大功率气体机控制策略仿真平台研究

发布时间：2020-04-12 15:36

【摘要】：天然气的诸多优势及能源结构亟待改变升级的需求使得天然气在一次能源利用结构中的比重越来越大,大功率燃气发电机组作为利用天然气能源的有效途径,其市场份额也不断增加。本文研究对象为12V190大功率预混式天然气发动机,研究目的是构建12V190天然气发动机控制策略仿真平台,实现发动机稳态工况和瞬态工况模拟,验证仿真平台的可靠性,并在仿真平台上进行控制策略的研究。通过试验测试分析及仿真分析相结合的方式进行了研究工作。本文构建了 12V190天然气发动机稳态仿真模型,根据结构参数和缸内压力曲线,进行稳态工况的仿真。为了使发动机仿真模型更为准确,搭建了试验台架,进行了数据采集,仿真结果与试验数据对比验证了仿真模型的可行性。在稳态仿真模型的基础上,结合多组瞬态工况试验结果,将稳态模型准瞬态化,构建了发动机瞬态模型。通过试验测量对瞬态工况过程中混合气的流动和空燃比的变化规律进行了分析。本文通过发动机瞬态模型与simulink控制策略分析软件耦合的方法,建立了12V190发动机控制策略仿真平台,实现了瞬态工况的仿真。结合瞬态工况试验数据,对控制策略仿真平台瞬态工况仿真进行了验证,同时对天然气发动机空燃比控制策略进行相关研究。本课题控制策略仿真平台的研究工作可为大功率气体发动机控制策略开发和改进提供参考。
【图文】：

气体发动机,瓦斯气,比重

２０１６年１２月，国家发布的“能源发展”十三五规划中提出了以下目标：到２０２０逡逑年，天然气能源在一次能源消费中的比重要达到１０％，煤炭消费比重降到５８％逡逑以下；２０３０年，天然气消费比重达到１５％。如图１－１所示，截止２０１６年底，天逡逑然气在一次能源消费中的比重为７％，仍存在很大的发展潜力［１］［２】。相对而言，我逡逑国煤储量十分丰富，煤矿开采中会存在瓦斯气，目前瓦斯气直接排空处理的做法逡逑造成了能源的极大浪费。目前，通过有效途径对瓦斯气开展利用，有利于提高能逡逑源利用的多样化；此外，国内沼气、炼化尾气的利用率也相对较低。综上，气体逡逑能源在我国有较氋的发展前景。逡逑１逡逑

范围图,气体,预燃室,过量空气系数

逦山东大学硕士学位论文逦逡逑最早出现的燃气发动机采用开式燃烧室，当量混合比，提高压缩比能够提高逡逑功率，但同时带来了高压缩比带来了热负荷过大的问题。随着技术的发展，应用逡逑稀燃技术，过量空气系数可达１．６左右，可以在保证一定热负荷下，提高发动机逡逑功率。如图１－３发动机工作范围图所示，随着稀燃程度的提高，最小点火能量急逡逑剧增加，发动机失火现象频繁；为了解决这个问题，采用预燃室火花塞技术，提逡逑高点火能量，确保正常点火，应用预燃室火花塞技术进一步提高了过量空气系数。逡逑此外，随着稀燃程度的提高，发动机工作区域越来越窄，，更容易发生爆震和失火逡逑问题。目前采用供气预燃室技术，确保发动机正常工作，并使得过量空气系数可逡逑达２．０以上。如图１－４为不同发动机技术下的过量空气系数。逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK43

【参考文献】