一、项目来源 本项目得到了黑龙江省自然科学基金重点项目的支持。 二、项目研究目标与意义 　 发动机是船舶的心脏，船舶动力技术是一直制约中国经济、社会发展和威胁国防安全的"卡脖子"问题，是我国重点发展的方向。柴油机由于具有高功率密度、高经济性、高可靠性和适应性强等优点，在水路运输动力系统中长期占据着主导地位。但是，传统船舶柴油机的燃烧方式决定了无法同时实现氮氧化物(NOx)和微粒(PM)排放的控制，导致严重的环境污染问题。为此，国际海事组织制定了越来越严格的排放法规要求，Tier　III排放法规已于2016年1月1日开始强制实施，要求氮氧化物(NOx)排放量要比Tier　I限制值降低80%，我国制定了比国际海事组织更严格的排放法规，这给传统柴油机的发展带来极大的挑战。而天然气是一种资源丰富高效清洁的石油替代能源，是理想的发动机燃料，发展双燃料发动机技术是全世界公认的一种实现船舶节能减排的有效技术途径，是当前研究的热点。燃烧问题是双燃料发动机技术研究的核心和难点。与纯柴油机相比，双燃料发动机的燃烧过程组织更为复杂。传统柴油机燃烧是扩散为主燃烧模式，而天然气燃料的添加，改变了原柴油机预混和扩散燃烧阶所段释放的能量的比例关系和化学反应速率。虽然，微喷引燃双燃料发动机可以大幅降低NOx、PM和二氧化碳(CO2)排放，但是发动机的实际运行范围受到高负荷爆震和低负荷部分燃烧(失火)的限制，爆震燃烧容易导致发动机结构破坏，而极高的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放限制了发动机性能的提高。未来船舶发动机技术的主要发展趋势是最大限度地提高发动机的热效率，减少对后处理系统的依赖。因此，开发先进的燃烧模式和优化燃烧过程是实现柴油机/天然气双燃料发动机高效率和低排放的关键。 三、项目的创新之处 本项目开展双燃料发动机多模式燃烧机理和油气协同控制研究，创新点如下： 1、提出双燃料发动机多模式燃烧概念，基于实验设计和相关性分析方法，揭示了边界参数和燃烧化学对多模式燃烧放热规律的耦合影响机理； 2、提出混合气浓度和反应活性耦合分层燃烧组织方法，实现双燃料发动机燃烧始点和放热速率的控制，确定了不同燃烧模式的适用条件和燃烧边界； 3、建立燃烧系统非线性动力学模型，实现了燃烧波动动力学特性的辨识和预测，采用油气协同喷射控制策略，并在全工况范围内实现了高效清洁燃烧。 四、项目的社会经济效益 本项目研究成果对于优化我国船舶能源消费结构、实现节能减排、"双碳"目标以及船舶动力自主化均具有重要意义，产生良好的社会效益和经济效益。

哈尔滨工程大学

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