兰旭光[1]2002年在《柴油机工作过程热力学研究》文中研究说明本文提出了一种不同于传统热力学分析方法——有限时间热力学分析模型，对柴油机工作过程进行了研究，该模型考虑了热源与工质传热存在的热阻、系统内部存在的热漏损失及系统的有限时间特性。 本文还分别用能量分析法和可用能分析法，建立相应的模型，对柴油机工作过程进行了分析和计算机程序的编制。其中能量分析法中的数值模拟示功图与试验所测示功图相比较，证实了所建模型的有效性。两种分析方法分别得出了柴油机工作过程中各种能量和可用能变化情况，并作了相应的比较分析。 为进一步验证所建模型的有效性，作者还对柴油机工作过程中部分能量的分配情况进行了测试，进一步用试验结果与上述叁种模型所得结果进行了比较。比较结果表明，所建模型合理，且较传统分析法更能深刻揭示柴油机工作过程的内在规律。
杨秀奇[2]2004年在《柴油机工作过程的（火用）分析研究》文中认为为了能够在能量分析的基础上，对柴油机的热力学性能进行深入的分析，和对柴油机的热力性能得到改进提供良好的理论基础，本文在对TY1100柴油发动机进行热平衡实验的基础上，对柴油机热平衡理论进行进一步的研究，并在数据采集的过程中，合理地布局实验台架，精心地选择流量计，尽力减少流量测量带来的误差。并对柴油机的能量分配(热平衡)进行测试，采集丰富的实验数据和示功图，对数据进行分析，处理和计算，考虑了结构参数和运转因素对柴油机参数的影响，以及负荷对热平衡各热量分配的影响，使热平衡实验的研究更具有意义。 本文应用数值计算对柴油机工作过程进行炯分析，编程计算并画出柴油机的各种(火用)损在不同功率下随曲轴转角的变化曲线，分析曲线并说明其原因，得到柴油机的各种(火用)损失。同时，在提出了一种不同于传统热力学分析方法——有限时间热力学分析的基础上，进行柴油机有限时间热力学(火用)分析，分别建立了考虑热漏、考虑机械功率损失，考虑排气损失的(火用)分析模型，其中，在热漏(火用)损的计算结果和实验编程计算结果的值相差不大，且总的趋势非常相近，这充分体现了有限时间(火用)分析方法的优势。 最后，在(火用)经济分析模型中，以热力系数代替(火用)经济系数为目标函数，建立(火用)经济纯热力学分析模型，并以热平衡实验的采集数据和编程的输出结果来计算模型中各参数，得出的结果可以衡量柴油机全面的热力学性能。
冯菊, 廖华新, 张立元[3]2017年在《柴油机工作过程热力学研究》文中认为我国柴油机产业自20世纪80年代以来便取得了较快的发展,随着一大批先进机型与技术的引进与推广,我国柴油机的总体技术水平已经达到了较高的水平,近年来最新开发投产的柴油机产品的排放水平已经达到欧1的排放限制的要求,部分甚至可以达到欧2排放限值的要求。本文就柴油机工作过程中的热力学进行研究和分析。
王晓鹏[4]2013年在《涡轮复合柴油机热力学分析及仿真研究》文中研究指明随着柴油机增压技术的不断发展，涡轮输出功率不断增加，除了驱动压气机以外还有功率可以输出，因此衍生出了不同形式的复合柴油机，为了进一步提高功率，在此基础上添加补燃室以提高涡轮进气温度，提高涡轮输出功率。本文以热效率和火用效率为指标对复合柴油机热力循环进行分析。对混合加热循环、布雷顿循环等理想过程进行了热效率、火用效率的分析；结合复合柴油机实际工作过程中空气流量先分流再混合的特点，引入了空气流量体积分数的概念，把气缸内工作过程和补燃室热力过程合并为一个多变过程，推导出多变指数，并分析了体积分数、定压预胀比、定容增压比、升温比、增压比等参数对多变指数的影响规律；分析了多变指数对复合柴油机的影响规律；绘制了涡轮复合柴油机p-v图，完成复合柴油机热力学分析。热力学分析表明：在柴油机供油量、压缩比不变的情况下，提高升温比有利于提高复合柴油机热效率、火用效率，和净输出功；体积分数表征的是通过柴油机的空气流量在总空气流量中的比例，降低体积分数，有利于提高复合柴油机热效率、火用效率，和净输出功，同时，柴油机定压预胀比和定容增压比的提高也有利于复合柴油机热效率、火用效率和净输出功的增大。