在柴油机开发中的应用余皎
重型柴油机SCR系统布置优化设计
ｔｅｃ ｎ ｅ ｔａｉｎ ｄｓ ｂ ｔ ｎｏ ｅｅ ａ ｏ ｉ ｄｕ ｅ ｈ ｏ ｃ ｎｒｔ ｉ ｒ ｕｉ ｆ ｈ ｖ ｐ ｒ ｅ ｒａ—ｗａｅ ｔ ｉｉｇＣ Ｄ ｏｓ ｔ ｒｏ ｔ ｚ ｔ ｎｏ ｏ ｔ ｉ ｏ ｔ ｚ ｔｒ ｉ ｚ Ｆ ｔ ｌ．Ａｆ ｐ ｉ ａｉ ｆ ｕｌ ｎ ｏ ｅ ｍｉ ｏ
２１ ００年第 ４期 （ 总第 １８期 ） １
内燃 机 与 动 力 装 置
ＩＣ Ｅ＆ Ｐｗ ｒｌ ｔ ．． ｏｅ ａ ｐｎ
２１ ００年 ８月
【 设计技术 】
重 型柴 油机 Ｓ Ｒ系统 布置 优 化设 计 Ｃ
余 皎， 王 军 ， 德辉 佟
（ 柴动 力股份 有 限公 司 技 术 中心 ， 东 潍 坊 潍 山
Ｔｈ ｓｐ ｐｅ ｒ ｓ ｎ ｓａ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｏ ｐ ａ ｔ ｍｉａｉ ｎ ｏ ｅ ｉ ａ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｉ ｌ ｔ ｆｔ ｓ ｒ ｙ ａｏ ｚ ｔ ｆｕｒ ａ— ｗａｅ ｏｕ ｉｎ ｏ ｈｅ ｏ ｔｒｓ ｌ ｔｏ ｓ，ｔ ｅ ｍｏ ｉｎ ｏ ｒ ａ ｈ ｔｏ ｆｕ ｅ
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尿素水溶液特性及影响SCR效率的若干因素
尿素水溶液特性及影响选择性催化还原SCR后处理装置催化效率的若干因素余皎（潍柴动力技术中心，山东，潍坊，261001）Characteristics Of Urea Water Solution And Factors Affecting SCR Conversion EfficiencyYu Jiao(Weichai Power R&D Center, Weifang, 261001)Abstract: The selective catalytic reduction (SCR) based on urea water- solution is an effective technique to reduce NOx emitted from diesel engines. However, characteristics of urea water solution and SCR configuration are two issues have to be resolved to ensure high NOx conversion efficiency with SCR. In this paper, the properties of the urea water solution, urea water stability in storage, influence of urea water solution on the wetted materials in SCR box are introduced. For SCR configuration, the CFD code is applied to simulate the flow field and ensure the uniform distribution on both the exhaust velocity and the ammonia concentration at the entrance of the SCR catalyst. Urea water solution deposition on the exhaust pipe wall caused by urea water solution impingement has to be addressed.Key words: SCR, urea water solution, conversion efficiency摘要：尿素选择性催化还原系统（SCR）是未来降低重型柴油机的NOx排放的一种有效方式，保证SCR系统在高催化效率下的正常运行是满足排放法规的关键因素,本文首先从尿素水溶液的物理化学特性出发，论述如何合理运输、对保存和使用尿素水溶液提出建议，以及对尿素箱材料选用的要求；另外，从影响SCR后处理装置催化效率的因素的角度，阐述在SCR系统设计中,如何优化布置SCR载体入口前排气混和管，如何确定尿素喷射装置的喷射位置和喷射角度等。
利用STARCD对重型柴油机SCR系统进行优化布置
利用STAR-CD对重型柴油机SCR系统进行布置优化Configuration Optimization of the SCR System fora Heavy Duty Diesel Engine Using STAR-CD余皎(潍柴动力技术中心)摘 要:尿素选择性催化还原系统（SCR）是未来降低重型柴油机的NOx排放的一种有效方式，SCR 系统在高催化效率下的正常运行是满足排放法规的关键因素,在SCR系统设计中,需要优化布置SCR 载体入口前排气混和管的结构及尿素喷射装置的喷射位置和喷射角度等。
