船用低速机工程(一期)-RTX8燃烧技术.pptx

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,标题,版权所有，未经允许请勿转载,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,标题,版权所有，未经允许请勿转载,#,Copy right reserved,#,RTX8,清洁燃烧技术项目进展情况汇报,2017,年,04,月,天津,项目组织架构及管理措施,2,项目执行情况,3,1,项目,概况,目 录,Contents,目前,存在的问题及解决措施,4,下一步工作策划,5,项目组织架构及管理措施,2,项目执行情况,3,1,项目,概况,目 录,Contents,目前,存在的问题及解决措施,4,下一步工作策划,5,一,、项目概况总体情况,项目名称：,船用,520mm,缸径低速柴油机原理样机研制,RTX8,高效清洁燃烧技术,项目研究周期：,2016,年,1,月 至,2020,年,12,月,项目承担单位：,牵头单位：中船动力研究院有限公司,参研单位：哈尔滨工程大学，,沪东重机有限公司，,天津大学,项目研究目标,缸内污染物生成机理研究,技术指标及成果,开展船用低速柴油机缸内污染物生成机理研究、船用低速柴油机有害排放物影响因素研究、基于高密度,-,低温燃烧理论的排放控制技术,一,、,项目概况,研究经费,总,经费,1200,万,元，其中国拨,1080,万,元，自筹,120,万,元,。,序号,单位名称,合计（万元）,国拨（万元自筹（万元）,1,天津大学,1200,1080,120,2,3,4,5,6,7,一,、,项目,概况,项目任务分工,序号,单位,专题,责任,人,参,与,1,天津大学,船用低速柴油机污染物生成机理的研究,梁兴雨,2,天津大学,船用低速柴油机燃烧动力学的研究,卫海桥,3,天津大学,船用低速柴油机燃烧理论与技术的研究,尧命发,4,天津大学,船用低速柴油机气流运动的研究,王天友,项目组织架构及管理措施,2,项目执行情况,3,1,项目,概况,目 录,Contents,目前,存在的问题及解决措施,4,下一步工作策划,5,二、项目组织架构及管理,措施,项目组织架构及团队,8,天津大学,技术负责人：尧命发、王天友,舒老师课题组,尧老师课题组,课题协调组,：梁兴雨、,王浒、鲁祯,总协调：梁兴雨,课题组成员：鲁祯、孙凯、崔磊、杨威、孟祥赞、张喜岗、贾亢、王晨、曹忠烨,课题组成员,：赵昌普、刘海峰、王浒、贾国瑞、陈贝凌、耿超、孙雅坤、王耀辉、邹宪、张慧祥、尚芳、祝宇轩、白曼、,于刚,课题组成员：卫海桥,，梁兴雨，田华、潘明,章、赵建福、商艺宝、王轩、刘鹏、李晓雅、谭亲明、于晗正男、孙秀秀、王亚军、,硕士,10,人,王老师课题组,参与总人数：,50,人,教 师：,9,人,博士后：,3,人,博 士：,15,人,硕 士：,23,人,天津大学承担研究参与人员,喷雾,、,燃烧,研究方向,流动,排放,，反应机理,项目组织架构及管理措施,2,项目执行情况,3,1,项目,概况,目 录,Contents,目前,存在的问题及解决措施,4,下一步工作策划,5,三,、项目执行情况,总体进度,项目里程碑计划完成情况,(,来源于任务书或目标责任书,),：,进展一：动力学骨架机理模型,一、替代燃料化学机理的构建,二、正十四烷甲苯机理的构建,三,、项目执行情况,一、,替代燃料化学机理的构建,包含,：,RH,+O2=R+HO2,R,+O2=RO2,RO2,=QOOH,QOOH,+O2=O2QOOH O2QOOH=OH+KETO KETO=RCO+CH2O+OH RCO+O2=smallolefins+CO+HO2 RH+OH=R+H2O,高放热反应,R+O2=olefin+HO2 olefin+O2=R+CH2O+HCO RH+HO2=R+H2O2,骨架低温机理,骨架高温机理,C3,和,C4,物质的高温分解；,H2/O2,高温反应,体系；,C1,和,C2,反应机理,PAH,机理,开发,一,个可以替代船用燃料的正十四烷机理，半详细机理包含,341,基元反应以及,74,种组分,一、,替代燃料化学机理的构建,The blue line represent the HO,2,can be participated,in,reaction,The red line represent the OH can