自由活塞膨胀机—直线发电机集成系统的试验与仿真研究

发布时间：2017-11-02 22:03

  本文关键词：自由活塞膨胀机—直线发电机集成系统的试验与仿真研究

  更多相关文章： 自由活塞膨胀机 直线发电机 试验研究 仿真研究

【摘要】：自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统是将自由活塞膨胀机与直线发电机的诸多优点相结合,组成一套适用于车用内燃机余热回收系统的动力装置。本文通过自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统的试验测试结果,对系统的工作过程进行了分析,并研究了进气压力、系统工作频率以及负载电阻等参数对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统性能的影响。此外,还基于MATLAB/Simulink软件搭建了自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统的仿真模型,并对该仿真模型进行了试验验证。同时,基于该仿真模型,研究了活塞初始位移、活塞-动子连杆质量以及直线发电机的载荷系数等对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统性能的影响。而且,还基于该仿真模型,针对试验过程中活塞在两个气缸内运动的不对称性现象,研究了进、排气角误差以及进、排气门开启时间误差对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统性能的影响。试验结果表明:当系统稳定运行后,活塞速度、加速度以及直线发电机的负载电压和功率将按周期性规律变化。同时,由于自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统的自身结构特点,在活塞运动过程中,活塞的上、下止点,将随着系统运行工况的变化而浮动。同时,还由于设备在加工、装配以及调试过程中,存在误差等问题,导致了活塞在两个气缸内运动的不对称性现象。当排气角减小时,由于排气门在活塞未达到上止点前已经关闭,此时,活塞在向上止点运动过程中,存在一个气体压缩过程,增大了活塞运动阻力,使活塞与气缸端面不发生接触,起到保护装置的作用。试验装置的参数精度对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统中活塞的运动特性有着重要影响:仿真结果表明,配气机构中进、排气角的加工误差以及进、排气门开启时间误差均对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统有着直接影响,这些参数误差均会导致活塞在两个气缸内运动的不对称性。
【关键词】：自由活塞膨胀机 直线发电机 试验研究 仿真研究
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.631
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 物理量名称及符号表7-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统13-14
• 1.3 国内外研究现状14-20
• 1.3.1 国外研究现状14-16
• 1.3.2 国内研究现状16-20
• 1.4 研究内容及研究目的20-23
• 1.4.1 研究内容20-21
• 1.4.2 研究目的21-23
• 第2章 自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统试验装置简介23-33
• 2.1 自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统的工作原理23-24
• 2.2 自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统试验装置的构成24-27
• 2.3 配气机构27-29
• 2.4 直线发电机以及负载电路29-30
• 2.5 自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统试验装置试验流程30-31
• 2.6 本章小结31-33
• 第3章 自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统的试验研究33-69
• 3.1 自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统工作过程分析33-42
• 3.1.1 自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统的工作过程33-37
• 3.1.2 高压气体在缸内的工作过程分析37-39
• 3.1.3 活塞的运动过程分析39-41
• 3.1.4 直线发电机的负载电压、功率的分析41-42
• 3.2 进气压力对系统性能的影响42-51
• 3.2.1 进气压力对气体在缸内工作过程的影响42-44
• 3.2.2 进气压力对活塞运动的影响44-47
• 3.2.3 进气压力对绝热效率的影响47-49
• 3.2.4 进气压力对负载电压、功率的影响49-51
• 3.3 系统的工作频率对系统性能的影响51-57
• 3.3.1 系统的工作频率对气体在缸内工作过程的影响51-53
• 3.3.2 系统的工作频率对活塞运动的影响53-55
• 3.3.3 系统的工作频率对绝热效率的影响55-56
• 3.3.4 系统的工作频率对负载电压、功率的影响56-57
• 3.4 负载电阻对系统性能的影响57-63
• 3.4.1 负载电阻对气体在缸内工作过程的影响57-59
• 3.4.2 负载电阻对活塞运动的影响59-60
• 3.4.3 负载电阻对绝热效率的影响60-62
• 3.4.4 负载电阻对负载电压、功率的影响62-63
• 3.5 系统性能影响因素的综合分析63-67
• 3.5.1 进气压力和系统的工作频率对绝热效率的影响63-64
• 3.5.2 进气压力和负载电阻对绝热效率的影响64-66
• 3.5.3 负载电阻和系统的工作频率对系统性能的影响66-67
• 3.6 本章小结67-69
• 第4章 配气机构对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统性能的影响分析69-85
• 4.1 自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统中配气机构的概述69-71
• 4.2 排气角对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统性能的影响71-76
• 4.2.1 排气角对气体在缸内工作过程的影响71-73
• 4.2.2 排气角对活塞运动的影响73-74
• 4.2.3 排气角对绝热效率的影响74-75
• 4.2.4 排气角对负载电压、功率的影响75-76
• 4.3 进气角对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统性能的影响76-82
• 4.3.1 进气角对气体在缸内工作过程的影响76-79
• 4.3.2 进气角对活塞运动的影响79-80
• 4.3.3 进气角对气缸绝热效率的影响80-81
• 4.3.4 进气角对直线发电机负载电压、功率的影响81-82
• 4.4 本章小结82-85
• 第5章 自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统的仿真研究85-105
• 5.1 MATLAB/Simulink介绍85
• 5.2 自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统仿真模型85-89
• 5.2.1 高压气体在气缸内的作用力分析86
• 5.2.2 直线发电机的电磁推力分析86-87
• 5.2.3 摩擦力分析87-89
• 5.2.4 基于MATLAB/Simulink的仿真模型89
• 5.3 仿真模型的试验验证89-91
• 5.4 仿真结果及分析91-98
• 5.4.1 活塞初始位移对系统性能的影响91-92
• 5.4.2 活塞-动子连杆质量对系统性能的影响92-93
• 5.4.3 直线发电机的载荷系数对系统性能的影响93-94
• 5.4.4 排气角对系统性能的影响94-98
• 5.5 试验装置参数误差对系统的影响98-102
• 5.5.1 进气角误差对系统性能的影响98-99
• 5.5.2 排气角误差对系统性能的影响99-100
• 5.5.3 气门开启时间误差对系统性能的影响100-102
• 5.6 本章小结102-105
• 结论与展望105-109
• 结论105-107
• 展望107-109
• 参考文献109-113
• 攻读硕士期间发表论文与申请专利清单113-115
• 致谢115

