本文關(guān)鍵詞：渦輪活塞組合發(fā)動機系統(tǒng)仿真與控制

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【摘要】：高熱效率和高功率密度是特種車用發(fā)動機的重要追求。柴油機熱效率高但功率密度提升困難,燃氣輪機功率密度高但熱效率低。本文針對一種新型的能集合柴油機和燃氣輪機優(yōu)點以滿足未來動力系統(tǒng)對高功率密度和部分負荷低油耗要求的“渦輪活塞組合發(fā)動機”展開研究。渦輪活塞組合發(fā)動機(Diesel Brayton Combined Cycle Engine)由一臺增壓中冷柴油機和一臺燃氣輪機組合而成,通過4個電磁閥可以根據(jù)車輛不同工況需求改變柴油機和燃氣輪機的進排氣回路,從而實現(xiàn)柴油機單獨工作、燃氣輪機單獨工作和柴燃聯(lián)合工作等三種工作模式。本文對渦輪活塞組合發(fā)動機的各個工作模式進行了理論循環(huán)分析,推導(dǎo)了各工作模式下的理論循環(huán)熱效率和比功算式,分析了柴油機壓縮比、壓力升高比、預(yù)膨脹比、空氣流量分配系數(shù)和燃氣輪機壓氣機壓比、環(huán)管燃燒室增溫比等因素對理論循環(huán)的影響。選取了一款柴油機和一款燃氣輪機組成了渦輪活塞組合發(fā)動機樣機,建立了GT-Power仿真模型,分析了排氣背壓、引氣閥直徑、引氣管徑對柴油機性能的影響,分析了采用降低柴油機轉(zhuǎn)速或減小引氣閥開度來限制柴油機引氣量的方法對組合發(fā)動機性能的影響,估算了組合發(fā)動機功率密度和比油耗。在Matlab/Simulink環(huán)境下,基于容積慣性法和實驗數(shù)據(jù)MAP圖搭建了組合發(fā)動機動態(tài)仿真模型,對組合發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)工作點和工作模式切換過程中的動態(tài)特性進行了仿真分析。針對組合發(fā)動機臺架,設(shè)計了組合發(fā)動機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),使用Labview搭建了上位機控制程序,提出了工作模式選擇及工作模式切換過程中的控制策略,為進行組合發(fā)動機樣機實驗做好了必要的準(zhǔn)備。
【關(guān)鍵詞】：渦輪活塞組合發(fā)動機 理論循環(huán) GT-Power 動態(tài)仿真 控制策略
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-17
• 1.1 研究背景與意義9-16
• 1.1.1 特種車輛動力發(fā)展現(xiàn)狀9-11
• 1.1.2 柴油機燃氣輪機聯(lián)合動力裝置發(fā)展現(xiàn)狀11-16
• 1.2 研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)16-17
• 第2章 渦輪活塞組合發(fā)動機理論循環(huán)分析17-29
• 2.1 渦輪活塞組合發(fā)動機的構(gòu)成及工作模式17-19
• 2.2 渦輪活塞組合發(fā)動機理論循環(huán)分析19-24
• 2.2.1 柴油機單獨工作的理論循環(huán)19-20
• 2.2.2 燃氣輪機單獨工作的理論循環(huán)20-21
• 2.2.3 柴燃聯(lián)合工作的理論循環(huán)21-24
• 2.3 理論循環(huán)關(guān)鍵參數(shù)影響分析24-28
• 2.3.1 燃氣輪機壓氣機壓比不變時各參數(shù)影響分析24-26
• 2.3.2 柴油機壓力升高比不變時各參數(shù)影響分析26-27
• 2.3.3 柴油機空氣流量分配系數(shù)對理論循環(huán)的影響分析27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 渦輪活塞組合發(fā)動機GT-Power仿真分析29-48