be,participatedinreaction,C14H30,主要组分路径,一、,替代燃料化学机理的构建,PAH,主要组分路径,一、,替代燃料化学机理的构建,一、,替代燃料化学机理的构建,所建立的正十四烷基于与实验值基本吻合；,74,组分机理更加接近于详细机理预测的点火延迟时刻,点火延迟时刻验证,一、,替代燃料化学机理的构建,HCCI,模型，缸压与温度比较,一、,替代燃料化学机理的构建,JSR,下，,PAH,组分的验证,一、,替代燃料化学机理的构建,(a)Species and reactions,(b)Tolerance,The absolute tolerance set to1e-04,the relative tolerance set to 10%.The numbers of species and reactions decrease with increasing number of simplifies,一、,替代燃料化学机理的构建,船,机三维模型，缸压的验证,替代燃料机理应用于船机模型，模拟得到的缸压值与实验值基本吻合；,通过其他参数的比较，半详细的输出功以及燃油消耗率更加接近于实验值,一、,替代燃料化学机理的构建,通过参数的调整，使得简化机理对船机模拟得到的排放产物的值更加趋近于实验值,二、正十四烷,/,甲苯机理的构建,正十四烷以及甲苯的路径分析,通过路径分析，以及甲苯的机理，构建正十四烷,-,甲苯机理，最终形成一个包含,85,种组分，,317,个基元反应的替代燃料机理,二、正十四烷,/,甲苯机理的构建,正十四烷以及,甲苯的点火延迟时刻验证,正十四烷与甲苯的点火延迟时刻与实验值基本吻合,二、正十四烷,/,甲苯机理的构建,甲苯在流动反应及以及,JSR,中，组分的验证,甲苯的主要组分在两种不同的情况下，组分的摩尔分数与实验值基本吻合,二、正十四烷,/,甲苯机理的构建,机理在船机模型中的验证,所建立的正十四烷,-,甲苯机理在船机模型中对缸压以及排放产物进行了验证，结果可以看出与实验值基本吻合。,进展二：低速机工作过程三维仿真分析,三,、项目执行情况,仿真平台,一维仿真数值模拟平台,三维数值模拟仿真平台,稳态数值模拟平台,机型,4T50ME-X,4T50ME-X,T50MX,（缸径,190mm,）,6S35ME-B9,6S35ME-B9,6EX340EF,6EX340EF,6EX340EF,（缸径,170mm,）,燃烧与排放特性研究,增压器,中冷器,进气系统,排气系统,350,机型一维模型,27,燃烧与排放特性研究,28,燃烧与排放特性研究,内部,EGR,：推迟排气阀开启时刻（,EVO,）,29,燃烧与排放特性研究,外部,EGR,30,燃烧与排放特性研究,米勒循环,31,燃烧与排放特性研究,a,）进气温度,318K,b,）进气温度,328K,米勒循环,+进气加湿,32,燃烧与排放特性研究,负荷,EGR,率,/%,米勒循环强度,SOI,/,CA ATDC,25%,23,M14,2,50%,26,M9,0,75%,21,M8,-2,100%,20,M10,-1,33,燃烧与排放特性研究,350,机型三维模拟,+6.8,%,+14.2,%,+48.3,%,+53.6,%,34,燃烧与排放特性研究,35,燃烧与排放特性研究,每推迟,1CA,喷油，,NO,x,约降低,0.5g/kWh,，,BSFC,约增加,3.5g/kWh,提高,喷油,压力导致,NO,x,排放升高；高,EGR,率下，喷油压力提高对排放影响不,明显,36,燃烧与排放特性研究,5%,预喷预主喷间隔,10,可在,满足,Tier III,排放基础上最大程度降低燃油消耗率,（比油耗降低,2.24%,，比,NO,x,降低,10.98%,）,37,燃烧与排放特性研究,（,1,）预喷射缸内局部温度较低，高温区较少,NOx,排放局部生成量较少；,（考虑由于主喷喷射量降低，混合气分布均匀导致）,（,2,）,T,表示出预喷射缸内最大当量比较低，混合气分布均匀，同时缸内温度峰值较低、点分布落入,NOx,生成区的范围较小,预喷射技术可有效减小局部混合气过浓现象，并使主喷燃烧柔和,单次喷射,：预,喷,-,主喷,：,缸,内,温,度,分,布,缸,内,NO,x,分,布,单次喷射,预,喷,-,主喷,燃烧中期,T,图（,734deg,曲轴转角）,38,不同,替代燃料对船机性能的影响,船,机柴油替代燃料,LLNL,1.,点火延迟时刻在,温度两端,相差较少,2.,在,NTC,区域内，存在较大差距的点火延迟时刻,特别初始压力,13.5 atm,当量比,1,3.,当温度,低于,1000 K,，,正庚烷的点火延时时刻高于相同条件下正十四烷的点火延时时刻；当温度,高于,1000 