利用计算流体力学软件STAR-CD来模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况，对不同排气温度和排气流量下液滴的运动，水溶液蒸发后水蒸气的浓度分布进行了计算，优化排气管道形状以及优化喷射位置和喷射角度，从而避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。
同时对SCR载体内的流动性能进行计算,保证排气在载体入口的速度、发应物浓度分布均匀，实现高的催化效率。
关键词:柴油机；STAR－CD；SCR；混和管；优化设计Abstract The selective catalytic reduction (SCR) based on urea water- solution is an effective technique to reduce NOx emitted from diesel engines. However, there are two issues have to be resolved to ensure high NOx conversion efficiency with SCR. The first one is to have a uniform distribution on both the exhaust velocity and the ammonia concentration at the entrance of the SCR catalyst. And the second one is to minimize the urea deposition on the exhaust pipe wall caused by urea water impingement. Besides, the pressure loss across the catalyst is a practical concern/issue for feasibility that has to be addressed.In this paper, CFD code STAR-CD is applied to simulate the flow field inside the exhaust pipe. There are few physical models employed to account for the injection of the urea spray, whichincludes atomization, droplet breakup, droplet evaporation, liquid film formation and turbulent mixing. The SCR catalyst substrates and the perforated pipes used for this study are accounted for by a porous media model. The mixing is characterized by two parameters, velocity uniform index and the mass flux .And the objective of this study is to propose an optimized SCR system for a heavy duty engine.Key words: Diesel engine, SCR System, Optimization, STAR-CD1 简介20世纪90年代以来，世界各国对发动机排放法规的不断严格，大大推动了发动机技术的发展。
EPA4节能环保型柴油机的开发与应用
ｉ ｎ ｔ ａ ｋ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ，ｆ ｕ ｅ ｌ 。 ｏ ｉ ｌ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｗ ｉ ｔ ｈ ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ，ｏ ｉ ｌ
表ｉ ：４ Ｂ ２— ５ ５ Ｃ ４ ４柴 油机主要 技 术 配置
～ —
没 有一 家 能批量 生 产真 正满 足欧 美第 四阶段排 放标