基于GT-POWER软件分块建模的理念，建立并验证增压柴油机工作过程仿真模型。在此基础上，添加补燃室及补燃室喷油器等模块，对增压系统进行适当简化，建立了涡轮复合柴油机性能仿真模型；引入空气质量功率的概念，研究了增压比、涡轮进气温度、柴油机压缩比以及涡轮、压气机等主要部件效率变化对涡轮复合柴油机功率、燃油消耗率、动力涡轮功率、空气质量功率以及功率分配等参数的影响规律。仿真结果表明：增压比、涡轮进气温度以及主要部件效率对涡轮复合柴油机有直接影响，当涡轮进气温度不变时，存在最佳压比；提高涡轮进气温度有利于提高动力涡轮输出功率和空气质量功率，降低复合柴油机燃油消耗率；同时，提高涡轮进气温度还可以降低复合柴油机空气流量，这有利于减小增压和进排气系统尺寸；提高柴油机压缩比有利于提高复合柴油机输出功率，但影响幅度有限；同时，压缩比的降低有利于提高动力涡轮功率以及动力涡轮功率在总功率中的比例；主要部件效率对涡轮复合柴油机性能的影响强弱依次是涡轮、压气机和补燃室。
张睿[5]2013年在《基于米勒循环的摆盘式柴油机热力学研究》文中认为功率密度是衡量汽车动力性的一个综合指标。先进的动力装置，首先要求它的经济性好、发出的功率大、体积小、重量轻，并且希望它操作方便、安全可靠。摆盘式柴油发动机正是一种新型结构的发动机，这种新型的发动机具有高质量功率和高体积功率的特点。发动机的基本热力学研究可以分析发动机性能。本文针对各种循环进行了全面的研究，可以为基于米勒循环的摆盘式发动机的研制提供热力学理论基础。1）运用热力学定律，首先建立出等容加热、等压加热、混合加热叁种循环的发动机的热力学模型，然后计算出理想循环的发动机所能完成的最大循环功和热效率，最后，通过比较叁种理想循环过程，得出发动机热效率和功率随压缩比、最高温度、最大爆发压力的变化趋势，结果表明压缩比是热力循环中的一个重要参数。2）运用特定方案计算方法，首先在符合热力学定律的原则上，建立实现超膨胀的热力循环模型，然后利用MATALAB编程软件计算出给定四种方案中的功率和热效率，最后得出米勒循环在超膨胀下比其它循环热效率高的结论，为摆盘式柴油机的热力循环提供了理论支持。3）通过对比摆盘式柴油机和传统柴油机工作原理，得出之间具有的相似性，然后将米勒循环应用在摆盘式柴油机，建立热力学模型，最后给定相关数据，改变压缩比，最高爆发压力等参数，利用MATALAB编程软件计算功率和热效率，分析压缩比、最高爆发压、膨胀比、最高温度等因素对米勒循环的摆盘式柴油机功率和热效率的影响，并加以比较，得出基于米勒循环摆盘式柴油热效率比双燃烧循环的柴油机高2%，米勒循环摆盘式柴油机功率比双燃烧循环的柴油机高10%的结论。本文通过热力学模型的建立、对比、分析，验证了米勒循环是实现超膨胀的循环，对于摆盘式柴油机，一个摆盘执行进气压缩功能，另一个摆盘执行膨胀排气功能，可以设计膨胀盘的直径大于压缩盘的直径，从而实现米勒循环的超膨胀设计。鉴于此种设计，摆盘式柴油机可以实现米勒循环提高效率。证明这种新型的摆盘式柴油机具有研究的价值和意义。
高学攀[6]2011年在《495柴油机燃烧过程模拟及性能优化》文中提出柴油机的工作过程涉及到气液流动、燃油喷射、燃烧、传热、传质及化学反应动力学等各种综合物理过程,其性能主要取决于燃油喷射及空气的供给和流动形态,众多的影响因素之间相互关系复杂,互相影响,对柴油机的动力性、经济型及排放性能产生巨大影响。随着科学技术的迅猛发展,计算机模拟仿真技术被广泛的应用于发动机设计与改进中,相较传统的发动机设计、研究方法,采用计算机数值模拟计算的方法不仅可以节省人力、物力、研究费用,缩短发动机开发周期,还可以对一些实验不能获得的参数进行测量。本文利用AVL公司的大型仿真软件AVL BOOST建立495柴油机工作过程模型,对影响其性能的发动机参数进行研究。基于柴油机工作过程热力学基础及AVL BOOST软件原理建立了495柴油机仿真模型,通过模拟结果与实验结果对比验证了模型的准确性。