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面对严峻的环境问题,国际海事组织制订了更加严格的排放法规,以控制船用柴油机的污染物排放,特别是限制NO_x的排放。柴油机的缸内燃烧过程在NO_x的排放中起关键作用,因此提高燃烧效率,限制NO_x的排放并折衷碳烟排放尤为重要。本文利用仿真研究了燃烧室结构优化耦合进气加湿以及燃烧优化后的燃烧和排放特性,并通过匹配涡流比和EGR手段,达到控制缸内污染物排放和改善油气混合过程的目的。基于某六缸增压中冷船用柴油机原机燃烧室模型,研究燃烧室尺寸耦合加湿下,船用柴油机燃烧和排放特性有何不同,并对比燃烧室结构耦合EGR的优劣势,最后对优化方案匹配涡流比进行了探索研究。从结果看,燃烧室参数对柴油机的燃烧和排放影响较大,涡流数和均匀度指数都较高时缸内气流运动较强,油气混合质量更高,燃烧更充分。从发动机排放和缸压来看,缩口燃烧室的碗唇结构可以产生较高的涡流和燃烧温度,燃烧更完全,缸内峰值压力更高,但NO_x的排放略有增加;直口燃烧室在与原机动力性能接近的基础上达到较好的排放水平;而开口燃烧室的凹坑深度较浅,汽缸内燃烧条件较差。随着加湿率增加,汽缸的峰值压力及温度下降,燃烧持续期、滞燃期延长,CA50被推迟,NO_x排放明显下降。G0,G2和G6三种燃烧室结构在加湿率达100%的条件下NO_x排放分别降低59.1%,57.8%和61.5%,但同时造成缸内高当量比区域增多,后期氧化碳烟能力下降,碳烟排放增加,因此加湿率过高也有弊端。EGR对缸内燃烧性能及排放的影响规律类似于进气加湿,对滞燃期、燃烧持续期的影响高于进气加湿,燃烧效率及碳烟排放的恶化也高于进气加湿。总之进气加湿在限制NO_x排放,折衷碳烟排放和提高输出动力方面有更大潜力。适当提高涡流比可以改善油气混合,减小浓油区域面积,涡流比过高会引起油束之间的干涉,进而影响燃油和空气的混合,导致碳烟排放升高,三种燃烧室结构耦合不同涡流比下,NO_x排放的规律也不同,G2缩口燃烧室在涡流比增大时NO_x排放先减小后增大,碳烟排放水平总体低于G0原机燃烧室,燃烧更充分。采用改进的燃烧室匹配80%的加湿率和0.85的涡流比可使NO_x排放降低52%,并使缸内平均压力峰值略有增加。