甲醇/柴油双燃料船用发动机燃烧机理研究

In order to achieve the combined combustion of methanol-diesel dual fuel engine, the flexible injection, as well as the controlled mixing and combustion technology are needed. Through the injection, organization of the mixed gas, and the combustion technologies research on design and key technologies, to solve the injection characteristics of methanol and diesel, mixing process and fuel vapor distribution, and the combustion characteristics, as well as the effects of multiple injection after burning on combustion mechanisms of methanol-diesel. By combining the optical diagnostic and computational fluid dynamics technologies, the effects of different injection parameters on the distribution of fuel mixture are investigated, as well as complex mechanism of flame structure, spread, and the flame stability during the compund combusting period of methanol-diesel dual fuel are clearly clarified. The influence of multiple injection during burning on flame characteristics are investigated.

为了实现甲醇-柴油双燃料船用发动机复合燃烧，本项目提出多次灵活喷射的甲醇-柴油喷射技术，结合可控混合及燃烧的混合气组织技术及燃烧控制技术。通过对喷射技术、混合气组织技术及燃烧设计技术等关键技术的研究，解决“关键喷射技术以及甲醇-柴油雾化特性”、“关键混合气组织技术及空间分布特性及流动特性”、“关键燃烧控制技术及柴油引燃缸内混合气的着火特征及燃烧特性”和“着火后多次喷射对甲醇-柴油复合燃烧特性的影响机制”等四个核心问题。采用光学诊断技术与计算流体动力学技术相结合，探究不同喷射方式和喷射控制参数下甲醇和柴油多次喷射后缸内混合气空间分布特性及流动特性表征参数的变化规律，揭示多次喷射对缸内混合气空间分布特性及流动特性的影响机制。同时阐明甲醇-柴油复合燃烧过程中火焰结构特性、火焰传播特性及火焰不稳定性的影响机制。其研究为我国甲醇-柴油双燃料船用发动机的设计和开发提供理论指导。

该基金项目先以可视化基础试验，完成了高压甲醇喷雾特性和柴油引燃甲醇燃烧特性研究；而后以基础试验数据为依托，标定三维数值模拟中的喷雾和燃烧模型，进而完成高精度的甲醇/柴油双燃料船用发动机缸内混合气形成和燃烧工作过程的模拟研究；最后在整机试验台架上，验证了甲醇/柴油双直喷模式发动机的高效清洁燃烧特性。该项目建立了较为完备高压甲醇喷雾和燃烧的基础试验数据库，从理论上揭示了甲醇/柴油在燃烧过程中的相互影响机制，探索出了甲醇预混合/扩散协同燃烧的高效清洁燃烧模式，在基础试验和整机试验方面填补了国内在甲醇高压直喷领域研究的多项空白。