单级_二级可调增压系统对船用发动机低速性能的影响.pdf

第40 卷第4期2023年7 月D0I;10.19471/ki.1673-6397.2023.04.006内燃机与动力装置INTERNALCOMBUSTIONENGINE&POWERPLANTVol.40 No.4Jul.2023单级/二级可调增压系统对船用发动机低速性能的影响马超1.2.3，,李成3-4,王孝丽3-5，,刘永芳35，张健健3.5，李国祥1.3*1.山东大学能源与动力工程学院，山东济南2 50 0 6 1;2.潍坊学院机械与自动化学院，山东潍坊2 6 10 6 1；3.机械工业内燃机增压系统重点实验室，山东寿光2 6 2 7 18;4.广西玉柴船电动力有限公司，广西玉林519 17 5；5康跃科技（山东）有限公司，山东寿光2 6 2 7 18摘要：为提高船用高功率密度发动机低速性能，设计单级/二级可调增压系统，利用一维热力学仿真软件对分别搭载单级/二级可调增压系统、传统二级可调增压系统及单级增压系统的同一发动机性能进行仿真计算。仿真结果表明：转速小于12 0 0 r/min时，搭载传统二级可调增压系统的发动机性能明显提升，转速大于140 0 r/min时燃油经济性恶化；转速小于110 0 r/min时，搭载单级/二级可调增压系统的发动机，性能提升优于传统二级可调增压系统,，转速大于12 0 0 r/min时性能与单级增压系统发动机基本持平；与传统二级可调增压系统发动机相比，单级/二级可调增压系统发动机提升低速转矩的潜力更大；发动机转速小于10 0 0 r/min时，与传统二级可调增压系统相比，转矩储备增加9%30%。关键词：二级增压；单级/二级可调增压；低速转矩；燃油经济性中图分类号：TK423.5引用格式：马超，李成，王孝丽，等.单级/二级可调增压系统对船用发动机低速性能的影响J.内燃机与动力装置,2 0 2 3,40(4):35-43.MA Chao,LI Cheng,WANG Xiaoli,et al.Influence of a single-stage/two-stage adjustable turbochargingsystem on the performance under low-speed conditions of a marine engine J.Internal Combustion Engine&Powerplant,2023,40(4):35-43.0引言文献标志码：A文章编号：16 7 3-6 39 7(2 0 2 3)0 4-0 0 35-0 9随着发动机技术的不断发展,对船舶的动力性特别是对低速转矩特性提出了更严格的要求。在发动机进、排气系统设计方面，改善发动机中低速性能和瞬态响应性的措施主要包括采用可变截面涡轮增压技术、相继增压系统、二级增压系统等,其中二级增压系统采用两级增压器串联布置，每级增压器均分担一部分发动机所需的增压压力，避免可变截面增压器可靠性较差、低工况涡轮机效率低的缺点，同时在一定程度上减缓相继增压系统在切换过程中运行不平稳的问题。通过对增压系统进行合理的匹配和控制，改善发动机低速性能，因此二级增压系统研究在国内外受到了广泛关注。国外2 0 世纪末开始二级增压系统的应用研究，分别在高速船用柴油机 、6.4L车用发动机2】上匹配了二级增压系统，结果表明，二级增压系统可以提升发动机中低速性能。2 0 0 9 年国外某公司对其3.0L发动机的二级增压系统进行了进一步优化，在高压级增压器引人变几何增压技术（variable geometry收稿日期:2 0 2 3-0 5-2 5基金项目：潍坊市科技发展计划项目（2 0 2 1GX011)第一作者简介：马超（19 8 5一），男，安徽淮南人，副教授，工学博士，主要研究方向为内燃机先进增压技术,E-mail：ia m m a c h 。*通信作者简介：李国祥（19 6 5一），男，山东蓬莱人，工学博士，教授，主要研究方向为内燃机燃烧与排放控制、整机开发及可靠性、新能源汽车等,E-mail:。36turbocharging，VG T），进一步提升了增压系统的调节能力3。2 0 0 7 年某公司在一款中速船用柴油机上进行了可调二级增压系统研究，结果表明，标定工况下，发动机增压压力达到0.9 MPa,改善了米勒循环造成的发动机动力下降问题4-5。近年来，国内对二级增压系统也开展了广泛的研究：刘博等6-7 、汪齐富8 、王利民等 在可调二级增压系统的匹配方法、调节能力及瞬态特性方面开展了系统的建模仿真和试验,建立了二级增压系统设计和控制策略的新方法;刘瑞林等10 、董素荣等1、张众杰等12-13 对匹配二级增压系统柴油机的高海拔特性进行了一系列试验研究,并且分析了VGT搭配二级增压系统在高海拔工况下的调节能力和调节规律;刘莹等14 对某柴油机进行了兼顾平原和高原性能的二级增压系统设计和试验研究，结果表明，通过合理设计和控制，可以实现发动机平原功率及海拔高度为450 0 m时额定功率下降2 1%的目标;邵志刚15、赵长禄等16 也对具体发动机机型进行了可调二级增压系统的设计和试验。