Μελέτη και βελτιστοποίηση φαινομένων καύσης σε δίχρονο ναυτικό κινητήρα Diesel

Abstract

Στην παρούσα εργασία διερευνάται η δυνατότητα μείωσης των κύριων ρύπων σε μεγάλο δίχρονο ναυτικό κινητήρα Diesel, με βελτιστοποίηση του προφίλ έγχυσης του καυσίμου παρουσία προέγχυσης, με έμφαση στη λειτουργία σε μερικό φορτίο (25%). Η βελτιστοποίηση επιτυγχάνεται με σύζευξη του κώδικα υπολογιστικής ρευστοδυναμικής KIVA-3 με το λογισμικό βελτιστοποίησης EASY, το οποίο είναι βασισμένο σε εξελικτικούς αλγορίθμους. Τα αποτελέσματα της βελτιστοποίησης έδειξαν ότι είναι δυνατή η μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων κατά 15%, σε συμφωνία με τις απαιτήσεις των κανονισμών για το 2011, με μικρή αύξηση της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου, κατά περίπου 1%. Τέλος, παρουσιάζεται μια παραμετρική ανάλυση ευαισθησίας, στο πλαίσιο της οποίας μελετάται η επίδραση των μεταβλητών σχεδίασης (παράμετροι του προφιλ έγχυσης καυσίμου) στις αντικειμενικές συναρτήσεις.

In this thesis, the possibility of reducing the pollutant emissions of large two-stroke marine Diesel engines is assessed through optimization of the fuel injection profile with pilot injection at partial load (25%). The optimization process is successfully accomplished combining the CFD code KIVA-3 with the optimization software EASY which is based on evolutionary algorithms. The optimization results have shown that a reduction on NOx emissions of about 15% is possible with a small trade-off on the specific fuel oil consumption (1%). Finally, a sensitivity analysis is presented, through which the importance of every design variable of the optimization problem (injection profile parameters) is assessed.