利用建立的模型,对柴油机各转速工况下的速度特性进行了模拟计算,同时分析了495柴油机的进、排气系统、配气相位、压缩比、供油提前角对发动机性能的影响,确定了最佳的发动机工作参数。依据优化后的发动机的工作参数,对495型直喷柴油机进行模拟计算,将仿真结果与原机在动力性、经济性和排放性能等方面进行对比分析。结果表明,选择合适的配气相位、压缩比、供油提前角可以改善发动机缸内燃烧过程,提高发动机的动力性和经济性,降低燃油消耗。综上,运用计算机仿真技术能够为发动机设计与改进提供理论指导,缩短试验周期,降低开发成本。
章振宇[7]2015年在《对置活塞二冲程柴油机工作过程耦合仿真与试验研究》文中研究指明对置活塞二冲程柴油机（Opposed-piston Two-stroke Diesel Engine，简称OP2S）是一种新型往复活塞式内燃机。近年来，OP2S以其高效、高功率密度、平衡性好等优势，成为国内外众多科研机构的研究热点。OP2S的换气过程与缸内过程有着强烈的耦合关系，同时其换气过程、缸内气流运动都与传统柴油机不同，但是对于OP2S工作过程及耦合关系的研究还有待进一步深入开展。本文以折迭曲柄式OP2S为研究对象，针对OP2S与传统柴油机的不同，采用耦合仿真与试验研究相结合的方法，开展OP2S工作过程的研究。分析了OP2S工作过程中多过程、多学科间的耦合关系，建立了动力学、热力学和计算流体力学模型，形成了面向系统仿真研究的仿真平台。围绕OP2S耦合条件下发动机参数变化对工作过程的影响规律、缸内气流运动规律及燃烧特性开展研究。论文的主要研究工作如下：1、根据OP2S的工作原理，分析了OP2S工作过程中多过程、多学科间的耦合关系，建立了动力学、热力学和计算流体力学模型，形成了面向系统仿真研究的仿真平台。2、获得了换气过程关键结构参数对换气过程及缸内过程特征参数的影响规律；依据参数影响规律结果，进一步完善了OP2S换气过程评价指标。3、提出了以IMEP为优化目标的OP2S换气过程关键结构参数优化方法，通过分析各参数与评价指标的相关性系数确定了各参数与评价指标的相关性程度，最终得到一组换气系统结构参数。4、计算分析了OP2S缸内气流运动的特点。考虑到换气过程与缸内过程的耦合关系，通过冷流计算，对比分析了涡流进气口与滚流进气口对换气过程及缸内气流运动过程的影响。5、探索了OP2S缸内形成斜轴涡流的方法，提出了采用非对称气腔结合涡流进气口组织缸内斜轴涡流的方法，在此基础上仿真计算了涡流进气口倾角变化对OP2S工作过程的影响，最终得到最优的进气口倾角。6、计算分析了喷油规律曲线形状、喷油器喷孔直径及喷孔角度对缸内混合气形成及燃烧过程的影响，在此基础上分析获得最佳喷油规律曲线形状、喷油器喷孔直径及喷孔角度。7、通过功图计算的方法，分析试验测得发动机示功图，获得了OP2S放热规律特性及燃烧特性，并试验研究了OP2S燃烧循环变动特性。本文在一定程度上丰富了OP2S工作过程的研究手段，并在工作过程机理的探索上取得了一些有益的成果，为OP2S性能的优化提供了支撑，指导了折迭曲柄式OP2S的优化设计工作。
王强[8]2012年在《基于GT-POWER的涡轮—活塞式柴油机热力分析及仿真研究》文中提出随着柴油机功率密度的不断提高，增压技术的形式不断翻新。针对某柴油机的设计需求，本文提出了一种涡轮-活塞式柴油机理念，通过GT-POWER软件仿真优化，最终确立了适合本文需求的柴油机废气热能利用方案。在热力学分析的基础上，参照Hyperbar超高增压发动机的补燃室和绝热复合发动机的动力涡轮模式，提出了5种可能满足本文设计要求的方案并有一定创新；在GT-POWER软件中按照分块建模的理念，针对某增压柴油机搭建原机模型，并根据原机试验参数对该模型进行校核，且给出增压系统速度系数、流量系数、膨胀系数和效率系数等参数对柴油机性能的影响规律；基于原机模型，分别建立了上述5种方案的仿真模型，最终确定了一种满足本文柴油机设计要求的方案，并应用热力学分析中的火用分析法对此方案进行分析验证，以此证明此方案的可行性。