数值模拟研究

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1、天津大学硕士学位论文低速船用二冲程柴油机扫气过程的数值模拟研究NumericalInvestigationoftheScavengingProcessonaLow-SpeedTwo-StrokeMarineDieselEngine学科专业：动力机械及工程研究生：曹忠烨指导教师：王天友教授企业导师：钱跃华工程师天津大学机械工程学院2017年12月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用

2、过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要优化船用低速二冲程柴油机的扫气过程对于改进其性能，降低排放具有重要的意义。本

3、文针对某低速船用二冲程柴油机，对其扫气过程开展了数值模拟研究，对新一代低速船用柴油机的研发有一定的理论指导意义和工程应用价值。首先，本文使用三维数值模拟软件CONVERGE建立了该船用柴油机的三维数值模拟模型，并进行了网格适应性分析和标定工作。在此基础上，研究了扫气口结构和排气系统对于缸内流动特性和扫气性能的影响规律。结果显示，扫气口水平倾角会显著影响缸内涡流比大小、切向速度场和轴向速度场的分布形态，对于单一水平倾角的扫气口，水平倾角过大或过小都不利于扫气效率的提升。为了实现对扫气过程的进一步优化，本文提出了一种复合式扫气口结构。相比单一水平倾角的扫气口，复

4、合式扫气口具有更好的扫气效率和充气系数，同时其涡心位置更靠近气缸中心。此外，将扫气口整体倾斜可以降低缸内涡流比峰值，在小角度倾斜时，会提升扫气性能参数，但整体倾斜角度过大会导致扫气性能变差。对排气阀开关相位和排气阀结构的研究表明:调整排气阀开启时刻和关闭时刻对扫气性能、压缩上止点温度、压力有很大影响，从而影响该机的输出功率和NOx排放，而排气阀直径对扫气过程的影响主要体现在缸内流动特性方面，对扫气性能的影响较小。关键词：二冲程船用柴油机，扫气过程，扫气口设计，缸内流动，数值模拟IABSTRACTForlargemarinetwo-strokedieselen

5、gines,itisofgreatsignificancetooptimizescavengingprocesstoimproveengines’poweroutputandNOxemissions.Thispaperisbasedonamarinetwo-strokedieselengineandconductsnumericalsimulationstooptimizeitstransientscavengingprocess,whichcanprovideusefulinformationfornewmarinedieselengines’design

6、andengineeringapplication.Atthebeginning,acompleteworkingcycleofalargemarinedieselenginewassimulatedbyusingthe3D-CFDsoftwareCONVERGE.Themodelwasvalidatedbymeshsensitivitytestandexperimentdata.Basedonthiscalibratedmodel,theinfluenceofscavengeports’structureandexhaustsystemonthein-cy

7、linderflowcharacteristicsandscavengingprocesswereinvestigated.Theresultsshowthat,theswirlorientationanglecanaffectin-cylinderswirlratio,tangentialvelocityandaxialvelocityfieldsignificantly.Forthescavengeportswithasingleinclinedangle,alargerorsmallerSOAwillgoagainstthescavengingperf

8、ormance.Foroptimizingthesc