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第40卷第6期内燃机与动力装置Vol.40No.6

2023年11月INTERNALCOMBUSTIONENGINEPOWERPLANTNov.2023

D0I:10.19471/j.cnki.1673-6397.2023.06.006

基于试验数据拟合的甲烷反应器流动仿真分析

田新娜，陈世林²,李泽宇,李姣秀

1.中船动力研究院有限公司，上海201208;2.上海中船三井造船柴油机有限公司，上海200120；

3.上海海事大学商船学院，上海201306

摘要：为研究甲烷反应器压降影响因素，基于某船舶发动机甲烷反应器试验测试数据，拟合多孔介质流体惯性

阻力系数和黏性阻力系数，利用STAR-CCM+建立反应器模型并进行仿真计算，研究反应器内部流场均匀性及

压降。结果表明：流体惯性阻力系数为340.82kg/m*,流体黏性阻力系数为1437.27kg/（ms）时，仿真模型取

得最优拟合结果；反应器压降主要由催化剂层的压降导致；催化剂入口废气流速均匀性达97%，废气分布均匀；

催化剂废气温度影响平均流速，使试验压降与仿真压降有一定偏差。

关键词：甲烷反应器；多孔介质；催化剂；压降

中图分类号：X736.3文献标志码：A

引用格式：田新娜，陈世林，李泽宇，等.基于试验数据拟合的甲烷反应器流动仿真分析[J].内燃机与动力装置，

2023,40(6):46-51.

TIANXinna,CHENShilin,LIZeyu,etal.Simulationofmethanereactorflowbasedonexperimentaldata

fitting[J].InternalCombustionEnginePowerplant,2023,40(6):46-51.

0引言

随着能源结构调整及排放标准日益严格，液化天然气（liquefiednaturalgas,LNG）双燃料发动机和气

体发动机在船舶动力领域得到广泛应用[1-2]。低压喷射的双燃料发动机在压缩过程中喷入压力较低的

天然气，由于燃烧过程中气阀叠开,压缩行程中甲烷进入活塞环缝隙，导致燃烧室存在死区容积，且燃烧

室近壁面、稀混合区以及低负荷时存在淬熄效应，使部分未燃甲烷进入排气管，导致发动机甲烷逃逸，造

成大气污染[3-4]

甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，针对双燃料发动机和气体发动机甲烷逃逸问题，各国出

台了一系列标准规范船舶发动机甲烷排放。文献[5]规定了我国额定净功率大于等于37kW且单缸排量

小于30L的船舶发动机排气污染物第二阶段甲烷排放限值为1~2g/（kW·h）。国际海事组织

（internationalmaritimeorganization,IMO）从全生命周期角度考核船舶温室气体排放，将船舶逃逸甲烷纳人

温室气体考核，以二氧化碳当量统计船舶温室气体排放，以全球变暖潜能值（globalwarmingpotential，

GWP)表征温室气体效应，二氧化碳的GWP为1,甲烷（主要来自甲烷燃料逃逸和燃料的不充分燃烧）的

GWP为28[6]。欧盟将航运业纳入碳排放交易体系，从2026年起将核算船舶尾气中二氧化碳、甲烷和氧

化亚氧的排放[7]。

目前,甲烷逃逸问题主要采用机内治理和机外治理。机内治理主要是通过分析甲烷逃逸产生的机

理，采用优化机内构件和缸内燃烧，如通过改变油气比例、喷气或喷油提前角，缩小燃烧死区容积等优化

发动机低负荷时的燃烧过程，减少甲烷排放。机外治理主要通过对低压喷射发动机排放尾气中的甲烷进

收稿日期：2023-08-22

基金项目：工信部科研项目（CB02N20）

第一作者简介：田新娜（1987一），女，黑龙江大箐山人，工学博士，高级工程师，主要研究方向为发动机排放后处理,E-mail：

txn@cspi.net.cn。

第6期田新娜，等：基于试验数据拟合的甲烷反应器流动仿真分析47

行化学成分转化，降低尾气中甲烷含量[8-10]。低压喷射的双燃料发