准 的产 品 ，其核 心技 术一 直被 国外 发 动机 厂家 的独 资 或合 资公 司掌 握 。 国内 的非道路 机 械厂 家 为进入 欧 美市 场 ，只 能选择 进 口柴 油机 配套 出 口。出现 了 国内 出 口的非道 路机 械 无 “ 中 国芯 ” 的尴 尬 局 面 。 这样 不 仅 制 约 了 国 内道 路 用 柴 油 机 行 业 技 术 的进 步 ，还 严重 限制 了我 国非 道路 机 械产 品走 向国际市
先进技术在4D20轿车柴油机开发中的应用
１ ４ ０轿 车 柴 油 机 主 要 技 术 参 数 Ｄ２
４２ Ｄ ０轿 车 柴 油机 （ １ 是 吉 利 汽 车研 究 院 自 图 ）
主研 发的一 款柴 油机 ．其采 用 了 电控 高压 共轨 喷油
系统 、 气再 循 环及 尾 气再 处 理 、 轮 增压 中冷 、 废 涡 可
Ｇｅ ｌ４ ０ Ｃａ ｅ ｅ ｇ ｎ ｅ ｙ Ｄ２ ｒ Ｄｉｓ ｌＥｎ ｉ ｅ
Ｄ ｎ ｎ ， ｈ ｏＦ ｑ ａ Ｙｕ ｎ Ｚ ａ ｃ ｅ ｇ，Ｗｕ Ｃ ｅ ｇ ｎ ｏ ｇ Ｒｅ Ｚ ａ ｕ ｕ ｎ ， ａ ｈ ｏ ｈ ｎ ｈ ｎ ｍｉ ｇ
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Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｅ ｅ Ｄｉｓ ｌＥｎｇ ｎｅ Ａｄｖ ｎｃ ｄ ｅ ｈｎｏ ｏ ｙ， ｉ ， ａ ｅ ｔｃ ｌ ｇ Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｌｃ ｔｏｎ
准 限值 。
主 题词 ： 柴油 机
先进 技术
应 用
中图分 类号 ： ４ ４１２ 文 献标 识码 ： 文章编 号 ：０ ０ ３ ０ （０ ０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ０ — ０ ５ ０ Ｕ ６． ７ Ａ １０ — ７ ３ ２ １ ）９ ０ １— ４
Ｔｈ ｅ Ａｐｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｌｃ ｔｏ ｆＡｄｖ ｎｃ ｄ Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ ｅ ｎ ｔ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｆ ａ ｅ ｃ ｏ ｏ ｉｓｉ ｈｅＤ ｖ ｌ ｐ ｎｔｏ
“派格丽”握三大核心技术已实现量产
“派格丽”握三大核心技术已实现量产作者：来源：《驾驶园》2012年第10期苏州派格丽减排系统有限公司成立于2008年,其致力于提供国内柴油机后处理系统国Ⅳ、国Ⅴ排放整体解决方案,重点是SCR系统的生产与研发,包括SCR计量喷射系统、电控DCU模块、催化消声器封装技术,是国内唯一集此三项技术于一身的企业。
随着国家对机动车尾气排放标准要求越来越严格,尾气后处理行业迎来机遇。
苏州派格丽减排系统有限公司总工程师余皎向《驾驶园》记者介绍道:“经过调研我们发现,采用SCR技术的国Ⅳ柴油机,可比国Ⅲ发动机节省燃油消耗约5%,扣除添加尿素的使用成本后,车辆增加的购置成本也能够在1-2年内收回;其次,选用SCR技术的发动机对油品的适应性比较强,即使采用含硫量低于350ppm的国Ⅲ柴油,也能使发动机和整车满足国Ⅳ排放的要求;再者,SCR技术对发动机的设计改动小,可降低发动机企业的改造成本。
因此,从困扰中国汽车排放升级的油品及成本等实际问题出发,SCR技术势必更适合中国国情。
后来欧洲汽车联盟对外宣称…SCR技术是唯一能够同时解决满足排放要求和燃油经济性要求的后处理技术‟,SCR技术路线在国内也被普遍认可。
”柴油机国Ⅳ标准的即将实施,虽然使后处理行业迎来发展良机,但苏州派格丽减排系统有限公司营销总监周绍辉告诉记者:“这一行业竞争非常激烈。
除了博世、康明斯等国外品牌已在中国市场布局外,国产品牌也已达到13个,保持技术领先并打造出优势是立足之本。
”周绍辉表示,派格丽的产品优势明显,首先,价格低,性价比高;其次,可靠性高,产品经过大量的装车上路试验,比其他企业在实验室试验出的产品更可靠。
派格丽SCR系统取得了稳定性和可靠性关键技术的突破。
目前,整个系统运行稳定,可以为不同类型的发动机进行模块化搭载匹配;另外,面对国内外两大市场,派格丽大胆推出模块化设计理念,根据中国车辆和道路情况进行的适应性开发,能够快速响应中国客车对SCR的应用需求。
基于FIRE的DOC+DPF微粒捕集连续再生特性仿真研究
图1DOC+DPF三维模型2结果与分析2.1DOC-DPF微粒再生机理在后处理模块DOC和DPF反应模型采用软件提供的模型，具体如下：DOC化学反应模型：DPF化学反应模型：在DPF中主要发生R4、R5、R6、R7化学反应，R4、反应温度为630℃以上，R6、R7反应温度为300℃左右，析发现试验柴油机DOC入口排气温度范围为150~500℃因此大多数工况下排气温度达不到R4、R5反应发生条件，DPF中主要发生R6、R7反应。