针对某高速艇用发动机提升低速转矩的需求，设计二级增压系统进行匹配，根据发动机高工况功率密度高的特点,提出一种单级/二级可调增压系统，与原机及匹配常规可调二级增压系统的发动机性能进行仿真对比,研究可调增压系统在保证发动机高速性能不降低的前提下低速性能提升的潜力。1增压系统方案内燃机与动力装置2023年7 月第40 卷某6 缸高速艇用发动机的基本技术参数如表1所示。表1发动机基本参数表缸径/mm行程/mm额定转速/(rmin-）152180该发动机发火顺序为1536 2 4,采用脉冲水冷排气管降低热负荷。原机匹配1个J130增压器。该发动机系统示意图如图1所示。为了提升该发动机在低速下的性能,对该发动机设计2 种二级增压系统方案：1)增压系统为常规形式,增压器采用两级串联，在高压级增压器设置旁通阀门，用于高工况下高压级涡轮机放气；2)单级/二级可调增压系统,在高压级的压气机和涡轮机端均设置旁通阀，当发动机运行至高工况时，利用旁通阀将高压级增压器与系统断开，仅使用低压级增压器工作。发动机低速工况运行时，该增压系统采用二级增压，改善发动机低速性能；发动机高速工况运行时，采用单级增压，维持原机增压水平，避免高工况下增压压力过高而出现的发动机最大爆发压力超限问题。2 种增压系统方案示意图分别如图2、3所示。级间中冷器高压级增压器发动机级后中冷器额定功率/kW稳定运行转速/（rmin）1 800735低压级增压器一电控阀脉冲排气管进气管最大爆发压力/MPa65017图1原机系统示意图级间中冷器高压级增压器电控阀圣发动机级后中冷器涡前排温限值/750单级增压器脉冲排气管发动机口进气管级后中冷器一低压级增压器电控阀定压排气管进气管图2 常规可调二级增压系统示意图图3单级/二级可调增压系统示意图第4期马超，等：单级/二级可调增压系统对船用发动机低速性能的影响372建模及验证2.1原机利用一维热力学仿真分析软件GT-Power建立的原发动机仿真模型如图4所示。IPOtMA进气管MinMM-111Cyindu气缸17BpPfim_A排气管Mehmolemo-1单级定压涡轮增压器TableHEYPip,TboIn_ComoPms国图4原机一维热力学仿真模型发动机气缸模型及进排气管路模型按照发动机厂提供的实际参数设置。按照实际喷油规律作为输入，燃烧采用真实发动机燃烧规律拟合的双韦伯函数模型，并在转矩提升的仿真过程中，根据经验适当延长燃烧持续期。假定摩擦损失压力与最大爆发压力及活塞运动速度的平方呈线性关系，其系数根据实际情况进行标定，采用WoschniGT模型模拟传热特性。增压器中涡轮机采用简单模型，压气机性能map数据为国内某增压器企业的性能测试数据。以压气机叶轮轮缘线速度为控制变量,标准状态下（大气压力为10 0 kPa，温度为2 5）仿真获得的联合运行线与压气机实测map图的匹配如图5所示。+压比特性发动机性能仿真与试验结果对比如一堵塞边界图6 所示，其中发动机性能试验台架及5.0测控系统见文献17 。由图6 可知：搭4.5建的一维热力学仿真模型可以较好地预4.03.5测发动机的外特性变化趋势，在相同转3.0矩工况下，仿真的中冷前压力与试验结2.5果基本一致,仿真的燃油消耗率b。与试2.0300m/s验结果的相对误差不超过7%，涡前排温1.51.0相对误差不超过5%，因此模型结果基本0可信，可以利用该模型进行发动机性能仿真。一效率等值线联合运行线560 m/s510m/s450m/s400m/s350m/s200m/s0.20.4折合质量流量/（kgs-）图5匹配增压器压气机map图及其联合运行线一喘振边界250.m/s0.60.81.01.21.438(U.NY)/联转40030020010006008001 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2.000转速/(rmin-l)c）中冷前压力图6 发动机性能仿真与试验结果对比2.2可调二级增压及单级/二级可调增压系统发动机在发动机原机的仿真模型基础上，搭建了传统可调二级增压系统及单级/二级可调增压系统的一维热力学仿真模型，单级/二级可调增压系统的一维热力学仿真模型如图7 所示。与单级/二级可调增压系统相比，传统可调二级增压系统模型的高压级压气机侧少一路旁通管路及阀门,其余一致。