發(fā)布時間：2017-10-14 22:16

  本文關鍵詞：渦輪復合內燃機兩級渦輪流動機理及控制研究

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【摘要】：通過渦輪復合回收利用發(fā)動機余熱是內燃機節(jié)能減排的主要技術途徑和研究發(fā)展方向,也是當代發(fā)動機流體力學研究的主要學科前沿問題。渦輪復合技術是使發(fā)動機排氣在增壓渦輪后進一步膨脹,通過動力渦輪將部分排氣能量轉化為有效功,提高內燃機燃油經濟性、降低二氧化碳排放。增壓渦輪與動力渦輪兩級渦輪間耦合流動作用對動力渦輪和整機循環(huán)性能等具有重要影響,是渦輪復合技術研究所面臨的主要難點之一。論文針對當前渦輪復合研究中動力渦輪單獨設計,難以考慮兩級渦輪耦合流動作用這一難點,對內燃機渦輪復合的兩級渦輪流動機理、及其對性能的影響機制和流動控制方法等進行了探討。通過建立反映兩級渦輪耦合設計參數影響的渦輪系統(tǒng)通流模型,發(fā)展了內燃機渦輪復合循環(huán)耦合分析方法。研究了兩級渦輪通流面積比對內燃機渦輪復合全工況性能的影響,發(fā)現兩級渦輪通流面積比對排氣能量在增壓渦輪與動力渦輪中的分配具有重要影響,是決定內燃機渦輪復合全工況性能的關鍵因素。提出了通過增壓渦輪變幾何使兩級渦輪面積比隨發(fā)動機轉速下降而增大,以改進渦輪復合循環(huán)全工況性能的變幾何渦輪復合循環(huán)流動控制方法。通過兩級渦輪系統(tǒng)全三維定常仿真流動分析,研究了兩級渦輪系統(tǒng)的復雜流動規(guī)律及其對動力渦輪性能的影響。發(fā)現增壓渦輪出口存在旋流效應,將增大動力渦輪導葉進口攻角,導致二次流損失增加的耦合流動機理。提出了通過動力渦輪與增壓渦輪對轉,以減小旋流效應引起的動力渦輪導葉二次流損失的對轉渦輪復合流動控制方法,仿真結果表明動力渦輪等熵效率提高達3.8%。通過建立兩級渦輪三維非定常模型,研究發(fā)動機排氣脈沖對兩級渦輪流動及性能的的影響。揭示了增壓渦輪對發(fā)動機排氣脈沖的增強效應,增大動力渦輪轉子葉尖進口攻角變化幅度,導致動力渦輪等熵效率大幅度下降的耦合流動機理。提出了通過葉尖前緣鈍化設計,改進動力渦輪的脈沖適應性,提高動力渦輪性能的流動控制新方法,仿真結果表明發(fā)動機排氣脈沖周期內動力渦輪平均效率提高1.64%�；跂|風DCI11發(fā)動機,設計試制了渦輪復合系統(tǒng),研制了變幾何渦輪復合內燃機原理樣機。發(fā)動機萬有特性試驗測試結果表明,渦輪復合發(fā)動機外特性燃油消耗率最大降低7.8%,發(fā)動機低速轉矩最大提高達15.3%。
【關鍵詞】：內燃機 余熱利用 渦輪復合 耦合流動 對轉渦輪
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 主要符號對照表9-13
• 第1章 引言13-31
• 1.1 內燃機余熱利用技術研究背景及意義13-15
• 1.1.1 內燃機節(jié)能減排需求13-14
• 1.1.2 內燃機余熱利用技術14-15
• 1.2 內燃機渦輪復合技術研究現狀15-24
• 1.2.1 內燃機渦輪復合技術發(fā)展歷史16-18
• 1.2.2 內燃機渦輪復合研究現狀與進展18-24
• 1.3 兩級渦輪耦合流動研究24-29
• 1.3.1 兩級渦輪間的耦合作用24-28
• 1.3.2 渦輪內部流動控制方法研究28-29
• 1.4 本論文的研究目的及內容29-31
• 1.4.1 研究目的29
• 1.4.2 研究內容29-31
• 第2章 內燃機渦輪復合循環(huán)流動及控制方法研究31-71
• 2.1 渦輪復合循環(huán)耦合模型31-47
• 2.1.1 徑流式渦輪通流模型31-34
• 2.1.2 軸流式渦輪通流模型34-40
• 2.1.3 兩級渦輪耦合模型40-43
• 2.1.4 內燃機模型43-47
• 2.2 匹配點工況參數對復合循環(huán)燃油消耗率和最優(yōu)面積比的影響47-58
• 2.2.1 動力渦輪等熵效率的影響48-50
• 2.2.2 增壓渦輪等熵效率的影響50-52
• 2.2.3 渦輪排氣背壓的影響52-53
• 2.2.4 排氣溫度的影響53-55
• 2.2.5 增壓比的影響55-57
• 2.2.6 多參數綜合分析57-58
• 2.3 固定幾何渦輪復合內燃機的全工況性能分析58-61
• 2.4 兩級渦輪變面積比控制方法研究61-69
• 2.4.1 動力渦輪變幾何63-66
• 2.4.2 增壓渦輪變幾何66-69
• 2.5 本章小結69-71
• 第3章 渦輪復合兩級渦輪耦合流動機理與控制研究71-97
• 3.1 兩級渦輪內部流動仿真建模71-79
• 3.1.1 控制方程與湍流模型71-74
• 3.1.2 邊界條件與數值格式74-75
• 3.1.3 數值計算網格75-77
• 3.1.4 仿真模型驗證77-79
• 3.2 定常來流下兩級渦輪內部流場結構及流動機理分析79-87
• 3.2.1 渦輪幾何參數79-80
• 3.2.2 發(fā)動機標定工況渦輪內部流動分析80-84
• 3.2.3 發(fā)動機最大轉矩工況渦輪內部流動分析84-87
• 3.3 對轉渦輪流動控制方法87-95
• 3.3.1 兩級渦輪內部流動控制思路87-88
• 3.3.2 兩級渦輪內部流動匹配分析88-90
• 3.3.3 對轉渦輪流動控制方法研究90-95
• 3.4 本章小結95-97
• 第4章 脈沖排氣對兩級渦輪影響機理及控制方法研究97-119
• 4.1 兩級渦輪三維非定常仿真計算設置97-102
• 4.2 脈沖來流下兩級渦輪內部流動特性及機理研究102-108
• 4.2.1 脈沖來流下兩級渦輪特性分析102-104
• 4.2.2 脈沖來流下兩級渦輪內部流動機理104-108
• 4.3 動力渦輪葉尖前緣彎曲與鈍化聯(lián)合控制方法108-118
• 4.3.0 動力渦輪葉型設計方法簡述108-112
• 4.3.1 葉尖前緣彎曲112-115
• 4.3.2 葉尖前緣鈍化115-118
• 4.4 本章小結118-119
• 第5章 渦輪復合內燃機性能試驗驗證研究119-126
• 5.1 試驗設備及方案119-122
• 5.2 試驗結果分析122-125
• 5.3 本章小結125-126
• 第6章 總結與展望126-129
• 6.1 研究總結126-128
• 6.2 研究展望128-129
• 參考文獻129-136
• 致謝136-138
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果138-139