其中反应R6和R7氧化微粒需要的NO2主要来源于两部分：排气中原有的NO组分以及上游DOC中R3反应生成的NO2。
为研究DOC-DPF微粒再生过程，在该模型上进行了模拟计算，仿真参数如下：氧气体积分数11.8%、CO质量数5.91E-3、C3H6质量分数7.65E-3、NO质量分6.67E-5、NO2质量分数5.58E-5、排气流量0.05kg/s、排气温度456K、DOC载体初始温度700K、DPF载体初始温度700K、碳载量10g/L，仿真结果见图2。
图2中横坐标为时4.6E-045.15 4.57（a）（b）（c）（d）图2微粒氧化过程仿真结果图在温度为700K时NO转化率虽然不是最大，但在高温下部分碳颗粒与氧气发生氧化，使残余颗粒浓度降低。
在排气温度为800K时，部分颗粒物与氧气反应，残余颗粒浓度迅速下降。
碳颗粒数量减少后，氧化放热量减少，温度降低，再此条件下，颗粒物既与O2发生氧化反应，也与NO2发生氧化反应。
在排气温度为900K时，颗粒物与NO22.2.3排气质量流量本节分析排气质量流量对再生的影响，排气流量分别设为200kg/h、400kg/h、600kg/h、800kg/h，排气中各组分质量分数以1030rpm60%负荷参数为基础进行计算，进气温度570K、初始碳载量2g/L、排气中颗粒物质量分数为1.2E-6。
仿真计算结果见图5，排气质量流量从200kg/h增加到800kg/h，NO的转化率降低，因为质量流量增加，流速加快，NO在DOC内停留时间减少，氧化反应时间减少，造成NO的转化率降低。
柴油机工作循环和主要性能指标
2018/11/9 chapter 8 柴油机工作循环与性能指标 11
8.1 柴油机的工作循环
1．换气过程 1）残余废气系数： 换气过程结束时，缸内残存的废气量Gr与充入 气缸的新鲜空气量G0之比。表示换气过程的 完善程度。数值越小，换气过程越完善。 四冲程换气质量好 二冲程柴油机中直流>回流>横流(最差)。
2018/11/9
chapter 8 柴油机工作循环与性能指标
15
流动阻力分析
要求尽可能增大进气通道截面积f。因此中大 型机采用多个进气阀结构 柴油机往往尽可能增大进气阀直径，使进气阀 直径大于排气阀直径 在中高速时,流动阻力损失占主要,所以要特别 注意进气道的通畅
n P K 2 f
2018/11/9 chapter 8 柴油机工作循环与性能指标 16
2
8.1 柴油机的工作循环
1．换气过程 2）充气系数： 换气过程结束时充入气缸的实际空气量G0与 在进气状态下充满气缸工作容积Vs的理论空气 量Gs之比。
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chapter 8 柴油机工作循环与性能指标
17
8.1 柴油机的工作循环
1．换气过程 3）扫气效率、扫气系数、扫气过量空气系数 扫气效率s：换气过程结束后，气缸内的新鲜空气量G0 与气缸内全部气体量Ga之比（干净程度） 扫气系数s：在一个循环中通过扫气口的全部扫气量Gk 与换气过程结束后留在气缸中的新鲜空气量G0之比 (扫气空气消耗的相对量) 扫气过量空气系数k：每循环通过扫气口的全部扫气量 Gk与在进气状态下（ps、Ts)充满气缸工作容积Vs的 理论空气量Gs之比(扫气空气消耗的绝对量)
2018/11/9 chapter 8 柴油机工作循环与性能指标 9
一种基于温差发电与有机朗肯循环联合船用柴油机余热回收系统及其
专利名称：一种基于温差发电与有机朗肯循环联合船用柴油机余热回收系统及其方法
专利类型：发明专利
发明人：俞小莉,俞潇南,黄瑞,王雷,吴杰,黄岩,凌珑,钱柯宇
申请号：CN201811216260.7
申请日：20181018
公开号：CN109268099A
公开日：
20190125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于温差发电与有机朗肯循环联合船用柴油机余热回收系统及其方法，包括柴油机进气子系统、柴油机冷却子系统、废气流路、TEG子系统、ORC子系统、海水冷却子系统和电控中心；废气流路与柴油机冷却子系统之间布置有温差发电机以此构成TEG子系统，通过两者之间温差发电；ORC子系统与废气流路通过ORC蒸发器进行热量交换；ORC子系统通过热力循环将热能转换为与膨胀机同轴相连的发电机发出的电能；海水冷却子系统用来最终冷凝ORC工质与柴油机冷却液；所述电控中心为柴油机ECU一部分，用来控制驱动循环。
本发明充分利用了柴油机废气余热及废气与冷却液之间的温差，将其回收转换为电能，用于船舶其他用电设备，进一步提高了柴油能量转换效率。
申请人：浙江大学,宁波中策动力机电集团有限公司