内燃机与动力装置5280+试验4+仿真3210600800100012001400160018002000转速/(r:min-)a)转矩试验+仿真2023年7 月第40 卷+试验仿真(4M).8)/9260240220200600800100012001400160018002000转速/（r:min-)b）燃油消耗率800一试验700+仿真60050040060080010001200 1400 1600 1800 2000转速/(rmin-l)d)涡前排温进气管Y4C口口气缸排气管低压级涡轮增压器ab10at高压级涡轮增压器图7 单级/二级可调增压系统发动机一维热力学仿真模型为了研究传统可调二级增压系统与单级/二级可调增压系统对发动机性能提升的潜力，应尽可能消除由于增压器个体效率差异导致的性能变化。在原机增压器map基础上,按照几何等比例缩放的方法进行增压器性能模化。模化后压气机折合质量流量和涡轮机相似质量流量的相关计算式如下。第4期模化参数式中：G为发动机几何参数，G，为模化后发动机的几何参数。模化后气体的质量流量;2qm,c,sqm,ci式中：qm。为压气机中气体的质量流量，kg/s。涡轮机的相似流量式中：9 m，为涡轮机中气体的质量流量，kg/s;T，为涡轮机进口处的热力学温度，K;P3为涡轮机进口处的压力,MPa。模化后涡轮机的相似流量按照流动相似（马赫数相似)的原则，相同线速度下，模化后压气机和涡轮机的压比及膨胀比与模化前相同,模化前、后对应工况点的效率不发生改变。基于以上模化方法,将多种模化后增压器组成的增压系统与发动机进行性能匹配计算，按照发动机性能最优原则，确定2 种增压系统方案及模化参数，如表2 所示。增压器模化参数增压方案高压级压气机的i可调二级增压系统0.95单级/二级可调增压系统0.70可调二级增压系统及单级/二级可调增压系统中二级压气机及其联合运行线如图8、9 所示。由图8、9可知：绝大部分工况处于压气机高效运行区，基本实现了发动机和增压器的最优匹配。+压比特性一效率等值线一喘振边界5.0560 m/s4.5510m/s4.0450 m/s3.5400m/s出3.02.52.0300m/s1.5200mls1.000.40.81.2 1.62.02.4 2.8折合质量流量/（kgs-1）a）低压级图：二级可调增压系统两级压气机及其联合运行线压比特性一效率等值线一喘振边界界一堵塞边界+联合运行线-二级及+联合运行线-单级5.0560 m/s4.5510m/s4.03.53.02.5350m/s2.0300m/s1.51.000.2折合质量流量/（kgs-）a）低压级图9 单级/二级可调增压系统两级压气机及其联合运行线马超，等：单级/二级可调增压系统对船用发动机低速性能的影响M,=qm.tVT,/p3,M.=M,。表2高压级涡轮机的i0.802.10一堵塞边界+联合运行线5.0560m/s4.5510m/s4.0450m/s3.53.0压350m/s2.52.0300m/s1.5250m/s1.000.2折合质量流量/（kgs-1）b)高压级5.0560m/s4.5510m/s4.0450 m/s3.5400 m/s3.02.5350m/s2.0300m/s1.5200m/250m/s0.40.60.81.01.21.439i=G,/G,(1)(2)(3)(4)低压级压气机的i低压级涡轮机的i2.102.001.051.05400 m/s350m/s200m/s0.4450m/s400 m/s1.0200m/s250m/s00.2折合质量流量/（kgs-l）b)高压级250m/s0.60.80.40.61.00.81.21.040内燃机与动力装置2023年7 月第40 卷3结果与分析3.1外特性对比基于最优匹配的增压器方案，在相同的外特性转矩工况下，原机及匹配2 种增压系统的发动机性能对比如图10 所示。一原机+传统二级增压单级/二级可调增压一二级0.7290-(4M1)8/9270250230210600800100012001400160018002000转速/(rmin-)a)b.30252015600800100012001400 1600 1800 2000转速/(rmin-l)c）空燃比40030020010006008001000 120014001600 1800 2.000转速/(rmin-l)e）涡前压力8007006005004003006008001 0001 2001400_1 6001800转速/(rminl)g）涡前温度图10 相同外特性下不同增压系统发动机的性能对比由图10 a）、b)可知：在发动机转速低于110 0 r/min工况下,2 种二级增压系统相比原机表现出明显优势，传统二级可调增压系统的b。降低了5 12 g/（k Wh），燃油经济性提高2.2%4.8%采用单级/二级可调增压系统发动机b。比传统二级可调增压系统降低0 4g/（k Wh），燃油经济性提高0 1.8%；发动机转速由12 0 0 r/min增加到18 6 0 r/min过程中，高压级废气旁通比由12%增加到6 0%；由于涡端旁通放气，浪费了一部分废气能量，增压系统总效率下降，使得匹配传统可调二级增压系统发动机的b。