微型旋转摆式发动机的初步设计和热动力循环研究

发布时间：2017-08-22 09:37

  本文关键词：微型旋转摆式发动机的初步设计和热动力循环研究

  更多相关文章： 微型旋转摆式发动机 泄漏模型 零维模型 热动力循环 变参数研究

【摘要】：本文提出了一种微型旋转摆式发动机,具有功重比高,便于微型化等特点。针对微型旋转摆式发动机特殊的工作原理,本文开展了发动机的初步设计工作,通过实验和数值模拟结合的方法,在MATLAB环境下完成发动机运动学以及热力学建模,并对相关变参数工况进行了数值模拟,主要工作和结论如下:在MATLAB环境中根据矢量方程建立了数学模型,掌握了微型旋转摆式发动机驱动机构的设计方法,并且给出了一种满足本文要求的四杆长度比方案(3:0.82:2.38:2),并在UG建立虚拟样机仿真并加以验证。完成了发动机工作过程的稳态模型建立,并研究了发动机变参数工况的各项性能参数变化。结果表明,压缩比的升高会使得微发动机效率和功率呈先增大后减小的趋势,存在最佳压缩比;进气当量比对循环热效率影响显著,效率随着当量比的增加将出现峰值,当量比为0.6时,效率达到峰值17.57%;初始进气温度对热效率的影响很小,热效率基本维持在17.35%到17.39%之间;初始进气压力对微发动机性能有一定的影响,当泄漏间隙维持在20μm时,效率呈先增大后减小的趋势,当进气压力为0.1MPa时,出现效率峰值17.37%。探讨了燃烧持续时间对发动机性能的影响,随着燃烧持续时间的增加,效率和功率都呈下降趋势。当燃烧持续时间为0.5ms时,其热效率为25.1%,功率为4078.97W;当燃烧持续时间为4ms时,其热效率为7.24%,功率为1191.55W。评估了发动机转子与腔壁间的泄漏对发动机性能的影响,泄漏间隙越大,效率也越低。当泄漏大于50μm时,发动机只能在45Hz到165Hz之间工作并且最大效率不超过3.81%,功率不超过540W。随着频率的增加,效率呈现先增后减的趋势,出现效率峰值。随着间隙高度的增加,最大循环热效率从10μm对应的29.6%下降到50μm对应的3.81%,可见泄漏对微型旋转摆式发动机影响是巨大的。基于发动机的工作原理,完成了微型旋转摆式发动机试验平台的设计与搭建,并初步具有倒托工作以及测量发动机性能参数的功能。简化了实验方案,为该发动机的后续研发工作做出了铺垫。
【关键词】：微型旋转摆式发动机 泄漏模型 零维模型 热动力循环 变参数研究
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK40
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 研究背景14-16
• 1.2 微型热机的国内外研究动态16-20
• 1.2.1 微型热机国外研究概况16-17
• 1.2.2 微型热机国内研究概况17-20
• 1.3 本文研究目标和内容20-21
• 1.3.1 研究目标20
• 1.3.2 研究内容20-21
• 第二章 微型旋转摆式发动机运动学分析21-33
• 2.1 微型旋转摆式发动机的工作原理21-23
• 2.1.1 能量转换组件22-23
• 2.1.2 差速驱动组件23
• 2.1.3 微型旋转摆式发动机工作原理23
• 2.2 驱动机构的运动学特性分析23-30
• 2.2.1 驱动机构的运动模型建立23-25
• 2.2.2 四杆机构的设计方案25-30
• 2.3 虚拟样机技术验证30-32
• 2.3.1 建立运动学仿真模型30-31
• 2.3.2 运动特性仿真分析31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 微型旋转摆式发动机的稳态工作模型建立33-45
• 3.1 微型旋转摆式发动机热力学模型33-40
• 3.1.1 热力学过程的基本微分方程33-35
• 3.1.2 进排气质量流量方程35-36
• 3.1.3 燃烧模型36-37
• 3.1.4 混合气体的性质方程37-39
• 3.1.5 泄漏模型39-40
• 3.2 稳态工作循环阶段划分40-43
• 3.2.1 进气过程41-42
• 3.2.2 压缩过程42
• 3.2.3 燃烧膨胀过程42-43
• 3.2.4 排气过程43
• 3.3 计算流程43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 微型旋转摆式发动机的变参数研究45-63
• 4.1 压缩比对微发动机工作过程的影响研究45-49
• 4.2 混气特性对微发动机工作过程的影响研究49-56
• 4.2.1 混气当量比的影响49-51
• 4.2.2 混气初始温度的影响51-53
• 4.2.3 混气初始压力的影响53-56
• 4.3 燃烧特征时间56-58
• 4.4 泄漏间隙的影响研究58-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第五章 微型旋转摆式发动机实验研究63-77
• 5.1 微型旋转摆式发动机试验装置63-70
• 5.1.1 样机主体64-65
• 5.1.2 气源部分65-69
• 5.1.3 点火装置69-70
• 5.2 实验测量方案70-74
• 5.2.1 温度测量方案71-73
• 5.2.2 压力测量73-74
• 5.2.3 数据测量和采集系统74
• 5.3 实验流程与初步实验结果74-75
• 5.4 本章小结75-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 本文总结77-78
• 6.2 本文展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-84
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周雄;孔文俊;;燃烧特征参数对MICSE性能及热力过程的影响[J];工程热物理学报;2015年05期

2 邹腾安;潘存云;徐小军;陈虎;;双转子活塞发动机工作过程的数值模拟[J];国防科技大学学报;2014年01期

3 邓豪;潘存云;徐海军;张湘;;双转子活塞发动机功率传输系统理论研究[J];机械工程学报;2012年01期

4 张文波;潘存云;邓豪;;按给定传动比要求设计平面四杆机构[J];机械设计与研究;2010年06期

5 王谦;陈博;陈泽;;基于Matlab的微型发动机燃烧过程仿真建模[J];江苏大学学报(自然科学版);2010年02期

6 李晓波;郭志平;吴书伟;武利霞;张学文;;微型摆式二冲程内燃机柔性多体动力学仿真分析[J];机械工程师;2007年07期

7 王文;朱红海;乔显力;倪军;;摩擦对微型摆式发动机工作性能的影响模拟[J];工程热物理学报;2006年06期

8 席俊杰;;虚拟样机技术的发展及应用[J];制造业自动化;2006年11期

9 马向平;骆清国;张更云;桂勇;伍湘辉;;一种转叶式发动机的初步设计和研究[J];小型内燃机与摩托车;2006年04期

10 梁德旺,黄国平;厘米级微型涡轮喷气发动机主要研究进展[J];燃气涡轮试验与研究;2004年02期

，

本文编号：718399