TY3100非道路用柴油机整机系统建模与仿真

发布时间：2017-07-03 05:07

  本文关键词：TY3100非道路用柴油机整机系统建模与仿真

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【摘要】： 能源和环保是当今世界发展的两个主题。随着经济社会的发展,非道路用柴油机的污染物排放问题日益得到人们的普遍关注。世界主要国家均制定了非道路用柴油机的排放法规。柴油机整机系统建模仿真,在柴油机设计、性能改进方面发挥了越来越重要的作用,而且有着实验无法比拟的优越性。因此,本文对TY3100非道路用柴油机进行整机系统建模仿真,为改善该柴油机性能提供依据。 本文首先探讨了基于GT-Power软件的TY3100非道路用柴油机整机系统建模方法,主要包括以下内容:介绍了柴油机整机系统仿真的数学模型,详细分析了所采用的物理模型,包括缸内燃烧、传热及气体交换模型、管道摩擦损失、压力损失和传热模型等;探讨了模型中各模块参数的确定,包括:进排气系统的结构参数、进排气门升程及流量系数、燃烧和传热模型参数、摩擦损失等。利用所建整机系统模型,对该柴油机的外特性进行了模拟计算,结果表明,模拟结果与实验数据吻合良好。在此基础上,详细讨论了进气道管壁温度、传热系数、摩擦系数、压力损失系数等参数对计算结果的影响程度,有助于把握建模精度。 其次,对标定工况(2300r/min)、最大转矩工况(1700r/min)的性能进行了全面分析,包括缸内工作过程、进排气流动特性。分析结果为TY3100柴油机的性能研究和改进设计提供了必要的数据及理论依据。 另外,本文还在以下几个方面开展了深入的模拟研究:(1)在进气系统方面,考察了进气系统管路的长度和直径对发动机进气性能的影响;为改善各缸进气均匀性,重新设计了进气歧管,比较了进气歧管各出口流量以及各缸充气效率。(2)在排气系统方面,分析了排气歧管的长度和直径对充气效率、排气压力波动的影响;为改善排气性能,加长且加粗排气歧管,大大改善了排气过程中出现的排气倒流的现象。(3)在研究压缩比时,主要探讨了压缩比变化时的仿真计算方法;还考察了喷油正时对发动机性能的影响规律。(4)在研究配气系统时,考察了配气相位(进气门迟闭角度、排气门开启角度、气门叠开角度和气门间隙)对发动机性能的影响。计算结果表明,进气门迟闭角度、气门叠开角度和气门间隙对充气效率影响明显,而发动机转矩、油耗随排气门开启角度变化较大。通过对模拟结果的分析,为TY3100非道路用柴油机的改进设计和性能优化提供重要的理论依据。
【关键词】：非道路用柴油机 整机系统建模 性能优化 GT-Power
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 本文研究的目的及意义10-11
• 1.2 发动机工作过程分析研究的进展与现状11-12
• 1.3 发动机循环模拟计算的发展概况12-18
• 1.3.1 发动机循环模拟计算国内外研究现状13-16
• 1.3.2 发动机循环模拟计算国内外应用现状16-18
• 1.4 本文研究的主要内容18-19
• 第2章 柴油机工作过程的数学物理模型19-33
• 2.1 GT-Power软件简介19-20
• 2.2 数学模型基本原理20-22
• 2.2.1 基本控制方程20
• 2.2.2 控制方程的离散与求解20-22
• 2.3 管路模块22-24
• 2.3.1 管道壁面摩擦损失22-23
• 2.3.2 管道壁面压力损失23
• 2.3.3 壁面传热模型23-24
• 2.4 气缸模块24-29
• 2.4.1 基本假设24
• 2.4.2 气缸内热力过程的基本微分方程24-26
• 2.4.3 缸内热力过程数值计算辅助方程26-29
• 2.5 进排气门模块29-31
• 2.6 发动机性能参数计算31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第3章 TY3100柴油机整机系统仿真模型的建立33-50
• 3.1 TY3100柴油机整机系统模型的建立33-42
• 3.1.1 仿真模型的建立33-35
• 3.1.2 建模方法和参数设置35-42
• 3.2 建模过程中关键参数对发动机性能影响的研究42-47
• 3.2.1 外接管属性设定对计算结果的影响42-43
• 3.2.2 气道参数对计算结果的影响43-46
• 3.2.3 进气门流量系数对发动机性能的影响46
• 3.2.4 排气出口边界条件对发动机性能的影响46-47
• 3.3 参数的设定47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 TY3100柴油机整机系统仿真分析及管路优化50-66
• 4.1 计算结果分析50-56
• 4.1.1 缸内工作过程50-51
• 4.1.2 进排气流动性能51-56
• 4.2 进排气管路结构参数对发动机性能的影响56-62
• 4.2.1 进气歧管管长和直径对充气效率的影响56-59
• 4.2.2 进气腔的容积对充气效率的影响59
• 4.2.3 排气歧管的直径和长度对充气效率的影响59-62
• 4.3 进气系统改进设计62-65
• 4.3.1 不同进气管路流动模型的建立62-63
• 4.3.2 进气歧管出口流量及均匀性比较分析63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 柴油机整机系统仿真的应用研究66-78
• 5.1 压缩比对发动机性能影响66-68
• 5.2 喷油定时对发动机性能的影响68-69
• 5.3 配气相位对发动机性能的影响69-76
• 5.3.1 进气门迟闭角度(IVC)的影响70-72
• 5.3.2 排气门开启角度(EVO)的影响72-73
• 5.3.3 气门重叠角度对发动机性能的影响73-75
• 5.3.4 气门间隙对充气效率的影响75-76
• 5.4 本章小结76-78
• 第6章 全文总结与展望78-81
• 6.1 全文总结78-79
• 6.2 工作展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文86

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 郭超;李军;王文宾;陈伟;;可燃冰混合燃料发动机性能与排放的仿真[J];汽车安全与节能学报;2011年03期

2 彭才望;阳林;贺绍华;王行;;FSAE赛车发动机进排气管分析[J];公路与汽运;2012年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 丰平;基于柴油机燃油介质的VVT系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 朱博;高强化柴油机总体性能优化及关键技术分析[D];北京交通大学;2011年

3 王国正;TY3100柴油机燃油喷射系统建模仿真研究[D];武汉理工大学;2011年

4 马义;柴油机微粒捕集器再生仿真[D];武汉理工大学;2011年

5 王超;CAE技术在柴油机改型设计中的应用研究[D];武汉理工大学;2011年

6 吴卓键;柴油发动机燃用生物柴油的燃烧特性与排放特性研究[D];重庆交通大学;2011年

7 潘芝桂;天然气发动机进排气系统及配气相位优化研究[D];重庆交通大学;2011年

8 胡崴;一种新型185K单缸柴油机机械增压系统的开发[D];华中科技大学;2011年

9 钟睿;基于GT-Power的CNG摩托车发动机性能优化研究[D];重庆交通大学;2010年

10 刘高飞;TY3100EZ增压柴油机试验与整机性能循环模拟研究[D];武汉理工大学;2010年

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本文编号：512417