增一单级/二级可调增压一单级0.60.50.40.30.20.10600800100012001 400160018002 000转速/(rmin-l)b）废气旁通比400300200100060080010001200140016001800转速/(rmin-l)d)增压压力2015105600800100012001400 16001800转速/(rmin-l)f）缸内最大爆发压力2 0002.0002000第4期大，燃油经济性下降约2.3%4.6%。由图10 c）e)可知：由于串联增压,2 种二级增压系统的发动机在中低速工况下总增压压力和涡前压力均明显高于原增压系统；发动机转速为110 0 r/min时，单级/二级可调增压系统的总增压压力为350 kPa，比原机增压系统提升约2 0 0 kPa;得益于增压压力提升，单级/二级可调增压系统和传统可调二级增压系统发动机的空燃比分别比原机提高5.8%7 2.3%和5.4%39.6%。由图10 f）、g)可知:2 种二级增压系统增压压力的提升，涡前排温大幅降低,其中传统可调二级增压系统涡前排温比原机降低2 6 16 2，单级/二级可调增压系统涡前排温比传统二级可调增压系统降低188 2；较大的增压压力使2 种二级增压系统发动机的缸内最大爆发压力明显增加,其中单级/二级可调系统在发动机转速为110 0 r/min时，发动机最大爆发压力达到限值，为17 MPa，因此进一步增大发动机转速，必须通过阀门使高压级增压器与系统断开，采用低压级单级增压工作；相比原机，低压级增压器的压气机和涡轮机的通流能力均略大，提升了压气机的匹配效率和发动机的排气阻力，在一定程度上降低了泵气功损失。因此，单级/二级增压系统仅使用低压级工作时，发动机整体性能指标与原机相近，燃油经济性和涡前排温略有优势；发动机转速升高至12 0 0 r/min时，装配传统可调二级增压系统的发动机最大爆发压力达到爆压限值；因此继续提升发动机转速，需对高压级涡轮机进行旁通放气；随着发动机转速提升，高压级涡轮机旁通量增加，释放涡前压力，涡前压力和增压压力均在小幅范围内变化。3.2转矩提升特性发动机中低速且相同转矩工况下，2 种二级增压系统的增压压力均增大，发动机实际进气量大幅提升，最大爆发压力和涡前排温相对于各自限值有一定裕度，因此在这些工况下允许喷射更多的燃油进行燃烧，发动机低速转矩明显提升。按照最大爆发压力限值为17 MPa、涡前排温限值为7 50 进行控制，将2 种二级增压系统发动机性能与原机对比,如图11所示。+原机传统二级增压+单级/二级可调增压一二级5290(UN)/转432一0600800100012001400160018002000转速/(rmin-)a）转矩30252015600800100012001400160018002000转速/(rmin-)c）空燃比5004003002001000600800100012001400160018002000转速/(rmin-)e）涡前压力马超，等：单级/二级可调增压系统对船用发动机低速性能的影响41单级/二级可调增压一单级270250230210600800100012001400160018002000转速/(rmin-)b)be50040030020010006008001000120014001600 18002 000转速/(rmin-)d)增压压力2015105600800100012001400160018002000转速/(rmin-l)f）最大爆发压力42由图11a)可知：传统可调二级增压系统在发动机转速不大于12 0 0 r/min时可提升发动机最大转矩，提升幅度为7%10 2%；单级/二级可调增压系统在发动机转速小于110 0 r/min时可以提升发动机转矩，比原机转矩提升14%16 2%；发动机转速为12 0 0 r/min时，由于受限于最大爆发压力，单级/二级增压系统必须切换为低压级单级增压模式,因此转矩不能提升；在发动机转速小于10 0 0 r/min时，相比传统可调二级增压系统,单级/二级可调增压系统的转矩提升能力更大,转矩储备可以进一步增加9%30%。由图11b)可知：在转矩提升过程中，得益于传统二级增压系统低压级压气机及单级/二级可调增压系统高压级压气机匹配效率的提升,2 种二级增压系统在发动机转速为10 0 0 r/min及以下的b。比相同转矩工况下的优势进一步加大，传统可调二级增压系统比原机的燃油消耗率降低2 2 9 g/（k Wh），燃油经济性提高0.9%10.7%；单级/二级可调增压系统比传统可调二级增压系统的b。可以进一步降低2 21g/(kWh),燃油经济性进一步提高0.8%8.7%。