• 3.1 基礎(chǔ)發(fā)動機及實驗29-34
• 3.1.1 基礎(chǔ)柴油機及實驗29-33
• 3.1.2 基礎(chǔ)燃氣輪機及實驗33-34
• 3.2 渦輪活塞組合發(fā)動機GT-Power仿真模型34-41
• 3.2.1 基礎(chǔ)柴油機GT-Power仿真模型34-36
• 3.2.2 基礎(chǔ)柴油機GT-Power仿真模型驗證36-37
• 3.2.3 基礎(chǔ)燃氣輪機GT-Power仿真模型37-39
• 3.2.4 基礎(chǔ)燃氣輪機GT-Power仿真模型驗證39-40
• 3.2.5 組合發(fā)動機GT-Power仿真模型40-41
• 3.3 渦輪活塞組合發(fā)動機GT-Power仿真分析41-47
• 3.3.1 排氣背壓對基礎(chǔ)柴油機的影響42
• 3.3.2 引氣閥直徑對基礎(chǔ)柴油機的影響42-44
• 3.3.3 引氣管徑對基礎(chǔ)柴油機的影響44-45
• 3.3.4 兩種基礎(chǔ)柴油機限流方式對比45-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 渦輪活塞組合發(fā)動機動態(tài)仿真分析48-73
• 4.1 基礎(chǔ)燃氣輪機SIMULINK動態(tài)仿真模型48-57
• 4.1.1 容積模塊49
• 4.1.2 壓氣機仿真模型49-50
• 4.1.3 燃燒室仿真模型50-51
• 4.1.4 增壓渦輪仿真模型51-52
• 4.1.5 動力渦輪仿真模型52
• 4.1.6 轉(zhuǎn)子仿真模型52-53
• 4.1.7 燃油調(diào)節(jié)機構(gòu)仿真模型53-54
• 4.1.8 燃氣輪機仿真模型54
• 4.1.9 燃氣輪機仿真模型驗證54-57
• 4.2 基礎(chǔ)柴油機SIMULINK動態(tài)仿真模型57-61
• 4.2.1 柴油機壓氣機仿真模型57
• 4.2.2 柴油機渦輪仿真模型57
• 4.2.3 柴油機氣缸仿真模型57-60
• 4.2.4 柴油機仿真模型60
• 4.2.5 柴油機仿真模型驗證60-61
• 4.3 渦輪活塞組合發(fā)動機SIMULINK動態(tài)仿真模型61-66
• 4.3.1 電磁閥仿真模型61-63
• 4.3.2 引氣管路仿真模型63-64
• 4.3.3 放氣管路仿真模型64-65
• 4.3.4 測功機仿真模型65
• 4.3.5 組合發(fā)動機仿真模型65-66
• 4.4 渦輪活塞組合發(fā)動機SIMULINK仿真分析66-72
• 4.4.1 穩(wěn)態(tài)工作點仿真67-68
• 4.4.2 工作模式切換過程動態(tài)特性仿真68-72
• 4.5 本章小結(jié)72-73
• 第5章 渦輪活塞組合發(fā)動機控制系統(tǒng)73-82
• 5.1 渦輪活塞組合發(fā)動機控制方案73-74
• 5.2 渦輪活塞組合發(fā)動機控制策略74-77
• 5.2.1 工作模式選擇74-75
• 5.2.2 工作模式切換75-77
• 5.3 渦輪活塞組合發(fā)動機控制策略仿真驗證77-80
• 5.3.1 柴油機單獨工作模式向柴燃聯(lián)合工作模式轉(zhuǎn)換77-79
• 5.3.2 柴燃聯(lián)合工作模式向柴油機單獨工作模式轉(zhuǎn)換79-80
• 5.4 渦輪活塞組合發(fā)動機控制程序80-81
• 5.5 本章小結(jié)81-82
• 第6章 總結(jié)與展望82-84
• 6.1 總結(jié)82
• 6.2 展望82-84
• 參考文獻84-86
• 致謝86-88
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果88

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：913045