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1. 研究目的与意义（文献综述）
目前石油燃料仍是全球船舶的主要动力来源，然而石油资源是不可再生资源，越来越高的石油需求与有限的石油储量之间的矛盾不可调和。此外，石油燃料的燃烧所产生的碳氧化合物、氮氧化合物、碳烟颗粒等会带来诸多环境问题。液化天然气（lng, liquefied natural gas）因其储蓄量大，辛烷值高、排放低和价格便宜等优点，可作为船用发动机的替代清洁燃料。由于lng燃料含硫量低且碳氢比低，因此使用lng燃料的发动机可以减少硫氧化物、二氧化碳以及碳烟颗粒的排放。
由于天然气不易自燃，在低速船机上应用时主要采用柴油-天然气双燃料燃烧方式。根据天然气喷入时刻及压力不同，燃烧模式可以分为低压喷射预混合燃烧和高压喷射扩散燃烧两种。低压喷射模式下发动机的非正常燃烧问题比较严重，输出转矩和热效率均达不到柴油机水平，且甲烷排放较高。高压直喷模式下可以获得与柴油机相当的热效率和功率，但在高负荷下易造成发动机出现剧烈的压力震荡，导致发动机燃烧机排放恶化，甚至会损坏发动机结构。
为优化柴油-天然气双燃料发动机的燃烧，国内外学者做了许多研究。
2. 研究的基本内容与方案
本课题将针对船用lng发动机展开。基于计算流体力学（cfd）软件converge，根据某船用lng发动机为原型机建立数值计算模型，模拟不同的比例的重整废气组分与可燃混合气在缸内的燃烧过程，分析lng发动机的工作性能与排放特性。随后，通过化学动力学软件cantera建立化学动力学模型，基于converge软件的输出数据，进一步分析缸内重要组分消耗路径与污染物生成过程，阐明废气-燃料重整再循环技术进行发动机性能调控的内在机制，以此为废气-燃料重整气组分优化以及重整器与发动机匹配研究提供重要参考。
本研究拟采用的技术路线如下：第一步，运用converge软件建立lng发动机掺烧模拟重整气数值计算模型。将原型机的三维立体模型导入converge软件后，自动化生成离散化网格。模拟过程将从进气阀开启时刻开始，随后活塞压缩至上止点，缸内发生着火-燃烧过程，缸内组分随着排气阀的开启流出缸内，直至排气阀关闭时刻结束。此外，根据原型机运行参数设定，选择相应的天然气燃料化学动力学机理。基于converge软件的数值求解器，选择合适的湍流模型、喷雾模型、燃烧模型、动态阻力模型、排放模型等子模型。根据原型机的工作模式与参数，选取与验证数据相同的运行参数与结构参数，如点火时刻，当量比等。将converge软件计算所得的缸压曲线、放热率曲线、缸内温度分布、缸内组分分布以及排放结果与原型机的实验结果进行对比。当计算结果与验证结果不符时，根据对比结果微调子模型，进行再次验证。当计算结果与验证结果相对接近时，选取此计算模型进行后续的模拟分析。
第二步，建立lng发动机数值计算模型，改变重整气添加率及重整气组分进行计算，从converge软件三维计算结果读取各节点的组分数据和物性参数（温度、压强、组分浓度等），得到每个计算单元中组分的反应路径以及其他化学动力学分析的依据。
3. 研究计划与安排
第1~2周：完成约5000字外文翻译；
第3~4周：查阅文献完成文献综述和开题报告；
第5~6周：了解反应路径分析方法以及废气-燃料重整再循环技术国内外研究现状；
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 袁成威, 刘博, 江枭枭, 等. 缸内直喷天然气低速船机压力振荡抑制方法数值研究[j]. 内燃机工程, 2019, 40(6): 56-63.
[2] 叶映, 董晶瑾, 王浒, 等. 预燃室火焰射流对双燃料着火燃烧过程的模拟研究[j]. 内燃机工程, 2018 (2018 年 02): 22-28, 34.
[3] 李树生, 白书战, 邢小伟, 等. 预燃室参数对大缸径天然气发动机燃烧过程影响的研究[j]. 内燃机工程, 2012, 33(6): 72-76.
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