由图11c）g)可知：在低速转矩提高的过程中,2 种二级增压系统的总增压压力和涡前压力均大幅提升；缸内爆发压力也均明显升高，显著高于原机系统；在较大的进气流量下，涡前排温相比原机仍然具有一定的优势，但单级/二级增压系统的涡前排温高于传统二级增压系统；发动机中高速工况下，2 套增压系统由于排温和最大爆发压力的限制,均难进一步提升发动机的转矩和燃油性能，发动机燃油消耗率、空燃比、增压压力、涡前压力和废气旁通比等性能对比结果与3.1节的结果基本一致。4结论内燃机与动力装置800700600500400600800100012001400160018002000转速/（rmin-l)g）涡前排温图11不同增压系统下发动机性能对比2023年7 月第40 卷为改善某船用发动机中低速性能，提出和设计了单级/二级可调增压系统，在中低速采用二级增压，在中高速单级增压。在增压器性能最优匹配的前提下,对分别搭载此增压系统、传统可调二级增压系统同一款发动机及原机增压系统进行发动机一维热力学仿真，并进行性能对比,得出以下结论。1)在相同转矩工况下，传统可调二级增压系统使发动机的燃油消耗率降低了5 12 g/（k Wh），燃油经济性提高2.2%4.8%；与传统二级可调增压系统相比，单级/二级可调增压系统发动机的燃油消耗率降低0 4g/（k Wh）,燃油经济性提高0 1.8%。2)发动机大于140 0 r/min时，传统可调增压系统使发动机燃油经济性相比较于原机降低约2.3%4.6%；单级/二级可调系统采用单级增压，发动机各项指标与原机基本一致。3)相比传统可调二级增压系统，单级/二级可调增压系统使发动机转速不超过10 0 0 r/min时的转矩提升能力更大,转矩储备可以进一步提高9%30%。4)在提升转矩工况下,2 种增压系统均可使发动机低速工况的燃油经济性得以改善，单级/二级可调增压系统比传统可调二级增压系统的发动机燃油经济性提高0.8%8.7%。5)与传统可调二级增压系统相比,单级/二级可调增压系统对于注重中低速大转矩和经济性的发动机具有一定优势，但高速运行状态与单级增压系统较为相近。第4期参考文献：1IPFLUGER F.Regulated two-stage turbocharging-KKKs new charging system for commercial diesel engines CJ/Proceeding of IMechE.The Sixth International Conference on Turbocharging and Air Management Systems.London,UK:IMechE,1998:127-141.2CHRISTMANN R,SCHMALZL H,SCHMITT F,et al.Regulated 2-stage turbocharging for passenger car and commercialvehicle enginesJ.MTZ Worldwide Edition,2005,66(1):6-9.3LANGEN P,HALL W,NEFISCHER P,et al.The new two-stage turbocharged six-cylinder diesel engine of the BMW 740dJ.ATZ auto Technology,2010,10(2):44-51.4WILE C,HALLBACK B.Utilisation of 2-stage turbo charging as an emission reduction mean on a Wartsila 4-stroke medium-speed diesel engine C/Proceeding of 25th CIMAC World Congress.Vienna,Austria:CIMAC,2007:1208-1217.5WIK C,HALLBACK B.Reducing emissions using 2-stage turbo chargingJJ.WARTSILA Techniacal Journal,2008(1):35-41.6刘博，胡志龙，李华雷，等.可调二级增压柴油机旁通阀特性和调节规律的试验J.内燃机学报,2 0 12,30(1)：7 2-7 8.7刘博，李华雷，胡志龙，等.可调二级增压柴油机瞬态加载性能的试验J.内燃机学报，2 0 12,30(2)：10 7-112.8汪齐富.船用柴油机米勒循环可调二级涡轮增压系统的研究D.上海：上海交通大学，2 0 12.9王利民，裴海俊，张文，等.柴油机可调两级增压系统调节阀流量特性J.内燃机与动力装置，2 0 2 1,38（3）：19-2 4.10刘瑞林，林春城，董素荣，等.柴油机二级可调增压系统高海拔标定试验J.