地址：310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
国籍：CN
代理机构：杭州求是专利事务所有限公司
代理人：郑海峰
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先进技术在4D20轿车柴油机开发中的应用
先进技术在4D20轿车柴油机开发中的应用董仁;赵福全;袁兆成;吴成明【摘要】介绍了吉利4D20轿车柴油机开发所应用的电控高压共轨喷油系统、冷却式废气再循环、尾气后处理装置、带VNT的涡轮增压中冷及可变进气涡流控制等先进技术.对整机按照欧洲排放测试循环进行了台架试验.结果表明,由于采用了众多先进技术,4D20轿车柴油机最高功率达100 kW,升功率达50 kW/L,全负荷工况最低油耗仅为210 g/(kW·h),最大扭矩为307 N·m(1800r/min),最大扭矩时噪声为85 dB(A),同时排放各项指标均低于欧V排放标准限值.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2010(000)009【总页数】4页(P15-18)【关键词】柴油机;先进技术;应用【作者】董仁;赵福全;袁兆成;吴成明【作者单位】吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室;浙江吉利汽车研究院;吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室;浙江吉利汽车研究院【正文语种】中文【中图分类】U464.1721 4D20轿车柴油机主要技术参数4D20轿车柴油机（图1）是吉利汽车研究院自主研发的一款柴油机，其采用了电控高压共轨喷油系统、废气再循环及尾气再处理、涡轮增压中冷、可变进气涡流控制等众多国际先进技术，是一款能够满足欧V排放要求的轿车柴油机，该柴油机主要技术参数见表1所列。
图1 4D20轿车柴油机表1 柴油机主要技术参数?2 4D20轿车柴油机主要技术概述为了满足轿车先进柴油机对动力性、经济性、低排放、低噪声的要求，在研究国内外轿车柴油机设计技术的现状和发展趋势的基础上，从国外引进高性能轿车柴油机的设计技术，并在浙江吉利汽车研究院所研发的4D20轿车柴油机上应用。
2.1 电控高压共轨喷油技术近年来颁布的排放法规越来越严格，4D20轿车柴油机预定排放目标旨在满足欧V 排放标准，为此采用了先进高压共轨燃油喷射系统（图2）。
高压共轨系统主要由高压油泵、高压油轨、喷油器、高压油管以及各输油管路组成，是将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。
280柴油机经验交流会在常州召开
280柴油机经验交流会在常州召开
余也艺
【期刊名称】《中国铁路》
【年(卷),期】1981(000)016
【摘要】由65个单位148名代表参加的大功率柴油机技术情报网280柴油机经验交流会于1981年5月初在常州戚墅堰机车车辆工厂召开。
会上,戚墅堰机车工厂、铁科院机辆所、大连内燃机车研究所的代表汇报了16 V 280柴 .油机四年来的设计、试制、试验研究工作的经验、成果和进一步打算。
408厂代表介绍了法国 PA6-280柴油机的结构性能、零部件概况和赴法技术考察情况。
会议交流了各种报告论文资料共十八篇。
【总页数】1页(P18-18)
【作者】余也艺
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】F4
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1.医疗产业又一盛事金秋9月落地常州2015江苏国际医疗器械科技博览会媒体见面会在常州顺利召开 [J],
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限流沿燃烧室中实现柴油喷雾稀扩散燃烧的混合气形成过程
限流沿燃烧室中实现柴油喷雾稀扩散燃烧的混合气形成过程苏万华;汪洋;余皎;赵昌普;林铁坚【期刊名称】《燃烧科学与技术》【年(卷),期】2002(008)004【摘要】提出了一种基于激光诱导荧光法的实验方案,采用增压式共轨喷油器,在定容燃烧实验装置内进行柴油喷雾形成、发展、撞壁和混合过程的实验.实验发现,燃油喷雾在燃烧室壁面的沉积可通过在壁面设置一个"限流沿"(BUMP),使之从壁面剥离,剥离后的壁面射流形成一个迅速扩散的二次空间射流,进而形成较均匀、较稀薄的混合气,它有利于减少碳烟和NOx排放.【总页数】5页(P364-368)【作者】苏万华;汪洋;余皎;赵昌普;林铁坚【作者单位】天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】TK421.2【相关文献】1.一种基于稀扩散燃烧概念的bump燃烧室及其降低柴油机有害排放机理的研究[J], 裴毅强;苏万华;林铁坚2.BUMP燃烧室内柴油喷雾气液相缸内浓度场测量激光诱导荧光法的实现和研究[J], 孙田;郭焱;李国华3.一种基于稀扩散燃烧的BUMP燃烧室及其对柴油机碳烟和NOx排放影响的实验研究 [J], 裴毅强;苏万华;林铁坚4.直喷式柴油机燃烧室中喷雾的分布预测 [J], 徐兆坤;王士钫5."Bump燃烧室"内新概念稀扩散燃烧混合气形成机理的研究 [J], 赵昌普;苏万华;汪洋;余皎;林铁坚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