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 范宏;消除膨胀机系统的安全隐患[J];深冷技术;2005年02期

2 李敏霞;马一太;李丽新;杨俊兰;;二氧化碳摆动转子膨胀机的受力分析[J];天津大学学报;2006年01期

3 甄宏续;;膨胀机进水的检修[J];工程设计与研究;2006年03期

4 姚琳;陈保权;魏福平;;膨胀机停车故障分析与处理[J];深冷技术;2008年05期

5 林少荣;杨学军;朱莹;;膨胀机振动信号电缆的改造[J];深冷技术;2009年S1期

6 王树林;;膨胀机增压后冷却器漏水事故分析[J];低温与特气;2013年03期

7 李美玉;郑祥领;李正平;;膨胀机后冷却器泄漏引起的故障分析与处理[J];氮肥技术;2013年04期

8 申忠芳;50─110/12型膨胀机的改进[J];深冷简报;1970年02期

9 古信清;55-210型膨胀机在不停分馏塔下检修[J];深冷技术;1976年01期

10 苏荣礼;55-201型膨胀机维修简介[J];深冷技术;1976年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 马静;赵远扬;李连生;束鹏程;;喷嘴对能量回收用冲击式膨胀机性能的影响[A];第五届全国制冷空调新技术研讨会论文集[C];2008年

2 张加雷;;大焓降、高转速膨胀机设计中几个问题的探讨[A];天然气分离与液化技术研讨会论文汇编[C];2000年

3 马一太;赵丽;;常规工质双转子膨胀机的分析与试验介绍[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

