船用LNG-柴油双燃料燃烧反应动力学及其与发动机缸内流体动力学协同作用的基础研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51479149
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1102.船舶工程
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

China has been actively developing LNG(Liquefied Natural Gas)-fueled ship today, and the dual-fuel (DF) combustion mode, i.e., premixed LNG is first charged and then ignited by pilot diesel, is employed in the main engine of the ship. With this combustion mode, both the chemical reaction and in-cylinder flow have significant effects on the combustion process. Unfortunately, since the paucity of basic combustion data and chemical kinetic mechanism of the marine DF of LNG & diesel, the computational study of combustion characteristics by coupling fluid dynamics and chemical kinetics has been limited. As a result, it is difficult to carry out the combustion optimization and controlof DF engines. To address this deficiency, the present research aims to: (1) obtain sufficient combustion data of the DF using shock tube and constant-volume combustion vessel experiments to analyze the ignition and flame propagation characteristics of the DF; (2) estimate the kinetics influence of the components of LNG and diesel on the DF combustion process to develop the multi-component fuel surrogates model and combustion reaction kinetic mechanism for the DF; (3) develop a comprehensive computational-model for the comubstion process in DF engines by coupling chemical kinetic mechanism and multi-dimensional CFD (computational fluid dynamics) model. Based on these, the effects of chemical reaction and in-cylinder flow on the combustion process of DF engines can be revealed by numerical calculation and engine test, and a high-efficiency clean combustion mode based on the interaction between chemical reaction and in-cylinder flow will be proposed. The present research is capable of providing a new approach and theoretical basis to combustion optimization and control for the marine LNG & diesel dual-fuel engines.
我国正积极开发LNG燃料动力船舶,其发动机主要采用LNG缸外预混进气-柴油缸内直喷双燃料燃烧模式,化学反应和缸内流动对该模式下的燃烧过程都有显著影响,而船用LNG-柴油双燃料基础燃烧数据和燃烧化学反应动力学(简称化学动力学)机理不完善,无法实现化学动力学与流体动力学的耦合计算,制约了双燃料发动机缸内燃烧规律研究,以致难以实现燃烧优化控制。本项目通过激波管和定容燃烧弹实验获取丰富的基础燃烧数据,分析双燃料着火与传播特性;重点研究LNG和柴油组分对混合燃料化学动力学的影响规律,构建双燃料的多组分替代物模型燃料及其化学动力学机理;建立化学动力学与发动机多维CFD耦合的燃烧综合计算模型,通过数值计算和发动机台架试验,揭示化学反应和缸内流动对双燃料发动机燃烧的影响规律,探索化学反应和缸内流动协同作用的高效清洁燃烧机制。该研究可为船用LNG-柴油双燃料发动机的燃烧优化控制提供重要理论支撑。

结项摘要

对于船用LNG-柴油双燃料发动机,根据燃料进入气缸内的方式可分为两种,其中一种是LNG与空气在进气道预混、柴油在压缩上止点附近通过直喷进入气缸,这种形式的双燃料发动机只需在船用柴油机进气道上安装LNG喷射装置并适当调整涡轮增压设备,改动相对较小,受到广泛关注。船用LNG-柴油双燃料发动机台架试验表明,在低负荷区,不恰当掺烧LNG将会引起“后燃”甚至“失火”、发动机转速不稳定、能耗及HC排放迅速升高;在重载高负荷区,不恰当掺烧LNG则可引起发动机“敲缸”和NOx排放升高等。因此,对于船用LNG-柴油双燃料发动机,本项目首先以甲烷-正庚烷混合物作为LNG-柴油双燃料的替代物,利用激波管试验装置和球形传播火焰分别研究了双燃料的着火与火焰传播特性,获取了丰富的双燃料基础燃烧试验数据,分析了压力、温度、当量比以及燃料掺混比等初始条件对双燃料着火与火焰传播特性的影响规律,并从化学动力学的角度解析了该影响规律。在双燃料化学动力学机理方面,本项目根据双燃料的成分分布、C/H比、十六烷值和低热值等目标参数构建了一种七组分替代物,即甲烷-乙烷-丙烷-正十二烷-异辛烷-环己烷-甲苯混合物,其中前三种为LNG燃料替代物组分,后四种为柴油替代物组分。基于该替代物,本项目构建了双燃料化学动力学机理,并从着火延迟时间和组分浓度的角度验证了该机理的预测准确性。利用Converge软件,基于所构建的双燃料化学动力学机理,本项目建立了化学动力学与多维CFD耦合的双燃料发动机缸内燃烧计算模型,其中采用LES方法来处理缸内湍流过程。根据双燃料发动机台架试验结果,本项目对该计算模型进行了验证。在此基础上,研究了双燃料喷射参数、进气压力和温度以及当量比等边界条件对双燃料发动机性能和排放的影响规律,并结合发动机缸内温度等参数的分布分析了化学反应与缸内流动的相互作用规律。本项目的执行为实现船用LNG-柴油双燃料发动机缸内高效清洁燃烧提供了重要理论支撑。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(16)
专利数量(7)
正丁醇/正庚烷预混层流燃烧特性的试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    华中科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李格升;张海亮;张尊华;梁俊杰
  • 通讯作者:
    梁俊杰
Experimental and kinetic studies of premixed laminar flame of acetone-butanol-ethanol (ABE)/air
丙酮-丁醇-乙醇(ABE)/空气预混层流火焰的实验和动力学研究
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2017.09.063
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Fuel
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Zunhua Zhang;Shihao Zhu;Junjie Liang;Le Tian;Gesheng Li
  • 通讯作者:
    Gesheng Li
激波管的调试与甲烷着火延迟时间的测量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    华中科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张尊华;李敬瑞;万琦;李格升
  • 通讯作者:
    李格升
Effects of reformed exhaust gas recirculation on the HC and CO emissions of a spark-ignition engine fueled with LNG
改良废气再循环对 LNG 火花点火发动机 HC 和 CO 排放的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2018.09.077
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Long Yanxiang;Li Gesheng;Zhang Zunhua;Liang Junjie;Mao Litong;Li Yeyuan
  • 通讯作者:
    Li Yeyuan
天然气成分波动对其预混火焰传播特性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张尊华;曾璇;梁俊杰;王昭军;李格升
  • 通讯作者:
    李格升

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其他文献

甲烷-正庚烷双燃料二阶段着火的动力学特性
  • DOI:
    10.11918/201904081
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    哈尔滨工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李锋;张尊华;梁俊杰;万琦;李格升
  • 通讯作者:
    李格升
ABE燃料成分变化对其预混层流燃烧特性的影响
  • DOI:
    10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2020.03.013
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    大连海事大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张尊华;杜睿恒;熊晋影;梁俊杰;李格升
  • 通讯作者:
    李格升
基于组分浓度的LNG–柴油模型燃料反应机理简化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    华中科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李格升;田芬;梁俊杰;张尊华
  • 通讯作者:
    张尊华
甲烷-正十二烷-空气混合物预混层流燃烧特性的试验分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    船海工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张尊华;丁海麒;梁俊杰;李格升
  • 通讯作者:
    李格升
N2、CO2和H2O稀释对天然气层流燃烧速度的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    大连海事大学学报,2019,已录用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张尊华;曾璇;梁俊杰;王亮;李格升
  • 通讯作者:
    李格升

其他文献

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李格升的其他基金

LNG-柴油低温燃烧反应动力学及其对船用双燃料发动机爆震的影响机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
船用缸内高压直喷式柴油微引燃LNG发动机湍流燃烧基础研究
  • 批准号:
    51779199
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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