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高压直喷氨-柴双燃料船用低速发动机燃烧过程数值仿真研究

摘要

随着人们对于环境保护以及全球变暖的重视，能源低碳化将成为全球能源与动力

行业的发展趋势，船用低速机以其经济性和高可靠性作为大部分远洋船舶的动力装置，

承载了绝大部分的全球贸易物流运输工作，但传统的船用低速机以主要以柴油燃烧的

放热作为动力来源，柴油燃烧将释放大量二氧化碳，为了解决船用低速机工作时的二

氧化碳排放问题，应用氨燃料作为船用低速机的燃料目前成为了人们关注的焦点。

本文研究高压直喷柴油燃料引燃高压直喷氨燃料的燃烧模式在船用低速机中的应

用，于气缸中心喷射柴油引燃气缸周围均布的氨燃料喷油器喷射的氨燃料，该方式控

制燃烧的自由度高，柴油引燃氨燃料的效果好。但需要将低速机的单气阀调整为四气

阀并在四气阀中心添加柴油喷油器。对于引燃氨燃料的低速机大喷孔柴油喷雾火焰，

其喷雾火焰的发展过程尚待研究，本文首先研究了大喷孔喷雾火焰发展过程，之后建

立并标定了应用高压直喷氨-柴混合燃烧的快速压缩膨胀机模型，分析了氨柴同向喷射

应用于船用低速机的劣势较大。确定了采用柴油喷油器居于气缸中心的氨柴对向喷射

引燃方式，之后在国产低速机中研究了对向喷射方式中，不同喷氨时刻以及喷氨方向

对缸内燃烧过程的影响。最终结果表明，对于氨燃料的燃烧特性而言，氨燃料火焰在

碰壁后容易熄灭，氨燃料燃烧火焰的温度敏感性比柴油火焰的温度敏感性更高。对于

氨燃料在船用低速机的应用而言，氨燃料提前喷射提高了预混氨燃料的量，有助于提

高低速机做功时的指示效率，三束氨燃料喷雾同时干涉于气缸中心有利于提高氨燃料

的燃烧效率，应用于船用低速机的高压直喷氨-柴双燃料柴油机的氨燃料对柴油的替代

率可以达到98%。

关键词：船用低速机；氨燃料；双燃料；降碳减排

高压直喷氨-柴双燃料船用低速发动机燃烧过程数值仿真研究

Abstract

Withtheconcernofenvironmentprotectionandtheglobalwarming,thelowcarbon

energywillbecomedevelopingtrendoftheenergyandpowerindustry.Themarinelow-speed

engineaspowersourceofthemostsea-goesshippingforitseconomyandhighreliability,

whichbearsthemostoverseastradetransportworking.Butthetraditionalmarinelow-speed

engineusesdieselburningforitspowersourceandthecombustionofdieselwillbringslarge

amountofCO.TosolvetheCOemissionproblemduringtheengineworking,theapplication

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ofammoniaasthefuelofmarinelow-speedenginebecomesthecenterofpeople’sattention.

Thispaperinvestigatestheapplicationofthecombustionmodeofhighpressuredirect-

injecteddieselignitethehighpressuredirect-injectedammonia.Thecenterdieselsprayignites

theammoniasprayinjectedbysurroundinguniformlocatedammoniainjectors.This

arrangementhasahighflexibilitytocontrolthecom