高强化柴油机性能优化及可调涡轮增压系统匹配的仿真研究

发布时间：2017-03-19 09:00

  本文关键词：高强化柴油机性能优化及可调涡轮增压系统匹配的仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 随着世界范围内石油资源的日益匮乏和需求者要求的日益提高,世界各大柴油机生产厂商都在不断改进自己的产品以满足下一代交通工具对柴油机功率密度和功率质量比的要求。目前国内设计生产的高强化柴油机在升功率、油耗和可靠性方面与国外同类机型还有较大差距。本文以国外某型高强化柴油机为研究对象,进行了该高强化柴油机性能的仿真研究与分析,并开展了高强化柴油机与可调涡轮增压系统匹配的研究。 本文首先针对柴油机各物理子系统进行了数学描述,建立了高强化柴油机工作过程的数学模型,采用一维不定常流描述进排气系统的气体流动。应用GT-POWER软件全面建立了高强化柴油机的工作过程仿真计算模型,通过仿真结果和试验数据的比较,验证了仿真模型的可信性。在此基础上进行了该高强化柴油机标定工况的工作过程仿真计算,对其标定工况下的主要性能指标进行了预测分析。 针对该高强化柴油机主要运行参数和结构参数进行了优化研究。在确定了相关优化变量和约束条件后,应用GT-POWER自带的优化工具建立了以标定工况下柴油机动力性最优为目标的高强化柴油机性能优化的仿真模型,计算结果表明:经过参数优化后,该柴油机性能进一步提升。 针对高强化柴油机的性能要求,进行了高强化柴油机高增压系统的方案论证,确定了该高强化柴油机采用单级高压比可调涡轮增压系统。应用可调涡轮增压系统的仿真计算模型,研究了可调涡轮增压系统与高强化柴油机的稳态匹配规律。通过仿真计算,分析和总结了可调叶片位置对柴油机性能的影响规律,建立了高强化柴油机与可调涡轮增压系统的联合运行线。在此基础上,获得了全工况下可调涡轮增压系统的叶片位置脉谱。
【关键词】：高强化柴油机 GT-POWER 仿真研究 性能优化 可调涡轮增压 匹配
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 选题的背景和意义9-10
• 1.2 国内、外研究现状10-13
• 1.2.1 国外先进高强化柴油机研究现状10-11
• 1.2.2 柴油机与高增压系统匹配研究现状11-13
• 1.3 本课题的研究工作13-14
• 2 高强化柴油机工作过程的物理数学模型14-28
• 2.1 增压中冷柴油机的物理模型14-15
• 2.2 气缸内的工作过程数学模型的建立15-20
• 2.2.1 基本假设15
• 2.2.2 气缸内热力过程的基本微分方程15-17
• 2.2.3 缸内燃烧过程的数学描述17-19
• 2.2.4 进排气阀的流量计算19-20
• 2.3 进排气系统的数学模型20-24
• 2.3.1 一维非定常流模拟计算20-21
• 2.3.2 有限容积法计算模型21-23
• 2.3.3 中冷器参数的计算23-24
• 2.4 废气涡轮增压器的数学模型24-27
• 2.4.1 涡轮增压器的能量传递分析24
• 2.4.2 压气机特性参数计算24-26
• 2.4.3 涡轮特性参数计算26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 高强化柴油机工作过程的仿真计算分析28-43
• 3.1 概述28
• 3.2 发动机工作过程仿真软件简介28-29
• 3.3 高强化柴油机工作过程仿真模型的建立29-37
• 3.3.1 主要技术参数的选取29
• 3.3.2 工作过程仿真模型的建立29-31
• 3.3.3 模型的参数设置31-32
• 3.3.4 参数估算32-34
• 3.3.5 计算模型的主要输入参数表34-37
• 3.4 高强化柴油机仿真计算模型的验证37-38
• 3.5 高强化柴油机性能预测分析38-42
• 3.6 本章小结42-43
• 4 高强化柴油机性能优化的仿真研究43-58
• 4.1 概述43
• 4.2 性能优化的数学模型43-45
• 4.2.1 设计变量43-44
• 4.2.2 目标函数44
• 4.2.3 约束条件44
• 4.2.4 最优化数学模型44-45
• 4.3 最优化的计算方法45-46
• 4.4 主要结构参数和运行参数的优化46-52
• 4.4.1 压缩比和喷油定时对柴油机性能的影响46-48
• 4.4.2 喷油定时和压缩比联合优化48-49
• 4.4.3 配气相位的优化49-50
• 4.4.4 压缩比、喷油定时和进排气凸轮定时的四变量联合寻优50-52
• 4.5 进气系统的结构参数的优化52-54
• 4.5.1 进气歧管直径和管长的优化52-53
• 4.5.2 压气机到中冷器之间管路管径和管长的优化53-54
• 4.5.3 进气稳压腔容积的优化54
• 4.6 排气系统结构参数的优化54-56
• 4.7 优化前后柴油机性能对比分析56
• 4.8 本章小结56-58
• 5 高强化柴油机可调增压系统匹配研究58-71
• 5.1 高强化柴油机高增压系统选型论证58-60
• 5.1.1 方案一：高工况放气系统58-59
• 5.1.2 方案二：低工况进排气旁通系统59
• 5.1.3 方案三：增压转换系统59
• 5.1.4 方案四：可调涡轮增压系统59-60
• 5.2 可调涡轮增压系统与高强化柴油机匹配的特点及要求60-62
• 5.2.1 压气机和柴油机的匹配61
• 5.2.2 涡轮和柴油机的匹配61-62
• 5.2.3 可调涡轮和压气机的匹配62
• 5.3 基于仿真模型的可调涡轮增压系统稳态匹配规律分析62-70
• 5.3.1 可调涡轮增压系统匹配稳态工况模拟方法62-63
• 5.3.2 可调涡轮增压系统对增压压力和空气流量的调节效果63-65
• 5.3.3 可调叶片位置对高强化柴油机的动力性、经济性的影响65-68
• 5.3.4 可调涡轮增压系统与高强化柴油机匹配性能分析68-69
• 5.3.5 全工况可调叶片位置脉谱的确定69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 6 全文总结及工作展望71-73
• 6.1 全文总结71-72
• 6.2 工作展望72-73
• 参考文献73-75
• 作者简历75-76

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