基于GT-POWER的涡轮—活塞式二冲程柴油机热力分析与仿真研究

发布时间：2017-03-22 12:10

  本文关键词：基于GT-POWER的涡轮—活塞式二冲程柴油机热力分析与仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着柴油机循环效率、热效率、燃油经济性等技术的不断提高，多种复合柴油机应运而生。本文通过对Hyperbar增压发动机、绝热涡轮复合发动机深入分析研究，在增压二冲程柴油机的基础上，并结合燃气轮机特性提出新型的复合式二冲程柴油机，该复合方式为涡轮-活塞式。并运用火用分析方法和GT-POWER应用软件对其作了热力学分析及仿真优化，从而确定最佳的涡轮-活塞布置方案。在热力学分析的基础上，针对补燃室和动力涡轮在此复合柴油机中不同的布置方式，提出了7种可能满足本复合柴油机设计要求的方案；通过对整体发动机进行模块分析，并在GT-POWER仿真软件中搭建所选某增压二冲程柴油机的模型，结合试验数据校核所建模型；除此之外，针对原机模型，运用热力学理论对涡轮-活塞式二冲程柴油机并联模式和串联模式进行了规律性探究，并提出了可行性并联模式5种方案、串联模式2种方案；针对上述7种方案建立了仿真模型，并经过仿真计算和结果优化性分析，在满足复合柴油机设计指标的前提下，最终确定了两种满足本文柴油机设计要求的方案。 整体发动机进行仿真模型建立的过程中，本文通过对发动机进行分块建模，大致可以分为增压系统、冷却系统、进排气系统、曲轴箱、缸内燃烧模型等几大部分，从而实现从理论上对整体发动机的仿真实现，在此过程中对发动机的结构参数和环境变量的设置尤为重要，需要经过反复运行，并结合试验数据和模型运行后发动机的缸内爆压、单位曲轴转角压力升高度、平均有效压力等重要结果作为参照，，对模型进行修改和调整。为了满足仿真结果和试验结果基本一致，本文所搭建的某增压二冲程的模型运行相对误差限制在3%以下。除此之外，鉴于涡轮增压器与柴油机之间为气动联接，增压器与涡轮之间互平衡不受外界影响，整个发动机模型校核过程涡轮增压器调节较为复杂。因此，本文还整理出了其各个参数对其性能影响的规律 本文所设计复合柴油机是二冲程柴油机与燃气轮机系统联合循环进行工作。该燃气轮机系统包括燃气发生器、涡轮增压器、动力涡轮等。在低功率输出时，可以充分利用柴油机燃油消耗率低的优点；而在突发工况下，则利用涡轮复合发动机低比重量的优点大幅度增加功率输出。
【关键词】：柴油机 涡轮-活塞式 补燃室 动力涡轮 热力分析 仿真
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 前言10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 增压二冲程柴油机研究现状11-12
• 1.2.2 Hyperbar 高增压技术研究现状12-13
• 1.2.3 绝热涡轮复合发动机研究现状13-14
• 1.2.4 柴油机热力学分析研究现状14-15
• 1.2.5 柴油机数值模拟仿真研究现状15-16
• 1.3 问题的提出16
• 1.4 本文主要研究内容16-19
• 2 涡轮—活塞式二冲程柴油机热力学分析19-52
• 2.1 涡轮—活塞式二冲程柴油机热力学火用分析模型19-28
• 2.1.1 狄赛尔发动机单循环火用分析模型19-23
• 2.1.2 燃气轮机单循环火用分析模型23-27
• 2.1.3 动力涡轮火用分析模型27-28
• 2.2 涡轮-活塞式联合循环热力过程分析28-38
• 2.2.1 狄赛尔循环29-32
• 2.2.2 布雷顿循环32-35
• 2.2.3 增压二冲程柴油机理想循环35-38
• 2.3 涡轮-活塞布置模式热力学分析38-51
• 2.3.1 并联模式热力分析38-46
• 2.3.2 串联模式热力分析46-51
• 2.4 本章小结51-52
• 3 增压二冲程柴油机仿真模型建立与校核52-65
• 3.1 柴油机工作过程仿真原理52-53
• 3.2 增压二冲程柴油机模型建立53-59
• 3.2.1 模型的建立53-54
• 3.2.2 边界条件的设置54-59
• 3.3 增压二冲程柴油机模型校核59-64
• 3.3.1 中冷器的校核60
• 3.3.2 涡轮增压器的校核60-63
• 3.3.3 其他参数的校核63-64
• 3.4 本章小结64-65
• 4 涡轮-活塞式二冲程柴油机的提出及优化分析65-78
• 4.1 涡轮-活塞式二冲程柴油机的提出65-66
• 4.2 涡轮-活塞式柴油机方案的建立及分析66-77
• 4.2.1 并联式方案建立及分析66-74
• 4.2.2 串联式方案建立及分析74-77
• 4.3 本章小结77-78
• 5 结论与展望78-80
• 5.1 总结78
• 5.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士期间发表的学术论文84-85
• 致谢85

【参考文献】

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1 刘宇;基于GT-POWER的汽油机仿真及优化设计[D];吉林大学;2006年

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本文编号：261486