本文關(guān)鍵詞：渦輪復(fù)合柴油機(jī)工作過程仿真及動力渦輪流場分析

  更多相關(guān)文章： 柴油機(jī) 渦輪復(fù)合 補(bǔ)燃室 動力渦輪

【摘要】：隨著車輛節(jié)能問題和排放法規(guī)的不斷嚴(yán)格，廢氣渦輪增壓技術(shù)成為了發(fā)動機(jī)節(jié)能減排的重要手段。然而，傳統(tǒng)的廢氣渦輪增壓發(fā)動機(jī)中普遍存在低速工況時扭矩不足，部分負(fù)荷時經(jīng)濟(jì)性差，以及起動、加速性能差，尾氣排放溫度高。 新型的渦輪復(fù)合發(fā)動機(jī)，將旁通補(bǔ)燃系統(tǒng)與動力渦輪相結(jié)合，不但可改善發(fā)動機(jī)低速時扭矩特性及加速性，而且還能滿足不同工況的高低功率要求。這種渦輪復(fù)合發(fā)動機(jī)的動力渦輪能充分地利用排氣能量，回收的廢氣能量作為有效功率輸出，從而提高發(fā)動機(jī)的總功率和總效率。 本文將通過數(shù)值模擬的方法研究渦輪復(fù)合柴油機(jī)的性能，主要探討高功率模式渦輪復(fù)合柴油機(jī)的串聯(lián)和并聯(lián)兩種聯(lián)合循環(huán)方案，這兩種方案在不改變柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，滿足柴油機(jī)原有功率密度需求的前提下，研究流量分配規(guī)律和功率分配規(guī)律，使動力渦輪輸出功率達(dá)到最大，為臺架實驗提供理論指導(dǎo)。 本文采用一維仿真軟件GT-POWER做整體性能分析和參數(shù)匹配計算，關(guān)鍵部件的詳細(xì)仿真采用三維CFD計算軟件，一維仿真得到的進(jìn)出口參數(shù)，作為三維仿真模型的邊界條件。首先，利用GT-POWER軟件建立增壓柴油機(jī)原機(jī)仿真模型，包括氣缸模型、噴油器模型、曲軸箱模型、中冷器模型、進(jìn)排氣管模型和增壓器模型。將模擬計算結(jié)果與原機(jī)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，校核和驗證模型的正確性。在原機(jī)的基礎(chǔ)上添加旁通補(bǔ)燃系統(tǒng)和動力渦輪，分別建立復(fù)合渦輪聯(lián)合循環(huán)柴油機(jī)的串聯(lián)方案模型和并聯(lián)方案模型，對這兩種方案在標(biāo)定工況（轉(zhuǎn)速2100r/min）進(jìn)行仿真運算，得到相應(yīng)的壓比、膨脹比、流量、動力渦輪功率、渦輪功率、總輸出功率等參數(shù)之間的變化規(guī)律，并比較兩種方案之間的優(yōu)缺點。在對結(jié)果優(yōu)化分析的基礎(chǔ)上，，提出最佳方案。 結(jié)果表明，串聯(lián)和并聯(lián)方案都存在最佳動力渦輪輸出功率，串聯(lián)方案從整體上比并聯(lián)方案有優(yōu)勢，大大提高了總輸出功率。但是，本文是在理想的較小排氣背壓下進(jìn)行的，實際中串聯(lián)方案有可能增加排氣背壓，影響燃燒。串聯(lián)中動力渦輪進(jìn)口溫度達(dá)到1085.34K，增壓器渦輪進(jìn)口溫度達(dá)到1228.45K，對渦輪材料高溫性要求高，需要考慮實際中渦輪的溫度極限。 針對關(guān)鍵部件動力渦輪，利用CFX流體分析軟件進(jìn)行動力渦輪三維穩(wěn)態(tài)流場的仿真模擬分析，進(jìn)一步對一維模擬結(jié)果進(jìn)行檢驗和修正。計算結(jié)果表明，動力渦輪葉片前緣和尾緣處能量損失較大，葉片造型局部設(shè)計不合理，需要進(jìn)一步優(yōu)化，才能提高動力渦輪的熱效率，進(jìn)而提高動力渦輪的輸出功率。
【關(guān)鍵詞】：柴油機(jī) 渦輪復(fù)合 補(bǔ)燃室 動力渦輪
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK421
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 選題依據(jù)及研究意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.1 旁通補(bǔ)燃增壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 動力渦輪復(fù)合增壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 渦輪復(fù)合聯(lián)合循環(huán)發(fā)動機(jī)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.4 柴油機(jī)數(shù)值模擬仿真研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 論文研究目的及內(nèi)容18-21
• 1.3.1 研究目的18-19
• 1.3.2 研究內(nèi)容19-21
• 2 工作過程原理和物理數(shù)學(xué)模型21-38
• 2.1 渦輪復(fù)合柴油機(jī)工作過程原理21-22
• 2.2 渦輪復(fù)合柴油機(jī)的物理模型22
• 2.3 氣缸模型22-28
• 2.3.1 氣缸內(nèi)熱力過程的基本假設(shè)22-23
• 2.3.2 氣缸內(nèi)熱力過程的基本方程23-25
• 2.3.3 燃燒放熱率的計算公式25-26
• 2.3.4 氣缸周壁傳熱的計算26-27
• 2.3.5 進(jìn)排氣門流量的計算27-28
• 2.3.6 氣缸瞬時工作容積的計算28
• 2.4 進(jìn)排氣系統(tǒng)模型28-32
• 2.4.1 管路的基本方程組28-30
• 2.4.2 管道壓降和管壁摩擦損失方程30-31
• 2.4.3 管道壁面?zhèn)鳠岱匠?/span>31-32
• 2.5 中冷器模型32
• 2.6 渦輪增壓器模型32-35
• 2.6.1 壓氣機(jī)特性參數(shù)計算33-34
• 2.6.2 渦輪特性參數(shù)計算34-35
• 2.7 內(nèi)燃機(jī)性能參數(shù)計算35-36
• 2.8 本章小結(jié)36-38
• 3 聯(lián)合循環(huán)方案和模型的建立38-55
• 3.1 聯(lián)合循環(huán)方案38-39
• 3.2 柴油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)39
• 3.3 原機(jī)模型的建立39-48
• 3.3.1 氣缸模塊設(shè)置40-42
• 3.3.2 曲軸箱模塊設(shè)置42-43
• 3.3.3 噴油器模塊設(shè)置43
• 3.3.4 進(jìn)排氣門模塊設(shè)置43-44
• 3.3.5 中冷器模塊設(shè)置44
• 3.3.6 增壓器模塊設(shè)置44-46
• 3.3.7 進(jìn)排氣系統(tǒng)模塊設(shè)置46-48
• 3.4 模型校核48-49
• 3.5 聯(lián)合循環(huán)串聯(lián)方案模型49-53
• 3.6 聯(lián)合循環(huán)并聯(lián)方案模型53-54
• 3.7 本章小結(jié)54-55
• 4 動力渦輪復(fù)合柴油機(jī)串并聯(lián)兩方案仿真結(jié)果分析55-72
• 4.1 聯(lián)合循環(huán)串聯(lián)方案仿真結(jié)果分析55-61
• 4.1.1 功率比影響規(guī)律55-56
• 4.1.2 壓氣機(jī)效率影響規(guī)律56-58
• 4.1.3 動力渦輪效率影響規(guī)律58-59
• 4.1.4 渦輪效率影響規(guī)律59
• 4.1.5 補(bǔ)燃室噴油量影響規(guī)律59-61
• 4.2 聯(lián)合循環(huán)并聯(lián)方案分析61-70
• 4.2.1 流量比影響規(guī)律61-63
• 4.2.2 壓氣機(jī)效率影響規(guī)律63-65
• 4.2.3 動力渦輪效率影響規(guī)律65-66
• 4.2.4 渦輪效率影響規(guī)律66-68
• 4.2.5 補(bǔ)燃室噴油量影響規(guī)律68-70
• 4.3 本章小結(jié)70-72
• 5 關(guān)鍵部件動力渦輪流場分析72-79
• 5.1 幾何建模72-73
• 5.2 網(wǎng)格劃分73
• 5.3 邊界條件設(shè)置73-74
• 5.4 計算模型74
• 5.5 計算結(jié)果分析74-78
• 5.5.1 子午面流場分析74-76
• 5.5.2 葉高截面流場分析76-77
• 5.5.3 氣動載荷和熵分布分析77-78
• 5.6 本章小結(jié)78-79
• 6 結(jié)論與展望79-81
• 6.1 總結(jié)79-80
• 6.2 展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-84
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研成果84-85
• 致謝85

