本文關(guān)鍵詞：自由活塞膨脹機(jī)—直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)的試驗(yàn)與仿真研究

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【摘要】：自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)是將自由活塞膨脹機(jī)與直線發(fā)電機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合,組成一套適用于車用內(nèi)燃機(jī)余熱回收系統(tǒng)的動(dòng)力裝置。本文通過自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果,對(duì)系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行了分析,并研究了進(jìn)氣壓力、系統(tǒng)工作頻率以及負(fù)載電阻等參數(shù)對(duì)自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)性能的影響。此外,還基于MATLAB/Simulink軟件搭建了自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)的仿真模型,并對(duì)該仿真模型進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí),基于該仿真模型,研究了活塞初始位移、活塞-動(dòng)子連桿質(zhì)量以及直線發(fā)電機(jī)的載荷系數(shù)等對(duì)自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)性能的影響。而且,還基于該仿真模型,針對(duì)試驗(yàn)過程中活塞在兩個(gè)氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的不對(duì)稱性現(xiàn)象,研究了進(jìn)、排氣角誤差以及進(jìn)、排氣門開啟時(shí)間誤差對(duì)自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后,活塞速度、加速度以及直線發(fā)電機(jī)的負(fù)載電壓和功率將按周期性規(guī)律變化。同時(shí),由于自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)的自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在活塞運(yùn)動(dòng)過程中,活塞的上、下止點(diǎn),將隨著系統(tǒng)運(yùn)行工況的變化而浮動(dòng)。同時(shí),還由于設(shè)備在加工、裝配以及調(diào)試過程中,存在誤差等問題,導(dǎo)致了活塞在兩個(gè)氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的不對(duì)稱性現(xiàn)象。當(dāng)排氣角減小時(shí),由于排氣門在活塞未達(dá)到上止點(diǎn)前已經(jīng)關(guān)閉,此時(shí),活塞在向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中,存在一個(gè)氣體壓縮過程,增大了活塞運(yùn)動(dòng)阻力,使活塞與氣缸端面不發(fā)生接觸,起到保護(hù)裝置的作用。試驗(yàn)裝置的參數(shù)精度對(duì)自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)中活塞的運(yùn)動(dòng)特性有著重要影響:仿真結(jié)果表明,配氣機(jī)構(gòu)中進(jìn)、排氣角的加工誤差以及進(jìn)、排氣門開啟時(shí)間誤差均對(duì)自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)有著直接影響,這些參數(shù)誤差均會(huì)導(dǎo)致活塞在兩個(gè)氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的不對(duì)稱性。
【關(guān)鍵詞】：自由活塞膨脹機(jī) 直線發(fā)電機(jī) 試驗(yàn)研究 仿真研究
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U463.631
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 物理量名稱及符號(hào)表7-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)13-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀16-20
• 1.4 研究?jī)?nèi)容及研究目的20-23
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.4.2 研究目的21-23
• 第2章 自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介23-33
• 2.1 自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)的工作原理23-24
• 2.2 自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)試驗(yàn)裝置的構(gòu)成24-27
• 2.3 配氣機(jī)構(gòu)27-29
• 2.4 直線發(fā)電機(jī)以及負(fù)載電路29-30
• 2.5 自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)試驗(yàn)裝置試驗(yàn)流程30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-33
• 第3章 自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)的試驗(yàn)研究33-69
• 3.1 自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)工作過程分析33-42