YC6A220C柴油机排气余热裂解甲醇助燃的试验研究
YC6A220C柴油机排气余热裂解甲醇助燃的试验研究YC6A220C柴油机作为一种常见的工业发动机，其排气余热的利用已经成为节能减排的重要途径。
为了进一步提高其排放性与燃烧性能，本文以此为背景，进行了排气余热裂解甲醇助燃的试验研究。
首先，我们采用了室内实验的方法，设计了相应的实验装置。
实验装置主要由一个YC6A220C柴油机、一个燃烧室、一个甲醇喷射器、一个排气余热回收装置和一组数据采集系统组成。
其中，燃烧室支持稳定燃烧，并能够随意调节温度和氧气浓度，甲醇喷射器则用于添加助燃剂，排气余热回收装置则用于回收排气中约40-60%的余热。
随后，我们进行了一系列实验。
实验方法主要是先测定YC6A220C柴油机在不添加助燃剂情况下的排放参数和燃烧效果，再分别利用甲醇喷射器喷入不同比例的甲醇进行试验。
试验输出主要包括燃油消耗量、NOx、CO、HC、PM和排气温度等参数。
经过一系列数据的分析，我们得到以下结论：当甲醇喷射量占柴油燃料消耗量的10%-20%时，NOx的排放量明显降低；CO和HC的排放量也有所下降；燃油消耗量略有增加，但总体上还是可以接受的。
同时，我们的实验还发现，采用余热回收装置可以进一步提高甲醇助燃效果，使得燃烧效率得到了更好的提升。
综上，我们的试验研究表明，YC6A220C柴油机排气余热裂解甲醇助燃是一种可行的技术路线，其优点在于能够减少排放，提高燃烧效率，进而节能减排。
未来，我们将进一步完善实验设计和数据分析方法，并优化工业应用策略，使得这项技术能够更好地应用于实际生产中，为人类的环境保护和可持续发展做出更大的贡献。
随着环保和节能理念的不断深入，利用排气余热进行能量回收已成为工业生产中的一项热门技术。
YC6A220C柴油机作为重要的工业发动机之一，其排气余热利用潜力巨大。
在这种情况下，将甲醇作为助燃剂引入燃烧过程，已成为一种有效的方式来提高YC6A220C柴油机的燃烧效率。
甲醇是常用的清洁燃料之一，它在燃烧过程中可以促进柴油的完全燃烧，从而减少污染物的排放，并能降低燃油的消耗。
船舶直流电推系统选择特性的短路故障模拟
船舶直流电推系统选择特性的短路故障模拟
杨璇;周瑜;缪光辉;贠廷军;李骁
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2022(43)3
【摘要】为了研究船舶直流电推系统发生短路后的选择性保护特性,对短路发生后的主要短路源、线路状况及关键器件进行分析,采用基于设备参数的选择性保护分析与建模方法,对船舶直流电推系统选择性进行短路故障模拟。
针对工程船舶应用,搭建与实际系统对应的仿真模型,对比仿真结果及短路试验结果可以看出,熔断器熔断时间、电压变化趋势及电压跌落情况都基本一致,仿真结果能有效地预测实际的短路结果及现象。
本文提供了一种工程上可应用的仿真建模方法,能较准确地预测熔断器的动作情况。
【总页数】8页(P360-367)
【作者】杨璇;周瑜;缪光辉;贠廷军;李骁
【作者单位】上海船用柴油机研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U665.1
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第四届中国 CAE 工程分析技术年会论文集计算流体力学 CFD 在柴油机开发中的应用余皎（潍柴动力技术中心，潍坊，261001）摘要：计算流体力学 CFD（Computational Fluid Dynamics）已经成为柴油机设计的主要工具。
本文主要介 绍了 CFD 在柴油机进气道设计，柴油机水套冷却系统设计，柴油机燃烧系统开发，排气系统优化及后处理装 置设计方面的具体应用，目的在于进一步拓宽企业里 CFD 的应用范围，更好更多的利用好 CFD 软件，发挥其 降低开发成本，缩短开发周期的作用。
关键词：CFD，柴油机，进气道设计，燃烧系统开发，排气系统优化，后处理装置设计1 引言无论国内还是国外，各大汽车及发动机企业研究所都充分认识到数字化设计是未来的主 流，因此大力发展自己的数 CAE(Computer Aided Engineering)队伍，建立完善自己的数字化 设计规范流程。