4 王冰圣;赵远扬;李连生;束鹏程;;低温余热回收用涡旋膨胀机模拟及性能测试[A];第十三届全国热泵与系统节能技术大会论文集[C];2008年

5 李世文;神本武征;;快速压缩膨胀机中柴油喷雾火焰的壁面碰撞传热(英文)[A];材料科学与工程技术——中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年

6 闫家义;;100万方/日7.0MPa天然气膨胀机的研制[A];天然气分离与液化技术研讨会论文汇编[C];2000年

7 李敏霞;马一太;刘圣春;苏维诚;;CO_2热泵摆动转子膨胀机样机的研制开发[A];中国制冷学会2005年制冷空调学术年会论文集[C];2005年

8 杨俊兰;马一太;刘圣春;管海清;;CO_2跨临界膨胀机循环最佳高压压力计算[A];中国制冷学会2005年制冷空调学术年会论文集[C];2005年

9 张美兰;马一太;李敏霞;;CO_2双缸滚动活塞膨胀机的实验研究[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

10 韦伟;刘杰;陈江平;;采用蜗旋式膨胀机的小型ORC系统实验研究[A];上海市制冷学会2011年学术年会论文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 本报记者 戴敬华;借“前车之鉴”保设备稳定运行[N];中国冶金报;2005年

2 谭四祥　本报特约通讯员 汪建军;上士钟永林一手绝活饮誉高原[N];解放军报;2011年

3 钱文;国产PTA膨胀机已达到国际标准[N];中国石化报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 张业强;基于单螺杆膨胀机的有机朗肯循环系统性能研究[D];北京工业大学;2015年

2 宋盼盼;应用于有机朗肯循环的涡旋膨胀机非稳态流动特性研究[D];北京理工大学;2015年

3 李敏霞;二氧化碳跨临界循环转子式膨胀机的分析与实验研究[D];天津大学;2003年

4 张振迎;逆循环中能量回收涡轮膨胀机的理论和试验研究[D];天津大学;2014年

5 查世彤;二氧化碳跨临界循环膨胀机的研究与开发[D];天津大学;2003年

6 赵丽;制冷与热泵循环中膨胀部件的理论与试验研究[D];天津大学;2014年

7 曾宪阳;CO_2跨临界循环滚动活塞膨胀机和涡旋压缩机的研究[D];天津大学;2007年

8 姜云涛;CO_2跨临界水—水热泵及两缸滚动活塞膨胀机的研究[D];天津大学;2009年

9 安青松;CO_2滚动转子膨胀机内部相变膨胀过程机理分析与可视化试验研究[D];天津大学;2009年

10 管海清;CO_2跨临界循环膨胀机理与转子式膨胀机—压缩机研究[D];天津大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵戈平;二氧化碳工质的低温热源郎肯循环发电系统研究[D];上海交通大学;2014年

2 苑善通;低温地热能ORC发电系统涡轮膨胀机流场模拟研究[D];青岛科技大学;2016年

3 邹景煌;低品位热能有机朗肯循环热力学分析及实验研究[D];华北电力大学(北京);2016年

4 马杰;模糊免疫PID算法研究及其对膨胀机温度的控制[D];东北石油大学;2016年

5 余锦海;基于朗肯循环余热能量回收系统的膨胀机技术研究[D];湖南大学;2016年

6 常莹;自由活塞膨胀机—直线发电机集成系统的试验与仿真研究[D];北京工业大学;2016年

7 赵丽;逆循环装置中代替节流阀的双转子膨胀机的设计与模拟[D];天津大学;2010年

8 严雨林;有机朗肯循环系统涡旋膨胀机工作过程分析与实验研究[D];天津大学;2012年

9 吴锡江;基于涡旋膨胀机的车用小型余热回收系统开发[D];浙江大学;2012年

10 薛皓白;多级单阀膨胀机的理论与实验研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2014年

，

本文编号：1133342