一，背景介绍

中国在正处于工业化、城镇化快速发展时期，工业化和城镇化的过程需要资源、能源的巨大投入；而且随着经济的发展，人民群众交通消费水平也迅速提高，进一步促进能源需求和二氧化碳排放的较快增长，同时促使资源、能源开发力度持续加大。在能源的日益紧缺和空气污染日益严重的大背景下，国际海事组织（IMO)于2008年修订了 MARPOL公约附VI《防止船舶造成大气污染规则》和《船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则》，本文以船舶柴油机排放为针对点，为了对船舶污染进行限制，如何使柴油机降低排放，提高其经济性成为大家研究的问题。柴油机的主要排放污染物是NOx和颗粒物，十八世纪末出现燃油掺水燃烧这一设想。蒸汽喷雾式燃烧器尝试使用掺水燃油出现于十九世纪中期；1906年HerbertJ.B等人在有机燃料中添加水和碳，经过充分混合后，做成的物质称为乳化燃料；1913年，HopKhxson教授首先尝试内燃机掺水燃油试验；T.M格里格兰在锅炉上首次应用乳化重油，该油是用水与重油充分混合所制成，在二战中，也曾有国家使用该技术应用到飞机上，并且达到提高飞行速度的目的。这些都是早期的研究尝试，但由于当时的掺水水平有限，从而使结果不一定如人意，所以使得重油事业一直不温不火。但到了后期，出现一系列的环保问题，同时加上石油危机的因素，掺水燃油技术再一次被提到日程。而多方面的研究表明, 柴油掺水能够在不同程度上降低柴油机的这两种排放污染物。

二，微爆理论

微爆理论是1962年原苏联学者B.H.依万若夫提出的。当雾化的燃油喷射入气缸时，油滴高速撞击水滴，使二者变得更细。水流的涡动增加了油和水碰撞及接触的机会，从而形成了油吸附于并包围着水滴的微粒即油包水的油水乳化液，并较均匀地分布于燃烧室。当油滴中水过 热到超过油的表面张力时，水蒸气将突破油包水的膜壳。微爆效应使大 直径的油滴变成小直径的油滴，提高了油滴的燃烧速率,从而提高了能量的转换速率,使原有燃油燃烧得更加充分，从而达到节油降排放的目的。

三，国内外研究现状

在国外，2001 年 CIMAC 会议发表了一篇文章《PERFORMANCE ANALYSIS OF A STEAM INJECTED DIESEL (STID) ENGINE》，该文章的试验原理是通过柴油机的废气能量加 热水使其变成过热水蒸气，水蒸气的喷射压力要求大于柴油机最高爆发压力以保证水蒸 气可以顺利地喷入进气缸内。水蒸气沿气缸的圆周喷进燃烧室，同时在燃烧室内产生涡 流层，通过缸内燃烧过程时的剧烈变化，燃烧气体与水蒸气良好混合，降低NOx排放。
2003年通用研究中心在一个6缸柴油机上进行试验，其喷水位置设置在压气机后进气管上，分析了不同喷水量对柴油机燃烧排放的影响，其试验结果为：随着水的掺入， 进气温度降低，NOx排放量降低，油耗率先降低后增加。
2010 年 CIMAC 会议上 Christos Chryssakis 发表文章《Computational Study of In-cylinder NOx Reduction in a Large Marine Diesel Engine Using Water Injection Strategies》，该文章表示通过KIVA-3V方法对二冲程柴油机缸内燃烧排放过程进行数 值模拟，比较进气道加湿、缸内直接喷水两种技术对NOx排放的影响。其仿真结果表 明：当水与油的质量比在50%时，缸内直接喷水可以降低NOx排放将近85%，进气道加湿可以降低NOx排放60%。
在工业发达国家，柴油掺水乳化已经得到广泛的应用，并且已经成为节能、环保技术领域的一个重要方面。含水柴油是一种很有发展潜力、可以部分替代石油的内燃机燃料。此外，在微乳化柴油中加入一定量的抑爆剂，制成的阻燃抑爆柴油通过外场等效静爆试验，发现具有良好的阻燃抑爆效果，阻燃抑爆柴油可以有效防止消防车在火场灭火过程中燃油箱被引燃，还可以避免在军事活动中坦克等车辆油箱被炮弹击中后发生二次爆炸。

我国在掺水燃烧技术的研宄上也有着一定的成果，2004年大连理工大学在1135柴油机上对掺水乳化油和进气道加湿技术进行实验研宄，并且实现不同负荷下不同掺水比 以保证柴油机能够在低负荷时稳定工作，高负荷时NOx排放量降低。

2007年武汉理工 大学利用电控喷水方法实现进气加湿技术，通过柴油机转速和负荷信号反馈制作MAP 图，以确定最佳喷水量，并在此基础上设计了一套完整的进气道加湿控制系统。
关于燃用乳化油方面的研究，宁波大学海运学院设计的重油智能在线乳化装 置，采用单片机作为智能控制器，运用PID在未添加乳化剂的情况下，实现重油与水的在线混合乳化。

2. 研究的基本内容与方案

四，选题内容及任务要求