柴油机的开发流程中始终贯穿 CAE 分析，从概念设计、布置设计、详细设计、 物理样机试制和试验以及批量投产的过程中 CAE 承当不同的分析任务。
采用 CAE 分析技术可 以大大缩短开发流程，降低开发成本，同时优化设计提高产品开发质量。
CFD 属于 CAE 的一个分支，其在柴油机开发中的应用主要包括：进气道设计，水套冷却 系统设计，燃烧系统开发，以及排气系统优化及后处理装置设计等。
其中燃烧系统开发是柴 油机设计的核心，柴油机喷雾燃烧是一个涉及燃油雾化，蒸发，油束与空气混合，燃油撞壁， 燃烧污染物形成等过程的复杂物理化学反应过程，同时，柴油机活塞的往复运动，气门的开 关都涉及到运动网格技术，后处理装置模拟涉及复杂的化学反应动力学模拟，这对数值模拟 提出了很大的挑战。
CFD 是指对描写流动、传热、传质的控制方程采用数值方法通过计算机予以求解的一门 流体力学和数值方法相结合的交叉学科。
其中控制方程就是对支配流体流动的物理守恒定律 的数学描述，即根据研究内容建立反映流动对象连续变化的微分方程，主要包括质量守恒、 动量守恒、能量守恒、组分守恒方程以及湍流输运方程。
另外，在柴油机喷雾燃烧模拟中还 需要燃油雾化破碎，燃油蒸发，沸腾，燃油撞壁，燃烧，污染物形成等子模型。
大多数 CFD 软件都是采用有限容积法 FVM（Finite Volume Method）进行离散。
目前常用的 CFD 商用软件 有：STAR-CD，Fluent，CFX，AVL-Fire，KIVA。
2 CFD 在柴油机开发中的应用2.1 柴油机进气道设计进气道的优劣关系到整机的性能水平，传统设计方法是不断的修改气道石膏模型，在稳 流试验台上进行反复的试验和对比来获得满足设计要求的形状，这样在设计过程中，往往凭 借经验来判断如何修改气道形状，因此设计周期长，成本高，见效慢。
利用 CFD 技术对进气 道流场进行三维模拟，并能可视化显示，使设计者能够直观的了解影响气道性能的主要部位 和参数，并且判断修改后的气道的性能是否满足设计要求。
若不满足要求只要对 CAD 模型进 行快速修改并输入 CFD 软件再次模拟，直至满足设计要求为止。
相对传统方法，CFD 技术不仅 可以获得进气道、气门和气缸结构参数以及它们的相对位置对流动宏观特性的影响，而且可第四届中国 CAE 工程分析技术年会论文集以获得其内部流场的大量微观信息，为气道的设计和改进提供重要的理论依据，因而从理论 上指导试验工作，减少试验的盲目性和试验开支。
图 1、某柴油机进气道几何模型图 2、某柴油机进气道网格局部（a）10mm 升程（b）9mm 升程（c）6mm 升程（d）4mm 升程图 3、不同气门升程某一截面速度迹线图第四届中国 CAE 工程分析技术年会论文集图 4、某一横截面迹线及速度矢量图流量系数涡流比0.60.55 0.50.450.4 0.350.3 3 4 5 6 7 8 9 10 气门升程（mm）试验结果 计算结果21.81.61.4 计算结果 试验结果1.210.80.6345678910气门升程（mm）图 5、不同气门升程下的流量系数图 6、不同气门升程下的涡流比图 1 和图 2 分别为气道几何外形和网格。
图 3 为不同气门升程下缸内气体轨迹的截面图， 图 4 为缸内流场的横截面图。
图 5 和图 6 分别为计算得到的不同气门升程下流量系数和涡流 比试验与计算结果比较。
从图 3 可以看出，气门处产生强烈的剪切流，两气门间的气流存在 干扰，升程越大，干扰越严重。
进入气缸的气流一部分继续做螺旋运动，一部分是在气缸壁 的引导下，与其碰撞形成绕气缸轴线的螺旋，随着气门的开度，气缸的引导作用减弱。
从图 4 可以看出，该截面无轴向回流，形成一个清晰的绕 Z 轴运动的旋涡，流动已基本 趋于稳定。
从图 5 中可以看出：随着气门升程的增大，计算结果与试验结果均呈上升趋势， 且二者相对误差的绝对值均在 5％左右。
从图 6 中可以看出：试验结果与计算结果趋势一致， 二者相对误差的绝对值均在 5％左右。
2.2 柴油机水套冷却系统设计柴油机冷却水量的多少及冷却水的分布直接影响到柴油机的冷却效率、高温零件的热负 荷、热量分配和能量利用等方面。
过多的冷却水量虽然可以使气缸盖及有关零部件得到充分 的冷却，但却增加了水泵的功率损耗，同时冷却水带走了可利用能，影响柴油机的经济性； 冷却过度也会影响机油的特性，不利于柴油机的正常运行，还会使冷却系统体积加大，整机 的单位体积功率减小，不利于整机的优化。
所以，寻求适当的冷却水量、压力以及合理的流 场分布成为柴油机研究开发中的重要环节。
柴油机水套冷却计算主要评价以下几个方面：各缸流场均匀性以及关键区域的流速要求，第四届中国 CAE 工程分析技术年会论文集对流换热系数的要求，缸垫孔流量分布，压力损失分析。
