由于燃油经济性、运行可靠性和维护周期等绝对优势，以及大功率、低转速的输出，低速二冲程船用柴油机一直是大载重吨位船舶理想的推进动力。在过去的30多年里，国内依靠引进专利许可证制造的低速二冲程船用柴油机满足了国内造船业的持续发展，而其技术开发、应用和推广却集中在欧洲的瓦锡兰、曼恩，以及日本的三菱。
国内在低速二冲程船用柴油机领域积累了大量制造技术和工艺等方面的经验，但由于关键技术的突破必须依靠应用理论和基础性能试验研究。低速船机设计和选型阶段需要明确应用和功率匹配问题，调试和测试阶段往往遇到性能试验和分析问题，原型设计完成后则会在仿真计算的基础上进行性能优化和分析预测。鉴于此，本文以低速二冲程电控船用柴油机为研究对象，在系统分析和研究设计配套阶段产品的功率匹配和应用、调试和测试阶段性能试验，以及仿真模型计算和性能优化等问题的基础上，进行基于功率匹配的低速二冲程船用柴油机性能试验和仿真优化研究。主要内容如下。
低速二冲程船用柴油机功率匹配设计和应用研究。产品在设计阶段必须明确适配范围，低速二冲程船用柴油机的功率匹配区域决定了其适用的功率范围。本文在剖析典型低速二冲程船用柴油机功率匹配区域的性能特征、关键控制参数基础上，提出基于等平均有效压力曲线、螺旋桨效率、燃油消耗率，以及NOx排放的功率匹配区域的设计原则和基本方法。通过对功率匹配区域的应用分析，引出关键控制参数的设定和调整对功率匹配点和匹配区域的重要影响，得到功率匹配区域的设计和应用必须依托于关键控制参数对低速二冲程船用柴油机性能影响规律的研究。
小缸径低速二冲程电控船用柴油机性能试验研究。由于性能试验研究为功率匹配设计提供了依据，本文以功率匹配区域的设计和应用为核心和基础，以小缸径低速二冲程电控船用柴油机为研究对象，基于螺旋桨推进特性曲线，进行多目标、多参数、多工况点的性能试验研究，得到确定功率匹配区域设计和应用的关键控制参数对整机性能的影响规律。最后基于多参数、多目标的性能试验结论得到兼顾燃油经济性和NOx排放性的25%、50%、75%和100%负荷下各关键控制参数的优化组合，并进行了螺旋桨特性试验。
基于AVL FIRE的低速二冲程船用柴油机性能仿真和优化研究。围绕功率匹配区域的设计和应用，以小缸径低速二冲程电控船用柴油机为研究对象，基于AVL FIRE仿真计算平台建立计算模型。基于该模型进行75%负荷小缸径低速二冲程船用柴油机缸内气体流动、油雾混合、燃烧和污染物生成等过程的仿真计算研究，以及75%负荷和50%负荷下不同预喷油角度、预喷油量和排气门关闭角度对缸内燃烧压力、放热率以及NO生成的影响规律的仿真计算研究，为合理组织和设计影响扫气过程、燃烧过程的关键控制参数提供依据。计算和优化结果表明通过调整关键控制参数和优化缸内燃烧过程可以更好的进行功率匹配区域的设计和应用。
综上所述，基于功率匹配的小缸径低速二冲程电控船用柴油机性能试验和仿真优化研究，提出了基于等平均有效压力曲线、螺旋桨效率、燃油消耗率和NOx排放进行功率匹配区域设计的基本原则和一般方法，进行了小缸径低速二冲程船用柴油机多目标、多参数、多工况的性能试验研究和扫气-燃烧仿真计算研究。性能试验和仿真计算研究结果为功率匹配区域和匹配区域内工况点的设计和应用提供了依据和技术路线，同时也为低速船机调试、交付过程中的性能优化试验提供技术指导。
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