【作者】

刘龙; 刘传号

【单位】

哈尔滨工程大学

【摘要】

近年来，日益严格的排放标准及低碳政策的实施，促使传统的化石能源向绿色环保的可再生能源转变。天然气具有较高的辛烷值，较强的稀燃能力以及环保特性（含碳量低）被认为是一种理想的船用发动机替代燃料。采用柴油引燃的天然气高压直喷技术是目前先进的天然气燃烧技术之一，可以在保证柴油机效率的前提下，降低NOx、PM和CO2的排放。引燃柴油与天然气之间的相互作用，直接影响了柴油的雾化、蒸发、扩散、滞燃期与空气混合等。进而接影响了天然气预混燃烧的水平，决定了缸内放热率、压力及排放。目前，对引燃柴油与天然气间的相互作用的研究主要关于柴油/天然气/空气混合气的形成对及其对着火延迟的影响，研究发现天然气能够快速稀释或隔离空气，降低混合气中空气的比例，进而增加点火延迟。引燃柴油喷雾与天然气射流过程环形涡间的相互作用也会影响着火，但是对环形涡的研究甚少机理尚不清楚，因此本研究主要分析不同柴油入射角下涡流结构对着火及火焰发展的影响。 在射流发展和着火阶段，引入了Q准则以分析相邻燃料射流的相互作用。Q准则能够提供详细的等涡面结构，不同的Q值对应着不同的等涡面，Q越小，等涡面越大。研究发现，柴油环形涡会在天然气环形涡的推动下沿喷雾方向向下游移动，两个涡的接触位置速度矢量的方向不同，这导致射流发展的过程中两个涡会相互抑。当倾角由5度增加至25度，在靠近活塞方向上涡流轴心间距离减小抑制作用增强，柴油环形涡的尺寸减小会导致高温着火延迟。当引燃柴油倾角大于25度后，在强抑制的作用下柴油环形涡和天然气环形涡会在靠近活塞方向融合成一个大尺寸涡，并使得引燃柴油的高温着火提前，这表明大尺寸的环形涡有利于引燃柴油的高温着火。 在火焰发展阶段，增大倾角会使得着火点向靠近活塞方向移动，并增强天然气对引燃柴油的贯穿，使得火焰前缘向下游扩散需要追赶天然气射流，不利于火焰的发展。火焰充分发展后，引燃柴油喷射方向对燃烧的影响更多的体现在火焰的形态上。在相同的天然气喷射条件下，火焰形态并不会因为引燃柴油喷射的停止而快速趋于一致，这表明引燃柴油喷射方向对火焰形态的影响有持久性。增大引燃柴油的倾角会使火焰整体向活塞方向移动火焰与缸盖的接触时间会延后，增加了火焰与空气的接触面积，进而提高混合控制燃烧阶段天然气的燃烧强度及放热率。

【关键词】

双燃料;高压直喷;快速压缩膨胀机;仿真

【论文集名称】

高效清洁燃烧

【会议名称】

2024世界内燃机大会

【会议时间】

2024-4-19至2024-4-23

【会议地点】

天津市

【下载次数】

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