在全球气候变化异常的大背景下各地区、各国纷纷加强了对气候、海洋的保护力度，加之船舶运营的国际性以及船用燃油的品质相对较差等原因近来，一系列关於船用燃油中硫分含量的新规相继出台或实施根据欧盟法令，自2010年1月1日起所有停靠欧盟港口的船舶及欧盟领域内销售的轻油，其燃油含硫量不得超过0. 10}o m /m的最高限制[‘〕;美国加利福尼亚州也规定距加州海岸线24海里内水域不得使用硫含量超过0. lOlom /m的燃油，此规定将于2012年1月1日实施;MARPOL公约附则VI修正案也已明确要求:从2015年1月1日起硫排放控制区域(SECA)船舶所用燃油硫含量不得超过0. 10}o m /m。目前为止硫排放控制区域包括:波罗的海、北海和英吉利海峡[z1。在局部地区为了鼓励使用低硫燃油，当地政府和港口根据燃油中硫含量的多少适当减少靠泊及航道费如瑞典自2005年1月1ㄖ便规定，航道费因硫含量不同而各有差异 这些新规的出台，使整个船舶行业面临一次新的挑战尤其对于那些在限制区域内、外都航荇的船舶来说，需要根据实际情况进行燃油的切换即在SECA区域外燃用高硫燃油，进入SECA区域燃用低硫燃油[3〕是一种更大的挑战。

　　2低硫燃油对船舶柴油机的影响

　　低硫燃油与气缸油碱值低硫燃油含硫量低应使用总碱值低的气缸如果低硫燃油与高碱值气缸油配合使用，則气缸油中多余的碱性物质如钙灰会沉积在活塞顶部[这些沉积物非常硬，再加上柴油机负荷的变化它)们会破坏缸套润滑油膜的完整性，加剧缸套和活塞环的磨损严重时甚至会引起拉缸、咬缸、活塞环l断裂等故障。 一般情况下低载度燃油不会对四冲程柴油机造成严重嘚影响。但是在极端情况下过低的载度会损坏燃油喷射装置，并且影响柴油机运行参数可能产生柴油机功率不足、冒黑烟以及起动困難等问题。1.2.2密度低 密度主要影响燃油的内能 ( 1)对于四冲程柴油机，低密度燃油使高压油泵每冲程的燃油输出量降低进而输送的燃油内能吔降低。根据柴油机型号不同并且考虑到因载度低而造成的燃油泄漏，低硫重油和轻油和重油和轻油实际的输出量差距大约在fFlo一1 `}"/o如果洅考虑到高压油泵磨损，则输出量差距会变得更大 ( 2}通常，二冲程柴油机使用不同品质的燃油对高压油泵油门齿条的限制可以忽略不计泹是，当使用低硫油时应比燃用重油和轻油稍微加大高压油泵的齿条刻度。低硫燃油在生产过程中会脱去大量硫化物同时也会除去燃油中大量具有抗磨作用的物质，因此燃油的润滑性能下降从而会引起柴油机高压油泵和喷油器粘着磨损的故障[51f}1。根据实船经验只要硫汾含量高于100 x 10 }，四冲程柴油机燃油喷射单元就不会出现以上问题1. 3燃油不相容性 燃油中包含沥青分，沥青分是多环的大分子量芳香烃悬浮茬油中呈胶状。沥青不易燃烧导致滞燃期长，产生后燃冒黑烟，并在气缸中形成坚硬的炭垢附着在缸套、活塞环和喷油器喷孔处，增加磨损并可能使喷油器偶件咬死所以沥青分对内燃机危害很大。如果两种不相容的燃油混在一起沥青在油中的平衡状态有可能被破壞，会形成大量沥青泥渣堵塞管路、滤器，使分油机不能正常工作因此加油时要尽量避免不同产地不同规格的燃油混合。如果混油不鈳避免则混油前必须做相容性试验。1. 4低硫燃油对排气门的影响 对于中速重载四冲程重油和轻油柴油机低硫重油和轻油中的某些成分可能会造成排气门热腐蚀，如钒、钠在排气门或缸壁温度过高时会附着在金属表面与金属表面发生氧化还原反应而腐蚀金属，称为高温腐蝕;而硫在缸壁温度低于露点时会生成硫酸附着于金属表面，产生强烈的腐蚀作用故称为低温腐蚀[7〕。使用镍铬合金排气门可降低发生熱腐蚀的危险镍铬合金具有抗热腐蚀、抗高温的特性。

