本文關鍵詞：雙增壓柴油機排氣系統(tǒng)設計與試驗研究

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【摘要】：Z8170船用柴油機是國內內河航運主機的主力機型,由于內河航運受載貨量、水流、水位和水速的影響,柴油機的負荷變化比較大,尤其是長期低速大扭矩的情況下,需要增壓器的響應速度快。原機采用MIXPC (Mixed Pulse Converter)增壓系統(tǒng),低速時由于排氣能量不足,使廢氣渦輪反應慢,增壓器效率低,導致進氣量不足,燃油消耗率升高,易出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象,而且容易造成滑動農面磨粒磨損。為了減少增壓器的轉動慣量,解決運行遲緩,低速效率低、響應性差等問題,根據(jù)脈沖轉換、多脈沖、MPC (Modular Pulse Converter)、MIXPC、MMPC(Modular Multi-Purpose Pulse Converter)等增壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點,結合內河航運多用于低速大扭矩的實際情況,決定采用兩個增壓器并聯(lián)的脈沖轉換增壓系統(tǒng)設計方案。該設計方案充分考慮脈沖轉換的特點,既改善柴油機低速響應速度,降低燃油消耗率又能滿足額定負荷的使用要求,同時還能控制生產制造成本。本文采用FLUENT+BOOST仿真計算與臺架試驗相結合的設計手段,完成了Z8170雙增壓器柴油機排氣系統(tǒng)的設計工作,主要研究內容如下：(1)在充分考慮柴油機燃油經(jīng)濟性、零部件通用性、可維護性和制造成本等因素后,確定8170雙增壓器脈沖轉換器增壓系統(tǒng)的總體設計方案。(2)根據(jù)柴油機的總體布置形式,參照國內外船用發(fā)動機排氣歧管的結構形式,初步設計多種排氣歧管設計方案。利用FLUENT軟件分析廢氣在排氣歧管中的通流特性,優(yōu)選通流特性比較好的排氣歧管作為研究對象。(3)在實測數(shù)據(jù)的基礎上完成Z8170-8型柴油機的熱力循環(huán)分析模型。通過模擬計算,分析柴油機雙增壓排氣系統(tǒng)采用不同結構排氣歧管的性能變化。并根據(jù)計算結果,確定排氣歧管的最優(yōu)設計方案。(4)針對每4個氣缸采用一個增壓器的雙增壓器并聯(lián)設計方案,對柴油機進、排氣系統(tǒng)進行了重新設計。通過臺架性能試驗,研究柴油機與增壓器聯(lián)合運行特性、柴油機燃油經(jīng)濟性以及瞬態(tài)響應特性。臺架試驗表明：當Z8170雙增壓器柴油機按推進特性工作時,柴油機始終在壓氣機的高效率區(qū)間內運行：與原Z8170柴油機相比,Z8170雙增壓器柴油機具有燃油消耗率低、瞬態(tài)調速率好、調速時間短的優(yōu)點。
【關鍵詞】：柴油機 雙增壓器 排氣系統(tǒng) 仿真計算 臺架試驗
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U664.121
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 課題的來源與研究意義13-14
• 1.2 國內外的研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 定壓增壓系統(tǒng)15
• 1.2.2 脈沖增壓系統(tǒng)15
• 1.2.3 脈沖轉換器增壓系統(tǒng)15-16
• 1.2.4 多脈沖增壓系統(tǒng)16
• 1.2.5 MPC增壓系統(tǒng)16-17
• 1.2.6 MIXPC增壓系統(tǒng)17
• 1.2.7 MMPC增壓系統(tǒng)17-18
• 1.3 仿真技術在排氣系統(tǒng)研究中的應用18-19
• 1.4 課題的主要研究內容19-21
• 第2章 雙增壓PC系統(tǒng)方案設計和CFD仿真計算21-35
• 2.1 雙增壓PC系統(tǒng)方案設計21-22
• 2.1.1 雙增壓PC系統(tǒng)設計思路21
• 2.1.2 雙增壓PC系統(tǒng)設計要求21-22
• 2.2 排氣系統(tǒng)總體結構布置形式22-24
• 2.3 模型構建24-34
• 2.3.1 排氣管模型設計24-26
• 2.3.2 網(wǎng)格劃分與計算求解26-28
• 2.3.3 FLUENT計算結果分析28-34
• 2.4 本章小結34-35
• 第3章 柴油機一維熱力循環(huán)模型分析35-51
• 3.1 AVL BOOST軟件35
• 3.2 基礎數(shù)據(jù)測量35-41
• 3.2.1 氣道吹風試驗35-39
• 3.2.2 缸內氣體壓力測量39-41
• 3.3 原機一維熱力循環(huán)模型標定41-47
• 3.3.1 模型設計42
• 3.3.2 模型參數(shù)設置42-43
• 3.3.3 模型標定43-47
• 3.4 雙增壓PC系統(tǒng)一維仿真設計47-49
• 3.5 本章小結49-51
• 第4章 雙增壓PC系統(tǒng)柴油機匹配設計與試驗研究51-63
• 4.1 柴油機匹配設計51-55
• 4.1.1 機體部件匹配設計51-52
• 4.1.2 排氣管部件設計52-53
• 4.1.3 進氣管部件設計53
• 4.1.4 滑油管系部件匹配設計53-55
• 4.2 試驗條件與試驗方法55-57
• 4.2.1 試驗條件55-56
• 4.2.2 試驗方法56-57
• 4.3 試驗結果分析57-62
• 4.3.1 柴油機與增壓器匹配特性57-58
• 4.3.2 推進特性與負荷特性58-59
• 4.3.3 突加響應特性59-60
• 4.3.4 低速大扭矩性能60-62
• 4.4 本章小結62-63
• 全文總結與展望63-65
• 參考文獻65-69
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文和取得的專利69-71
• 致謝71-72
• 附件72

【參考文獻】

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本文編號：903092