ZL160船用高速柴油机燃油喷射匹配特性仿真研究

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改变喷油参数是实现减少发动机排放和提高发动机经济性的有效措施之一。本文研究ZL160船用高速柴油机不同的喷油参数对柴油机燃烧性、排放性以及经济性的影响。本研究在淄柴动力有限公司实验室发动机台架上进行实验,利用真实采集的实验数据,进行分析研究。应用一次回归正交实验设计方法,分别安排喷油压力、喷油提前角、喷孔数目以及喷孔直径做实验,并得到相对较为理想的实验数据优化组合。基于三维仿真软件CFD中的Fluent,建立燃烧室-喷油器模型,对喷油参数进行仿真优化匹配研究,分析喷油压力、喷油时刻、喷孔数目和喷孔直径对发动机性能的影响,并对以下内容进行了研究以及研究表明如下:(1)在发动机100%负荷,转速1500 r/min时,研究喷油压力对发动机的影响,研究表明:发动机缸内的燃烧随喷油压力的提高,持续期变短,混合气均匀,燃烧得到改善;随着喷油压力的增大,燃油雾化得到改善,燃烧充分,使得碳烟、CO以及HC等有害排放物排放量降低,但由于此过程缸内温度上升,致使有害排放物NOx的上升。(2)在发动机满负荷下,转速1500 r/min,研究喷油提前角对发动机的影响,研究表明:喷油时刻的提前,混合气浓度均匀,滞燃期变长,燃烧更完全彻底,排放物CO、HC和碳烟降低;发动机的放热量随喷油时刻的提前变多,缸内温度变高,油耗降低,但是NOx因缸内温度的升高而导致排放量增加。(3)在发动机100%负荷,转速1500r/min时,研究喷油器喷孔数目对发动机的影响,研究表明:喷孔数目的增多,不利于发动机的燃烧性能,由于喷孔数目增多,燃烧反应不充分,使得CO等排放物排放量增加;因喷孔数目增多,燃烧温度下降,氧气也不足,NOx的排放量会减少。(4)在发动机满负荷下,转速1500 r/min,研究喷油器喷喷孔直径对发动机的影响,研究表明:燃油喷雾贯穿距随喷孔直径的增大而增大,会使燃油着壁,进而燃烧不充分,致使发动机燃烧性变差;由于喷孔直径的增大,未蒸发的燃油量增多,因而燃油雾化变差,从而增大了燃油消耗率,降低了燃油的利用率。(5)本研究采用单因素优化方法和正交试验设计法对船用柴油机喷油参数进行优化匹配,选择四个喷油参数的优化点进行优化分析,经过初步分析,喷油压力的变化对碳烟的排放影响较大,喷油提前角的变化对NOx排放影响较大,喷油器参数对发动机的燃烧也有一定影响程度。
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