摘要
随着我国船舶行业的飞速发展，化石燃料引发的污染问题日益严重，内燃机的高效清洁燃烧具有重要意义。作为诸多替代燃料之一的甲醇也凭借着用途广泛，用途多样的特点在近年来吸引了大量关注。目前对于船用柴油机甲醇燃料的应用多选择双燃料发动机柴油引燃的方式使甲醇燃烧，基于这个需求，本文根据日本发动机公司的分层注水的技术提出一种全新的喷射方式，柴油甲醇分层喷射方式。并对这种全新的模式进行了探索和优化的研究，对他的后续研究有指导意义。 首先本文基于计算机流体力学，根据现有的中速机在仿真软件中建立中速机模型。发动机模型建立好后，将甲醇燃烧机理和柴油燃烧激励融合，并对点火延迟进行验证。在确立好发动机模型和燃烧机理后，通过重合点设置喷油器的方法建立柴油甲醇分层喷射模型。 其次针对分层策略对燃烧排放的影响进行研究，从燃烧角度上的结果可以观察到,柴油甲醇分层喷射能有效的提高缸内压力和指示功，缸内温度和压力随层数的增加而减少，指示功随层数增加而减少但都远高于柴油机。排放上分层喷射能有效减少Soot和碳氢化合物排放，但NOx排放会增加。NOx排放随着层数减少增大。 然后确定好分层策略后，对喷射次序进行研究。结果表明，喷射次序会从本质上改变两者燃烧方式。先喷柴油时属于扩散燃烧，而先喷甲醇属于预混燃烧。虽然在先喷甲醇条件下排放能有效降低，但面临最大问题是压力升高率过高以及缸内热负荷不均匀。 最后，针对柴油甲醇分层喷射从引燃柴油和改善喷油时刻的角度进行优化。研究发现，缸内指示功和压力随着引燃柴油减少先增大后减少，缸内NOx排放随引燃柴油减少减少，Soot和碳氢化合物排放随引燃柴油减少先减小后增大。缸内指示功和压力随着喷油时刻提前增大。缸内NOx和碳氢化合物随着喷油时刻提前增大。Soot随着喷油时刻提前先减小后增大。最终得到优化的最佳引燃油量为7.5％,最佳喷油时刻为-8° CA。
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