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1 ;《內燃機》征稿啟事[J];內燃機;2011年05期

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3 ;黃宜諒教授論文集《內燃機性能與測試的研究》在新千年出版面世[J];山東內燃機;2000年01期

4 ;山東內燃機學會1998～1999年度獲獎論文題錄[J];山東內燃機;2000年02期

5 蔣德明;內燃機研究的新進展[J];柴油機;2003年01期

6 黃桂兵;具有國際先進水平的羥基強化內燃機燃燒與改善尾氣污染技術研究成功[J];世界海運;2003年02期

7 秦萍 ,華春蓉;內燃機振動信號數據處理中一些技術問題的研究[J];精密制造與自動化;2003年S1期

8 ;山東內燃機學會三屆二次理事會暨學術交流會議紀要[J];山東內燃機;2003年04期

9 趙仁杰,白麗霞;內燃機維修中的技術誤區(qū)[J];工程機械與維修;2004年02期

10 沈穎剛,王宇琳,鄭偉,申立中,韋靜思;內燃機燃燒過程數值模擬技術發(fā)展概況[J];拖拉機與農用運輸車;2004年01期

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1 許思傳;張建華;孫濟美;;內燃機缸內噴霧和燃燒過程的數值模擬[A];新世紀 新機遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術產業(yè)發(fā)展（下冊）[C];2001年

2 王季;;內燃機使用智能燃燒室的必要性——兼論不可變燃燒室的先天不足[A];四川省第九屆（2009年）汽車學術交流年會論文集[C];2009年

3 王季;;推廣智能燃燒室發(fā)展高效節(jié)能環(huán)保型內燃機[A];2003年西部清潔汽車技術研討會論文集[C];2003年

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1 楊純;挑戰(zhàn)內燃機能量利用和排放極限[N];科技日報;2007年

2 本報記者 胡啟林;內燃機研發(fā)應力避“技術空心化”[N];中國工業(yè)報;2008年

3 本報記者 楊純;從條件到規(guī)模,這里都堪稱一流[N];科技日報;2007年

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6 李杰;混合動力是汽車發(fā)展的長期技術路線[N];中國工業(yè)報;2009年

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8 本報記者 趙三明;產品研發(fā)不光是做出樣機[N];中國工業(yè)報;2005年

9 戴金勇邋孫志峰;技術,在壓力下突破[N];中國工業(yè)報;2008年

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1 尚會超;微型往復活塞式內燃機最小極限的研究[D];重慶大學;2015年

2 趙榮超;渦輪復合內燃機兩級渦輪流動機理及控制研究[D];清華大學;2015年

3 鄭旭;車輛與內燃機振聲信號盲分離及噪聲源識別的研究[D];浙江大學;2012年

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5 李志敏;基于振動分析的內燃機主軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法研究[D];大連理工大學;2001年

6 李迎;內燃機流固耦合傳熱問題數值仿真與應用研究[D];浙江大學;2006年

7 韋靜思;內燃機燃燒過程中熱聲耦合機理的研究[D];天津大學;2010年

8 呂琛;基于噪聲分析的內燃機主軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[D];大連理工大學;2002年

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9 匡劍;內燃機故障診斷數據采集與處理系統(tǒng)開發(fā)[D];西南交通大學;2008年

10 王霞;內燃機表面輻射噪聲盲源分離技術研究[D];天津大學;2010年

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本文編號：1033471