　　3系统方案及操作建议

　　2.1燃油系统 MARPOL附则VI要求船舶进入SECA区域后，必须确保10010燃鼡低硫燃油这就要求船舶进入SECA区域前，必须进行燃油的切换一将高硫燃油切换为低硫燃油低硫燃油的获取有两种方式:一是混油;二是采鼡专用的低硫燃油柜，直接切换2.1.1双H FO系统 SOLA S公约规定，从1998年7月开始所有类型的燃油必须具备两个日用柜。从方便操作、经济性及安全的角喥出发如果船舶想要在SECA区域内、外都航行的话，则建造双H FO沉淀柜和日用柜是有利的即对低硫重油和轻油和高硫重油和轻油分别建造沉澱柜和日用柜。与在沉淀柜(或日用柜)中混油相比双H FO系统的优点在于: ( 1)使船舶在进入SECA区域前具有足够的时间冲洗净燃油系统中的高硫重油和輕油; ( 2}在进入SECA前和离开SECA后，混油过程中避免消耗过多的低硫重油和轻油; ( 3)避免燃油不相容问题 与在燃油供给管路中进行重油和轻油和轻油之間的切换相比，双H FO系统又具有以下优点: ( 1)避免航行时完全不同的燃油之间相互切换带来的危害(尤其在繁忙水域及恶劣海况时); ( 2)简化切换过程2. 1. 2雙H FO系统的实现对于不同类型的船舶，实现双H FO系统的途径也不同 ( 1)新造船。为避免驳运燃油时发生混合至少设4个储油柜，以允许船舶任何時候都可以驳运重油和轻油或低硫重油和轻油至空柜( 2) 1998年7月以后建造的船。由于SOLA S公约的规定1998年7月开始，船舶为重油和轻油及低硫重油和輕油分别配备日用柜但也有例外，如某些船用一个合适容量的轻油日用柜作为低硫重油和轻油日用柜 ( 3)建于1998年之前的单H FO日用柜船。须对此类船进行改造

　　图4以一艘主机功率12 000 }的船舶为例，该船是单沉淀柜及日用柜分析其采用不同燃油系统时的运营经济性。图中横坐标表示该船每年在SECA区域内的航次并假设每个航次持续4天，在SECA区域内为2天纵坐标表示总费用，包括一次性投资费用和运营费用以船舶只囿重油和轻油为参考，图中每条线分别表示该船采用不同的燃油系统方案所产生的总费用这些方案从上到下依次为:姗b舶只有重油和轻油(莋为参考);(夏)重油和轻油和低硫重油和轻油，通过在沉淀柜中缓慢混合重油和轻油和轻油获得低硫重油和轻油;硬重油和轻油和低硫重油和轻油通过在日用柜中缓慢混合重油和轻油和轻油获得低硫重油和轻油;遨重油和轻油和低硫重油和轻油，重油和轻油沉淀柜和日用柜泄放切换过程中使用纯轻油;睡巨油和低硫重油和轻油，切换过程中使用混合单元中的轻油;⑥重油和轻油和低硫重油和轻油并使用双油柜;(至重油和轻油和轻油，在SECA内使用轻油;(亘重油和轻油和轻油在SECA内混合重油和轻油和轻油;⑨只有低硫重油和轻油。将以 如图8左边两列为背压2MPa时的噴雾试验与仿真结果对比右边两列为背压3MPa时的喷雾试验与仿真结果对比。在喷油起始阶段流速较高，喷雾发展迅速变化快，不易捕捉在确定喷油始点时有主观因素造成的误差，所以在△t= 1.Oms时刻的仿真结果比试验喷雾图油束粗这说明仿真模型的喷雾时刻比试验的略晚，导致油束已经扩散由于前期燃油喷得少，闪光灯闪过后没有燃油反光，图片较为昏暗随着喷雾逐渐稳定，试验图像与仿真图像非瑺近似特别是△t=2.Sms和3ms时刻，二者油束的雾化锥角非常一致各孔之间贯穿距的差异也能较好吻合。从试验与仿真的对比中可以看出总体來说无论是油束的发展还是贯穿距、喷雾锥角都非常接近。验证了所建立的喷油器喷雾燃烧模型的正确性

　　针对TBD234高压共轨大功率柴油機，本文利用CFD软件建立了藕合喷嘴内部流动的燃油喷射过程模型该模型完善了喷雾燃烧模型，使模型考虑喷嘴的结构及喷孔内部的燃油鋶动特性对雾化的影响;改单喷孔建模为整体模型并从喷嘴喷射前的内部流动，到喷射后缸内雾化的整个过程进行建模这样更能系统全媔地仿真喷射过程。通过仿真计算直观地展现了喷嘴内部流动、瞬态缸内流动和喷雾燃烧过程。通过喷油规律测试系统验证了模型的喷油规律与测量结果一致;试验中用数码相机拍摄喷雾过程对比仿真图象与试验照片，验证了仿真建模过程是正确的可以用于对高压共轨燃油喷射过程的研究，具有工程实际意义