从整个水套流场来看，各缸流场要 分布均匀，不存在死区(流速低于 0.5m/s 的区域)，还要对关键区域进行冷却条件的评价：缸盖 底部鼻梁区、缸套上部以及气缸与气缸之间的区域。
整个气缸中热负荷最集中的部位就是鼻 梁区，因此要求此处的冷却水流速在 2m/s-3m/s 左右；缸体上部靠近燃烧室，热负荷也较大， 因此此处的冷却水流速不能低于 0.5m/s。
图 7 为缸套内速度分布；图 8 为缸套内换热系数分布。
为了保证流场的均匀性以及关心位置的冷却效果，可以调整缸垫水孔大小和布置等来保 证水套流场均匀并达到冷却要求。
具体分析的时候，要给出缸体各入口和缸垫水孔等位置的 流量或者占整个流量的百分比，如图 9 所示。
图 7 某柴油机缸套内速度分布图 8 某柴油机缸套壁面换热系数分布2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00流量1缸 1.772缸 3缸 4缸 5缸 1.22 0.91 0.69 0.60各缸缸盖垫片处流量分配6缸 0.553.002.502.001.501.000.500.001缸流速 2.842缸 3缸 4缸 5缸 1.94 1.46 1.11 0.96各缸缸盖垫片处平均流速分布6缸 0.88（a）各缸缸盖垫片处流量分配（b）各缸缸盖垫片处平均流速分布图 9 各缸垫孔冷却水流量分配和平均流速分布流 量 [kg/s] 流 速 [m/s]第四届中国 CAE 工程分析技术年会论文集2.3 柴油机燃烧系统开发柴油机燃烧系统开发主要包括气道、燃烧室、喷油器匹配。
进气系统主要考虑气道的流 动性能和增压器的选型；喷射系统主要包括喷油器的选型，确定喷油速率，喷孔直径，喷孔 数目，油束角度，喷油压力，油嘴升出高度。
具体分析内容有：缸内气体流动，喷雾的贯穿 过程，燃油空气的混合等。
评价参数包括：缸压曲线，爆发压力，放热率曲线，燃烧时刻， 燃烧持续期，燃烧完善程度，压力升高率，燃烧噪声等。
图 10 和图 11 分别为利用 es-ice 生成的某柴油机活塞在上止点和下止点时的运动网格，柴 油机的运动网格包括活塞的上下运动和气门的定时开关。
压力 /Pa图 10 某柴油机上止点网格图 11 某柴油机下止点网格柴油机的燃烧系统匹配考虑的因素比较多，因此在燃烧系统开发的过程中，会有多个参 数的比较，图 12 和图 13 分别为其中两种不同喷孔数目的喷油器和不同喷油规律的比较结果。
2.0E+07 7孔 8孔1.5E+072000 7孔15008孔温度 /K1.0E+0710005.0E+065000.0E+00550600650700750800850曲轴转角 /ºCA0550600650700750800850曲轴转角 /ºCA2.0E+07 1.5E+07图 12 不同喷孔数目喷油器缸内燃烧压力与温度比较WP10喷油规律 换算的喷油规律2000 1500WP10喷油规律 换算的喷油规律温度 /K压力 /Pa1.0E+0710005.0E+060.0E+00550600650700750800850曲轴转角 /ºCA5000 550 600 650 700 750 800 850 曲轴转角 /ºCA图 13 不同喷油规律下缸内燃烧压力与温度比较第四届中国 CAE 工程分析技术年会论文集2.4 排气系统优化及后处理装置设计尿素选择性催化还原系统（SCR）是未来降低重型柴油机的 NOx 排放的一种有效方式， SCR 系统在高催化效率下的正常运行是满足排放法规的关键因素,在 SCR 系统设计中,需要优 化布置 SCR 载体入口前排气混和管的结构及尿素喷射装置的喷射位置和喷射角度等。
利用计 算流体力学 CFD 软件来模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况，对不同排气温度和排气流量下 液滴的运动，水溶液蒸发后水蒸气的浓度分布进行了计算，优化排气管道形状以及优化喷射 位置和喷射角度，从而避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。
同时对 SCR 载体内的流动 性能进行计算,保证排气在载体入口的速度、发应物浓度分布均匀，实现高的催化效率，以及 验证载体压力损失能满足要求，图 14 为尿素喷射装置在某一位置的不同喷射方向。
图 14 在某一位置不同的喷射方向A25A100C100 B50图 15 水平方向喷射粒子运动轨迹 优化以后的喷射方向的粒子轨迹见图 15，计算表明在低负荷时，粒子轨迹受排气流的影 响较小，粒子沿着喷射方向运动，与壁面碰撞的粒子数目少，但是在大负荷下，粒子受排气 流的影响较大，粒子被吹向管道的一侧，容易在壁面形成液膜，由于在喷射的粒子中，粒子 大小不一，体积较小的粒子最容易被吹偏。
出现结晶主要出现在小负荷的情况下，此时排气流量速度低，对粒子的运动轨迹影响小， 如果安装角度偏差，粒子就会与管道壁面碰撞，出现结晶现象。