K,，则出现相反的情况,不同替代燃料对点火延迟时刻的影响,不同,替代燃料对船机性能的影响,不同,替代燃料对船机性能的影响,正庚烷点火延迟时刻的敏感性分析,烷烃路径分析,不同替代燃料对缸压和排放产物的影响,CTC,燃烧模式模拟得到的最大燃烧压力要低于详细化学反应动力学燃烧模拟值；,滞燃期不同；影响基元反应；基元反应的速率,从排放角度分析：,CTC,燃烧更加接近于实验值，然而,CTC,燃烧无法测得排放产物的路径,缺少中间组分的比较，对影响排放产物的中间产物的变化,正十四,烷机理模拟,NOX,比正庚烷更加接近于实验值,影响,NOX,的基元反应的指数因子不同，造成生成,NOX,速率不同,不同,替代燃料对船机性能的影响,不同,替代燃料对船机性能的影响,O,以及,O2,对,NO,的生成产生巨大的影响,不同替代燃料的敏感性分析,即使烷烃的主要路径基本一致；在相同物质的敏感性基元反应是不同的，影响大小也不一致,第一次加氧、第二次加氧敏感性基元反应造成的趋势也是不一样的；,燃料,的燃烧与替代燃料的化学反应动力学存在直接的关系，化学反应动力学的准确性直接决定燃烧准确性向最终产物转变生,不同,替代燃料对船机性能的影响,三、项目执行情况,进展三：快速压缩机实验平台建设,重型快速压缩机建造,可能摆放空间：,12m*6m,或,7.5m*6m,缸径,：,400 mm,余隙容积：,0.01 m,3,0.02m,3,左右，圆柱形或圆台形燃烧室,上止点最大压力：,10-15 MPa,上止点最大温度：,1000 K1100 K,以上,压缩时间：总行程压缩时间,250 ms,以内，其中，后,50%,的压力与温度升高量在,20 ms,以内完成,其他要求：,1.,驱动段可否设计为分段可拆卸，以实现驱动距离或总体设备长度的可调性？,2.,燃烧室的安装结构可否考虑不同燃烧室的可替换性，以及压缩比微调的可能性？,三,、,项目执行情况,给,水泵模块三维布置图,进展四：喷油系统设置对喷雾和燃烧影响,一、定容弹内喷油仿真模型的构建及验证,二、定容弹设计及实验系统构建,定容弹内喷油仿真模型的构建及验证,苏黎世联邦理工学院,在定容弹中,研究,了重油在不同压力环境下贯穿距的,变化,，并进行了数值模拟对比。,定容弹设计及实验系统构建,定容弹设计及实验系统构建,三、项目执行情况,进展四：扫气流动试验台建设,扫气流动试验研究,小缸径稳态流动试验台已初步建设完毕，扫气流动特性试验正在开展。,当前的稳流试验台中，研究重点为若干固定扫气口开度下的流通能力和缸内流场。拟在此基础上，进一步考虑活塞瞬时运动，从而更加真实地研究扫气过程的基本规律，并评价扫气口流通阻力以及压缩开始的缸内流场分布。基于扫气流动特性，从流通阻力角度对扫气口,/,排气道结构提出优化方案。,520,机型缸内流动研究,基于扫气流动试验结果对三维模拟进行标定，进一步开展气流运动演变规律研究，重点考察压缩过程涡流的衰减、涡心沿气缸轴线的进动、以及压缩末期燃烧室内挤流和燃油喷射过程对小尺度湍流结构的影响规律，探明不同尺度涡团分布和湍流能量级联规律，揭示不同尺度涡团对质量、热量的输运过程，从机理上阐明不同尺度涡团对低速大缸径船机燃烧特性的影响。,三、项目执行情况,经费执行情况,截至目前到账国拨经费,432,万元。,序号,单位名称,总经费,国拨,国拨到账,经费已执行,国拨已执行,1,天津大学,1200,1080,432,2,3,4,5,6,7,三、项目执行情况,经费执行情况,实际执行情况,费用名称,金额,用途说明,备注,1,、设计费,注明：详细说明,2,、专用,费,3,、材料,费,4,、外协,费,5,、燃料,动力费,6,、固定资产,使用费,7,、工资,及劳务费,8,、差旅费,9,、会议,费,10,、事务,费,11,、专家,咨询费,12,、管理费,合计,项目组织架构及管理措施,2,项目执行情况,3,1,项目,概况,目 录,Contents,目前,存在的问题及解决措施,4,下一步工作策划,5,四,、目前存在的问题及解决措施,问题及解决措施,序号,存在问题,解决措施,1,520mm,柴油机模型及设计参数尚未确定，无法开展,520,柴油机的研究工作,与动力院沟通协调解决,2,定容弹制作周期较长，能够及时应用于项目研究？,加快设计流程,3,经费执行较慢，学校财务环节多,专款专用，加快进度,4,5,项目组织架构及管理措施,2,项目执行情况,3,1,项目,概况,目 录,Contents,目前,存在的问题及解决措施,4,下一步工作策划,5,五,、下一步工作策划,船机项目下一步路线,燃料组分实验分析,520,机型,喷油优化,喷油策略,喷油器结构参数,喷油器个数,燃料成分分析,多组分激波管实验,快速压缩机实验平台,扫气流动试验台建立,致 谢,谢谢各位专家！,