氨-甲醇双燃料在船用发动机反应活性控制压缩点火模式中的低碳化应用研究

本文聚焦船用发动机低碳化转型，创新性对比研究了氨-柴油（A/D）与甲醇-柴油（M/D）在反应活性控制压缩点火（RCCI）模式下的燃烧特性。通过实验与3D-CFD模拟验证，发现M/D RCCI在83%甲醇替代比例时热效率较传统柴油提升13%，较A/D RCCI提升20%，为航运业实现IMO减排目标提供了重要技术路径。

　　

Highlight

采用氨和甲醇等低碳燃料是实现航运业脱碳的关键。由于氨和甲醇较高的自燃温度，其在传统柴油发动机中的应用面临挑战。先前研究表明，通过反应活性控制压缩点火（RCCI）模式可有效利用这些低碳燃料。本研究首次系统比较了甲醇-柴油（M/D）与氨-柴油（A/D）在RCCI模式下的发动机特性。

Engine Simulation Validation

图1显示模拟压力曲线与表观放热率与实验平均值高度吻合。表2对比了M/D RCCI的实验与模拟参数，虽然总热效率（ITE）和CO₂排放存在微小差异（源于燃料质量的模拟调整），但验证了模型可靠性。NO_x排放差异主要源于简化反应机制对RCCI复杂燃烧化学的模拟局限。

Results and Discussion

通过保持总燃料能量恒定，将预混能量比（PER）从5%逐步提升至95%进行模拟。研究发现：

• M/D RCCI在83%柴油被甲醇替代时达到峰值热效率，较传统柴油提升13%

• A/D RCCI最佳工况（65%氨替代）热效率较M/D低20%

• 两种燃料均显著降低CO₂排放，但氨燃料会导致更高未燃氨排放

Conclusion

本研究证实M/D RCCI在热效率方面具有明显优势，而A/D RCCI需要进一步优化燃烧控制。研究为航运业选择低碳燃料提供了重要数据支持，建议根据具体排放要求选择83%甲醇或65%氨的替代比例，以实现IMO 2030年减排目标。