双增压柴油机排气系统设计与试验研究

发布时间：2017-09-23 04:06

  本文关键词：双增压柴油机排气系统设计与试验研究

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【摘要】：Z8170船用柴油机是国内内河航运主机的主力机型,由于内河航运受载货量、水流、水位和水速的影响,柴油机的负荷变化比较大,尤其是长期低速大扭矩的情况下,需要增压器的响应速度快。原机采用MIXPC (Mixed Pulse Converter)增压系统,低速时由于排气能量不足,使废气涡轮反应慢,增压器效率低,导致进气量不足,燃油消耗率升高,易出现冒黑烟现象,而且容易造成滑动农面磨粒磨损。为了减少增压器的转动惯量,解决运行迟缓,低速效率低、响应性差等问题,根据脉冲转换、多脉冲、MPC (Modular Pulse Converter)、MIXPC、MMPC(Modular Multi-Purpose Pulse Converter)等增压系统的优缺点,结合内河航运多用于低速大扭矩的实际情况,决定采用两个增压器并联的脉冲转换增压系统设计方案。该设计方案充分考虑脉冲转换的特点,既改善柴油机低速响应速度,降低燃油消耗率又能满足额定负荷的使用要求,同时还能控制生产制造成本。本文采用FLUENT+BOOST仿真计算与台架试验相结合的设计手段,完成了Z8170双增压器柴油机排气系统的设计工作,主要研究内容如下：(1)在充分考虑柴油机燃油经济性、零部件通用性、可维护性和制造成本等因素后,确定8170双增压器脉冲转换器增压系统的总体设计方案。(2)根据柴油机的总体布置形式,参照国内外船用发动机排气歧管的结构形式,初步设计多种排气歧管设计方案。利用FLUENT软件分析废气在排气歧管中的通流特性,优选通流特性比较好的排气歧管作为研究对象。(3)在实测数据的基础上完成Z8170-8型柴油机的热力循环分析模型。通过模拟计算,分析柴油机双增压排气系统采用不同结构排气歧管的性能变化。并根据计算结果,确定排气歧管的最优设计方案。(4)针对每4个气缸采用一个增压器的双增压器并联设计方案,对柴油机进、排气系统进行了重新设计。通过台架性能试验,研究柴油机与增压器联合运行特性、柴油机燃油经济性以及瞬态响应特性。台架试验表明：当Z8170双增压器柴油机按推进特性工作时,柴油机始终在压气机的高效率区间内运行：与原Z8170柴油机相比,Z8170双增压器柴油机具有燃油消耗率低、瞬态调速率好、调速时间短的优点。
【关键词】：柴油机 双增压器 排气系统 仿真计算 台架试验
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题的来源与研究意义13-14
• 1.2 国内外的研究现状14-18
• 1.2.1 定压增压系统15
• 1.2.2 脉冲增压系统15
• 1.2.3 脉冲转换器增压系统15-16
• 1.2.4 多脉冲增压系统16
• 1.2.5 MPC增压系统16-17
• 1.2.6 MIXPC增压系统17
• 1.2.7 MMPC增压系统17-18
• 1.3 仿真技术在排气系统研究中的应用18-19
• 1.4 课题的主要研究内容19-21
• 第2章 双增压PC系统方案设计和CFD仿真计算21-35
• 2.1 双增压PC系统方案设计21-22
• 2.1.1 双增压PC系统设计思路21
• 2.1.2 双增压PC系统设计要求21-22
• 2.2 排气系统总体结构布置形式22-24
• 2.3 模型构建24-34
• 2.3.1 排气管模型设计24-26
• 2.3.2 网格划分与计算求解26-28
• 2.3.3 FLUENT计算结果分析28-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 柴油机一维热力循环模型分析35-51
• 3.1 AVL BOOST软件35
• 3.2 基础数据测量35-41
• 3.2.1 气道吹风试验35-39
• 3.2.2 缸内气体压力测量39-41
• 3.3 原机一维热力循环模型标定41-47
• 3.3.1 模型设计42
• 3.3.2 模型参数设置42-43
• 3.3.3 模型标定43-47
• 3.4 双增压PC系统一维仿真设计47-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第4章 双增压PC系统柴油机匹配设计与试验研究51-63
• 4.1 柴油机匹配设计51-55
• 4.1.1 机体部件匹配设计51-52
• 4.1.2 排气管部件设计52-53
• 4.1.3 进气管部件设计53
• 4.1.4 滑油管系部件匹配设计53-55
• 4.2 试验条件与试验方法55-57
• 4.2.1 试验条件55-56
• 4.2.2 试验方法56-57
• 4.3 试验结果分析57-62
• 4.3.1 柴油机与增压器匹配特性57-58
• 4.3.2 推进特性与负荷特性58-59
• 4.3.3 突加响应特性59-60
• 4.3.4 低速大扭矩性能60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 全文总结与展望63-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间发表的学术论文和取得的专利69-71
• 致谢71-72
• 附件72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘威;王银燕;王正祥;徐浩;包方芳;;某型增压柴油机排气系统的仿真研究[J];内燃机与配件;2013年10期

2 蒲雨新;郭振;吴娜;郭荣春;王希波;;基于分段控制的MMPC排气管段几何建模方法[J];山东交通学院学报;2012年03期

3 李树生;王娅萍;董占春;郝利华;孙洁;;MPC排气系统在16V柴油机上的应用[J];内燃机;2011年04期

4 张哲;马朝臣;邓康耀;;VGT可调机构配合间隙优化研究[J];内燃机学报;2006年06期

5 杨世友,顾宏中,郭中朝;大功率16缸柴油机采用相继涡轮增压系统的模拟计算与研究[J];中国造船;2002年01期

6 刘会猛,刘永长,曹立,邓迎寒;两种三分支管模件流场数值模拟与比较[J];华中科技大学学报;2001年08期

7 金涛;MTU 16V 396 TE74L型高速柴油机增压的顺序控制功能[J];珠江水运;1999年06期

8 邓康耀;涡轮增压可变谐振进气系统的试验研究[J];内燃机工程;1999年02期

9 郭中朝,顾宏中;MPC增压系统的研究[J];柴油机;1998年02期

10 朱玉华,顾宏中,邬静川;顾氏系统与其他系统在改善舰船用高增压柴油机性能方面的计算比较[J];上海交通大学学报;1997年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 胡伯宗;8V150柴油机涡轮增压系统排气管系设计研究[D];上海交通大学;2009年

2 董占春;H8190柴油机增压系统与燃烧系统的研究开发[D];山东大学;2007年

3 胡宗杰;机车柴油机相继增压系统研究[D];大连铁道学院;2002年

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本文编号：903092