随着国际海事组织IMO将EEDI(Energy Efficiency Design Index,新船能效设计指数)作为考核船舶运行能耗高低的一个指标,以及燃料价格的持续上涨,大功率二冲程柴油机余热利用技术已成为船舶领域的研究热点。为提高整个系统的能量利用效率,掌握主柴油机调制方法,主机、余热锅炉及动力涡轮等之间的匹配特性成为整个系统设计的关键。本论文以MAN6S50ME-C8.2二冲程低速柴油机为研究对象,首先建立了柴油机各个子系统的数学模型,采用零维模型建立了缸内工作过程的计算模型;采用一维非定常流动模型对进、排气管中的气体流动进行建模;根据涡轮增压器匹配工作的平衡条件等,建立了增压器的数学模型等。其次,采用内燃机工作过程专用仿真软件GT-Power建立了整个发动机的工作过程仿真模型,并根据MAN 6S50ME-C8.2柴油机气缸压力试验数据对模型进行了验证以及进行了发动机推进特性验证计算。结果表明,无论是在额定负荷,还是部分负荷,仿真结果与试验数据具有较好的一致性,从而验证了仿真模型的准确性。在主机仿真模型的基础上,基于简化的边界条件和动力涡轮仿真模型,进一步建立了 WHR柴油机仿真模型,通过调整柴油机定时和涡轮增压器进行了主机调制计算,研究分析了发动机定时变化、涡轮增压器调整,对主机性能的影响,并对WHR主机进行了优化。分析了可变几何动力涡轮与可调旁通对主机调制的影响。最后,对标准主机与WHR主机的排放及热平衡进行了对比分析。结果表明,WHR主机的NOx排放较标准主机略有增加。WHR主机油耗率较标准主机略有增加,但整个动力系统的能量利用率超过了 50%,额定工况由48.2%提高到了 52.5%,而能量利用率的上升也就意味着整个船舶余热利用系统的燃料消耗率的降低,燃料消耗率的降低也就会使得船舶在运行过程中的运行成本降低。