内燃机学报，2 0 16,34(6)：543-548.11董素荣,刘卓学，刘瑞林，等.VGT叶片开度对二级增压柴油机高海拔低速匹配特性的影响J.车用发动机,2 0 16(6):30-34.12 张众杰，刘瑞林，周广猛，等.二级可调增压柴油机高海拔瞬态特性仿真J.内燃机学报，2 0 19,37(5）：39 3-40 0.13 张众杰，刘瑞林，周广猛，等.高海拔二级增压系统与喷油系统匹配模拟J.内燃机学报，2 0 2 0,38（1)：49-56.14 刘莹，葛炜，张继忠，等.兼顾平原与高原性能的二级增压系统性能试验研究J.内燃机工程，2 0 17,38（2）：123-127.15 邵志刚.V6柴油机可调二级增压系统设计与匹配D.北京：北京理工大学,2 0 17.16 赵长禄，李长江，韩恺，等.不同海拔下柴油机可调二级增压系统的经济性调节方法J.农业机械学报,2 0 16,47(2):369-376.17李成,马超，陈秉智，等.相继增压系统对改善船用直列八缸发动机性能的试验研究J.船舶工程,2 0 2 0,42（8)：64-68.Influence of a single-stage/two-stage adjustable turbocharging systemon the performance under low-speed conditions of a marine engine马超，等：单级/二级可调增压系统对船用发动机低速性能的影响43ZHANG Jiajan,I Cuoxiangna1.School of Energy and Power Engineering,Shandong University,Jinan 250061,China;2.School of Machinery and Automation,Weifang University,Weifang 261061,China;3.Key Laboratory of Turbocharging System of Mechanical Industry,Shouguang 262718,China;4.Guangxi Yuchai Ship Electric Power Co.,Ltd.,Yulin 519175,China;5.Kangyue Technology(Shandong)Co.,Ltd.,Shouguang 262718,ChinaAbstract:In order to improve the low-speed performance of marine engines with high power density,a single-stage/two-stage adjustable turbocharging system is proposed,and one-dimensional thermodynamic simulations areconducted to compare performances of the engine with different turbocharging systems.The results show that thetraditional two-stage adjustable turbocharging system has obvious advantage in improving the engine performance(下转第7 2 页)727石晓川，孙光晓，张祥，等.某110 m江海联运散货运输船推进系统的匹配应用 J.内燃机与动力装置，2 0 2 2,3 9（5)：88-92.8盛振邦，刘应中.船舶原理 M.上海：上海交通大学出版社,2 0 0 3.9侯奕，孙江龙，吕续舰.螺旋桨环流理论（升力线理论）设计 J.舰船科学技术,2 0 14(9)：110-113.10武璇，仇永超，靳良真，等.螺距与拱度对螺旋桨水动力性能影响研究 J.江苏船舶,2 0 2 1,3 8(3)：2 4-2 7.11杨佑宗,刘海.大型运输船船体、螺旋桨和主机功率匹配的若干问题 J.