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 林勵生;;超高增壓柴油機(jī)補(bǔ)燃系統(tǒng)控制規(guī)律的探討[J];兵工學(xué)報(坦克裝甲車與發(fā)動機(jī)分冊);1990年02期

2 榮現(xiàn)志;超高增壓系統(tǒng)中的旁通節(jié)流裝置[J];兵工學(xué)報;1990年01期

3 謝煥章,張洪義,白濤;旁通補(bǔ)燃動力渦輪復(fù)合式發(fā)動機(jī)的理論研究[J];工程熱物理學(xué)報;1983年02期

4 趙靜霞,鄭令儀,孫祖國;具有旁通補(bǔ)燃、超高增壓、低壓縮比復(fù)合發(fā)動機(jī)循環(huán)的熱力分析[J];工程熱物理學(xué)報;1985年03期

5 倪維斗,路四清;超高增壓發(fā)動機(jī)系統(tǒng)性能優(yōu)化[J];工程熱物理學(xué)報;1990年01期

6 Manfred Appel;谷雷;;MAN B&W高效廢氣渦輪增壓器和動力渦輪[J];國外內(nèi)燃機(jī)車;1992年01期

7 劉剛;諸葛偉林;黃開勝;張揚軍;;車用發(fā)動機(jī)渦輪聯(lián)合循環(huán)技術(shù)研究進(jìn)展[J];車用發(fā)動機(jī);2014年05期

8 M.Appel;劉景寶;;徑流式渦輪增壓器和動力渦輪的試驗研究及應(yīng)用結(jié)果[J];國外內(nèi)燃機(jī)車;1992年02期

9 柯玄齡;趙士杭;孟昭勇;裴勝利;孟繁娟;;絕熱渦輪復(fù)合發(fā)動機(jī)動力渦輪的設(shè)計與試驗[J];兵工學(xué)報(坦克裝甲車與發(fā)動機(jī)分冊);1991年04期

10 白濤,張洪義,吳澤其,楊光升;旁通補(bǔ)燃增壓柴油機(jī)的理論及實驗研究[J];哈爾濱船舶工程學(xué)院學(xué)報;1989年01期

本文編號：815671