实现柴油机高的功率密度，关键是高效的燃烧技术，目前有高压喷射燃油系统、高燃烧压力设计和高增压技术。本文所设计柴油机的工作要求是在低速时扭矩特性好，并且在必要时发出较大的功率，这对单一的往复式柴油机通过改进燃油系统或燃烧压力是很难做到的，只有采用高增压技术来实现。本文提出了2种串联式、2种并联式和1种复合式废气热能利用方案。在GT-POWER建模的过程中，采用分块建模的思想，将实际柴油机划分为增压、进排气、中冷器、气缸及曲轴箱等子系统，实现从实际模型到物理模型的转化；结合所给柴油机结构参数，根据热力学、传热学等方面的知识，将物理模型进行定量的数学描述，将收集的数据及资料输入相应的模型中，实现从物理模型到数学模型的转化；结合实际柴油机的结构，联接各模块以构成完整的模型，实现从数学模型到仿真模型的转化，最终完成模型的建立。在对柴油机废气能量利用方案分析之前，由于建模过程中对柴油机进行了简化处理，所以模型建立完成后需对模型进行校核和调整，以保证原机模型的仿真结果与其试验结果相一致。根据实际情况通过调节模型中的参数，最终使仿真结果与试验结果之间的相对误差小于3%。在校核过程中由于增压系统与发动机之间是气动联接，且增压器为自平衡原件，即其自身的输出与其本身和发动机输出输入有关，在校核过程中比较复杂，因此本文总结出了关于增压器的具体校核方法与增压器对柴油机性能的影响规律。在对柴油机废气能量利用方式方案分析过程中，结合5种方案中补燃室和动力涡轮布置位置，在校核后的原机模型基础上建立各自的模型，通过分析，找出各方案的优缺点，对方案进行优化，确立最终方案，并结合热力学中的火用分析法对其进行验证，证明了其可行性。
夏兴兰, 潘秀明, 吴志新, 李德桃[9]1997年在《柴油机可用能分析》文中进行了进一步梳理利用可用能分析法分析了柴油机工作循环中的各项可用能，指出了柴油机能量损失的主要根源，并通过与热力学第一定律分析所得结论的比较，显示了可用能分析的意义画出了柴油机实际工作过程的Ｔ－Ｓ图，并进行了详细分析
朱文霞[10]2017年在《基于进气组分设计的柴油机工作过程与喷油策略数值模拟研究》文中认为高原高海拔地区大气压力和氧浓度偏低,影响柴油机运行时的进气质量,导致进气充量的氧浓度降低,燃烧不充分,碳烟(Soot)排放增大,动力性和经济性降低。控制进气中不同组分气体的掺混比例是旨在增强发动机的高原适应性,实现发动机在高原环境下的高效低排放燃烧过程的一项主动控制技术。本文以高压共轨柴油机为研究机型,以正庚烷/甲苯/正己烯混合物简化机理作为柴油燃料燃烧化学反应动力学机理,应用计算流体动力学软件AVL FIRE耦合化学动力学机理建立叁维CFD数值模型。基于该动力学耦合模型,以海拔3000米大气环境(体积分数为16.2%O2+83.8%N2)为基点,模拟研究不同体积掺混比的进气组分(O2、H2、CO2)以及耦合喷油策略(主喷定时、预喷策略)对发动机工作过程的影响规律,揭示其对柴油机燃烧过程、重要活性基(OH、O)、碳烟前驱物(乙炔-C2H2、芘-A4)以及排放终产物(NO、Soot)形成的作用机理。针对不同体积掺混比进气组分的研究表明:相比其他组分,进气掺O2后,燃烧始点提前,预混燃烧比例减少,放热速率峰值降低,缸内活性基(OH、O)浓度升高,NO明显增大而Soot显着降低;进气掺H2后,放热速率显着加快,缸内压力和峰值温度最高,NO升高而Soot随掺混比增大而降低;进气掺CO2后,着火时刻最晚,缸内温度和压力最低,A4与C2H2的消耗反应持续期最长,其NO生成最少而Soot排放最高;此外,进气掺H2O后,NO随掺混比增大而降低,但Soot受掺混比影响较小。针对进气组分耦合喷油定时的研究表明:不同进气组分下,随喷油时刻提前,缸内活性自由基(OH、O)浓度及其分布区域增大,NO生成量增多。