舰船科学技术,19 8 3(5)：1-15.12ZHANG W C,WU L H,JIANG X W,et al.Propeller design for a autonomous underwater vehicle by lifting-line methodbased on OpenProp and CFDJ.Journal of Marine Science and Application,2022,21(2):106-114.Ship-engine-propeller matching and propeller optimization design of内燃机与动力装置a ro-ro passenger ship2023年7 月第40 卷ZHANG Yongchao,LIU Dandan?,LI Guanghui,WU Benkun1.Weichai Heavy Machinery Co.,Ltd.,Weifang 261108,China;2.Weichai Power Co.,Ltd.,Weifang 261061,ChinaAbstract:In order to solve the problem of the main engine overloaded and unable to increase the speed duringthe trial voyage of a passenger roller,CATIA software is used to model the ship,and STAR-CCM+software isused to simulate the ships hydrodynamic forces.Through hull resistance calculation,mooring featureverification,and free sailing calculation,it is determined that the fault is due to the heavy propeller,which isnot matched reasonably,and is consistent with the actual ship test results.The propeller is optimized,andmatching analysis is performed.The results show that after replacing the new propeller,the maximum speed ofthe ship reaches 15 kn,an increase of 0.2 kn,and there is a 15%reserve of the main engine power,whichmeets the design requirements.Keywords:ro-ro passenger ship;ship-engine-propeller matching;propeller（责任编辑：郎伟锋）+(上接第43 页）under working conditions less than 1 200 r/min,and the fuel economy under the 1 400 r/min conditionsdeteriorate.The engine equipped with a single-stage/two-stage adjustable turbocharging system has betterperformance improvement than traditional two-stage adjustable turbocharging systems when the engine speed isless than 1 100 r/min.When the engine speed is greater than 1 200 r/min,the engine performance is basicallythe same as that of a single stage turbocharging system engine.Compared with traditional two-stage adjustableturbocharging system engine,single-stage/two-stage adjustable turbocharging system engine has greater potentialfor improving low-speed torque.When the engine speed is less than 1 100 r/min,compared to traditional two-stage turbocharging systems,engine equipped with single/two-stage adjustable turbocharging systems has atorque reserve increase of 9%to 30%.Keywords:two-stage turbocharging;single-stage/two-stage adjustable turbocharging;low-speed torque;fuel economy（责任编辑：刘丽君）