• 3.1.1 自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)的工作過程33-37
• 3.1.2 高壓氣體在缸內(nèi)的工作過程分析37-39
• 3.1.3 活塞的運(yùn)動(dòng)過程分析39-41
• 3.1.4 直線發(fā)電機(jī)的負(fù)載電壓、功率的分析41-42
• 3.2 進(jìn)氣壓力對(duì)系統(tǒng)性能的影響42-51
• 3.2.1 進(jìn)氣壓力對(duì)氣體在缸內(nèi)工作過程的影響42-44
• 3.2.2 進(jìn)氣壓力對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)的影響44-47
• 3.2.3 進(jìn)氣壓力對(duì)絕熱效率的影響47-49
• 3.2.4 進(jìn)氣壓力對(duì)負(fù)載電壓、功率的影響49-51
• 3.3 系統(tǒng)的工作頻率對(duì)系統(tǒng)性能的影響51-57
• 3.3.1 系統(tǒng)的工作頻率對(duì)氣體在缸內(nèi)工作過程的影響51-53
• 3.3.2 系統(tǒng)的工作頻率對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)的影響53-55
• 3.3.3 系統(tǒng)的工作頻率對(duì)絕熱效率的影響55-56
• 3.3.4 系統(tǒng)的工作頻率對(duì)負(fù)載電壓、功率的影響56-57
• 3.4 負(fù)載電阻對(duì)系統(tǒng)性能的影響57-63
• 3.4.1 負(fù)載電阻對(duì)氣體在缸內(nèi)工作過程的影響57-59
• 3.4.2 負(fù)載電阻對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)的影響59-60
• 3.4.3 負(fù)載電阻對(duì)絕熱效率的影響60-62
• 3.4.4 負(fù)載電阻對(duì)負(fù)載電壓、功率的影響62-63
• 3.5 系統(tǒng)性能影響因素的綜合分析63-67
• 3.5.1 進(jìn)氣壓力和系統(tǒng)的工作頻率對(duì)絕熱效率的影響63-64
• 3.5.2 進(jìn)氣壓力和負(fù)載電阻對(duì)絕熱效率的影響64-66
• 3.5.3 負(fù)載電阻和系統(tǒng)的工作頻率對(duì)系統(tǒng)性能的影響66-67
• 3.6 本章小結(jié)67-69
• 第4章 配氣機(jī)構(gòu)對(duì)自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)性能的影響分析69-85
• 4.1 自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)中配氣機(jī)構(gòu)的概述69-71
• 4.2 排氣角對(duì)自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)性能的影響71-76
• 4.2.1 排氣角對(duì)氣體在缸內(nèi)工作過程的影響71-73
• 4.2.2 排氣角對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)的影響73-74
• 4.2.3 排氣角對(duì)絕熱效率的影響74-75
• 4.2.4 排氣角對(duì)負(fù)載電壓、功率的影響75-76
• 4.3 進(jìn)氣角對(duì)自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)性能的影響76-82
• 4.3.1 進(jìn)氣角對(duì)氣體在缸內(nèi)工作過程的影響76-79
• 4.3.2 進(jìn)氣角對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)的影響79-80
• 4.3.3 進(jìn)氣角對(duì)氣缸絕熱效率的影響80-81
• 4.3.4 進(jìn)氣角對(duì)直線發(fā)電機(jī)負(fù)載電壓、功率的影響81-82
• 4.4 本章小結(jié)82-85
• 第5章 自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)的仿真研究85-105
• 5.1 MATLAB/Simulink介紹85
• 5.2 自由活塞膨脹機(jī)-直線發(fā)電機(jī)集成系統(tǒng)仿真模型85-89
• 5.2.1 高壓氣體在氣缸內(nèi)的作用力分析86
• 5.2.2 直線發(fā)電機(jī)的電磁推力分析86-87
• 5.2.3 摩擦力分析87-89
• 5.2.4 基于MATLAB/Simulink的仿真模型89
• 5.3 仿真模型的試驗(yàn)驗(yàn)證89-91
• 5.4 仿真結(jié)果及分析91-98
• 5.4.1 活塞初始位移對(duì)系統(tǒng)性能的影響91-92
• 5.4.2 活塞-動(dòng)子連桿質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)性能的影響92-93
• 5.4.3 直線發(fā)電機(jī)的載荷系數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響93-94
• 5.4.4 排氣角對(duì)系統(tǒng)性能的影響94-98
• 5.5 試驗(yàn)裝置參數(shù)誤差對(duì)系統(tǒng)的影響98-102
• 5.5.1 進(jìn)氣角誤差對(duì)系統(tǒng)性能的影響98-99
• 5.5.2 排氣角誤差對(duì)系統(tǒng)性能的影響99-100
• 5.5.3 氣門開啟時(shí)間誤差對(duì)系統(tǒng)性能的影響100-102
• 5.6 本章小結(jié)102-105
• 結(jié)論與展望105-109
• 結(jié)論105-107
• 展望107-109
• 參考文獻(xiàn)109-113
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文與申請(qǐng)專利清單113-115
• 致謝115

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