但随喷油时刻过度提前,燃烧始点反而推迟,燃烧放热速率、缸内燃烧压力与温度峰值降低,NO也相应减少;相比其他进气组分,进气掺O2时缸内O自由基浓度增大,soot降低且喷油时刻对其影响较小;进气掺H2时,缸内燃烧压力和温度峰值最高,OH自由基浓度及分布区域最大,soot随喷油定时提前大幅降低;进气掺CO2时,缸内燃烧压力与温度峰值最低,OH和O活性自由基最少,当喷油时刻提前超过24°CA BTDC时,燃油逐渐喷射到压缩余隙容积形成局部过浓区,C2H2和A4生成量增多,Soot排放随喷油定时进一步提前明显升高。针对进气组分耦合预喷策略的研究表明:对于不同进气组分,当预-主喷间隔为4°CA时,相比单次喷射,预喷使主喷滞燃期明显缩短(尤其掺H2时),瞬时放热率峰值与最大压力升高率(MPRR)均降低,但随预-主喷间隔增大,预喷对主喷燃烧影响减弱;相比其他组分,进气掺O2时,富氧氛围使燃油充分燃烧,预-主喷间隔对NO和Soot影响均较小;进气掺H2和CO2时,相比单次喷射,预-主喷间隔为4°CA时,C2H2和A4生成增多导致Soot显着升高(尤其掺CO2时)。但随预-主喷间隔增大,Soot因主喷滞燃期延长而逐渐降低;对于进气掺H2,预喷油量为10%时,随主喷定时的推迟,MPRR降低,但Soot升高;当预喷量增至20%时,预喷燃烧会引起大量H2早燃放热,削弱主喷定时对主喷燃烧的影响,MPRR因燃烧重心前移仍较高。因而对于进气掺H2,预喷比例不宜过高,且喷油定时应适当推迟。本文基于一维仿真软件GT-Power,建立柴油机原机的一维热力学仿真模型,开展不同EGR率耦合不同掺H2比对柴油机工作过程、热效率以及能量分配的影响研究;在此研究基础上,选取合适的EGR率和掺H2比,继续开展后喷策略对柴油机性能的影响研究。针对进气掺H2耦合EGR的研究表明:低EGR率时,进气中掺入H2后,改善燃烧质量,扭矩升高,有效燃油消耗率降低,Soot降低程度与有效热效率均随掺H2比的提高而增大;高EGR率时,进气中氧浓度大幅度降低,导致缸内燃烧变差,从而与H2改善燃烧质量的作用相抵消,随掺H2比的提高,Soot排放显着增大,有效热效率变化不大。此外,高H2掺混比下,EGR降低NO排放的程度显着。针对后喷策略的研究表明:相对于单次喷射,采用后喷策略,能大幅度降低Soot排放;随着主后喷间隔的增大,Soot排放呈现先减小后升高的变化趋势,且该变化趋势幅度随着后喷油量的增加而增大。随着主后喷间隔的增大,后喷时刻相应推迟,缸内峰值温度与压力变化不大,NO排放变化不大,而排气损失升高,有效热效率相应降低。随着后喷油量的增加,主喷油量相应减少,缸内峰值温度降低,NO排放减少,排气损失增大,有效热效率降低。
参考文献：
[1]. 柴油机工作过程热力学研究[D]. 兰旭光. 昆明理工大学. 2002
[2]. 柴油机工作过程的（火用）分析研究[D]. 杨秀奇. 昆明理工大学. 2004
[3]. 柴油机工作过程热力学研究[J]. 冯菊, 廖华新, 张立元. 内燃机与配件. 2017
[4]. 涡轮复合柴油机热力学分析及仿真研究[D]. 王晓鹏. 中北大学. 2013
[5]. 基于米勒循环的摆盘式柴油机热力学研究[D]. 张睿. 中北大学. 2013
[6]. 495柴油机燃烧过程模拟及性能优化[D]. 高学攀. 河北工程大学. 2011
[7]. 对置活塞二冲程柴油机工作过程耦合仿真与试验研究[D]. 章振宇. 北京理工大学. 2015
[8]. 基于GT-POWER的涡轮—活塞式柴油机热力分析及仿真研究[D]. 王强. 中北大学. 2012
[9]. 柴油机可用能分析[J]. 夏兴兰, 潘秀明, 吴志新, 李德桃. 南昌大学学报(工科版). 1997
[10]. 基于进气组分设计的柴油机工作过程与喷油策略数值模拟研究[D]. 朱文霞. 昆明理工大学. 2017
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