某型天然气发动机工作过程仿真及性能优化

发布时间：2017-12-28 16:22

  本文关键词：某型天然气发动机工作过程仿真及性能优化　出处：《江苏科技大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 替代燃料 天然气发动机 控制参数 结构参数

【摘要】：随着船舶工业的飞速发展和排放法规的愈加严格,各国都在积极寻找发动机替代燃料。天然气热值高,储量较丰富,而且使用天然气的发动机排放污染小,所以成为发动机的理想替代燃料。选择合理的控制参数及结构参数,对天然气发动机动力性及经济性的提升具有重要作用。本文通过理论分析,试验研究和仿真模拟相结合的手段,对某型号天然气发动机进行研究。在企业的试验平台上进行了天然气发动机的性能试验,测试了全负荷工况时,天然气发动机的性能参数,即扭矩、功率、燃气消耗率、缸内压力等,随发动机转速的变化规律,并将天然气发动机的性能参数与柴油机进行对比。结果表明,天然气发动机的动力性指标较柴油机降低了,燃气消耗率及平均排气温度较柴油机有所升高。基于天然气发动机各项结构参数及控制参数,本文运用GT-Power性能仿真软件建立了8缸天然气发动机模型。在该模型的基础上,根据天然气燃料的理化性质,研究了压缩比、点火提前角、进气系统结构及配气正时对发动机性能的影响。模拟计算了不同负荷时,压缩比对发动机动力性、经济性及缸内燃烧的影响,分析了压缩比对发动机功率、扭矩、燃气消耗率、缸内燃烧压力及最大压力升高率的影响。结果表明,在压缩比为12.5时,发动机扭矩及功率得到提升,燃气消耗率及排气温度有所下降。模拟计算了不同负荷时,点火提前角对发动机动力性、经济性及缸内燃烧状况的影响,结果表明,点火提前角在18~20°CA时,发动机功率有所提升,燃气消耗率和排气温度有所下降。模拟计算了进气总管、进气支管结构参数对发动机性能的影响,分析了充气效率、缸内燃烧压力、扭矩及燃气消耗率随进气管结构参数的变化规律。计算结果表明,改进后的进气管结构参数,对提升发动机充气效率比较有利。模拟计算了三种典型转速下,配气相位对发动机性能的影响,分析了进气迟闭角对充气效率的影响,排气提前角对泵气损失的影响。结果表明,适当减小进气迟闭角能够提升充气效率,适当减小排气提前角,能够降低泵气损失,为废气的扫除和新鲜混合气的进入创造条件,从而改善原机的动力性及经济性。
[Abstract]:With the rapid development of the shipbuilding industry and the stricter emission regulations, all countries are actively looking for engine alternative fuel. Natural gas has high calorific value, rich reserves, and the use of natural gas engine emission pollution is small, so it becomes the ideal alternative fuel for the engine. The selection of reasonable control parameters and structural parameters will play an important role in improving the power and economy of the natural gas engine. In this paper, a certain type of natural gas engine is studied by means of theoretical analysis, experimental research and simulation. The performance test of natural gas engine in the test platform of enterprises, full load test, the performance parameters of the natural gas engine, the torque, power and gas consumption rate, cylinder pressure, changes with the speed of the engine, and the performance parameters of diesel and natural gas engine were compared. The results show that the dynamic index of the natural gas engine is lower than that of the diesel engine, and the gas consumption rate and the average exhaust temperature are higher than that of the diesel engine. Based on the structural parameters and control parameters of the natural gas engine, the 8 cylinder gas engine model is established by using the GT-Power performance simulation software. Based on the model, according to the physical and chemical properties of natural gas fuel, the effects of compression ratio, ignition advance angle, intake system structure and timing of gas distribution on engine performance are studied. The influence of compression ratio on engine power performance, economy and in cylinder combustion is simulated and calculated, and the influence of compression ratio on engine power, torque, fuel consumption rate, combustion pressure and maximum pressure rise rate is analyzed. The results show that when the compression ratio is 12.5, the engine torque and power are improved, and the gas consumption rate and the exhaust temperature have decreased. The influence of ignition advance angle on engine power, economy and in cylinder combustion condition is simulated and calculated. The results show that when the ignition advance angle is at 18~20 CA, the engine power is increased, and the fuel consumption and exhaust temperature decrease. The influence of intake manifold and intake manifold structure parameters on engine performance is simulated, and the change rules of aeration efficiency, cylinder combustion pressure, torque and gas consumption rate with inlet pipe structure parameters are analyzed. The calculation results show that the improved structural parameters of the inlet pipe are more favorable for improving the aeration efficiency of the engine. The influence of valve timing on engine performance is simulated and calculated under three typical speeds. The influence of intake delay angle on aeration efficiency is analyzed, and the influence of exhaust advance angle on pump gas loss is analyzed. The results show that reducing air intake delay angle can effectively improve the charging efficiency and reduce the exhaust advance angle. It can reduce the pump gas loss, create conditions for the exhaust gas cleaning and the entry of fresh mixed gas, so as to improve the power and economy of the original machine.
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK431

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