YC6MK375N-30型天然气发动机热平衡系统建模与试验研究

【摘要】：在石油资源日益匮乏,环境污染不断加剧的前提下,开展天然气发动机相关性能研究具有重要的理论意义和应用价值。发动机热平衡实质上是研究燃料在气缸内燃烧产生热量的去向分布情况,由于热平衡涉及到燃烧、传热等复杂过程,产生很多不确定参数,给热平衡的研究增加了一定的难度和局限性。 针对发动机热平衡研究的现状,本文主要利用Simulink的仿真环境建立了YC6MK375N-30型天然气发动机热平衡系统缸内各子系统工作过程模型,同时建立排气系统模型,探讨了尾气利用的可行性,最后通过试验研究对发动机热平衡系统的热量分布进行了计算。全文主要研究内容包括： 论文首先全面系统的介绍了近年来国内外发动机热平衡研究的背景与意义,分析了缸内工作过程仿真、整机数值仿真以及整机热平衡试验的研究现状与研究背景。概述了发动机整机热平衡分析理论,介绍了发动机缸内工作过程的基本假设和建立数学模型,确定边界条件,奠定仿真基础。 论文利用Matlab/Simulink的仿真环境,建立发动机缸内热平衡过程各子系统模型,并通过仿真计算明确了影响发动机热平衡的因素。同时,建立天然气发动机的排气系统热力过程的物理和数学模型,建立其仿真计算模型。通过计算其排气热量研究吸收式制冷装置在废气利用中的可行性。 论文利用天然气发动机性能台架进行天然气发动机的热平衡试验,试验台架包括了测量仪器仪表以及相关传感器的布置情况,并制定了热平衡试验的试验方法,明确了试验要求。热平衡试验在不同工况下分别进行,通过控制试验条件,测出热平衡相关数据,并计算燃料产生热量的分配情况。 最后,论文总结了研究工作的主要内容,并对今后热平衡试验和热平衡系统建模仿真提出了展望。 【关键词】：天然气发动机 数值仿真 余热制冷 热平衡试验
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK433
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究的背景10-13
• 1.2 课题研究的目的及意义13-14
• 1.3 国内外研究现状14-18
• 1.3.1 天然气发动机研究现状14-16
• 1.3.2 发动机热平衡研究现状16
• 1.3.3 发动机废气余热利用现状16-18
• 1.4 本文研究的主要内容18-19
• 第2章 天然气发动机热平衡过程计算及基础理论19-35
• 2.1 研究对象19-20
• 2.2 天然气发动机的燃烧特性20-22
• 2.3 气缸内工质的热力学性质22-25
• 2.3.1 工质的成分22-23
• 2.3.2 混合气体的比热和绝热指数23-24
• 2.3.3 瞬时传热系数24-25
• 2.3.4 混合气体的内能和焓25
• 2.4 缸内工作过程的数学模型25-32
• 2.4.1 传热基本理论25-28
• 2.4.2 气缸内各阶段热力过程分析28-30
• 2.4.3 发动机气缸工作容积30-31
• 2.4.4 进、排气流量计算31-32
• 2.5 发动机热平衡计算32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 热平衡系统的建模35-45
• 3.1 发动机建模与仿真介绍35-38
• 3.1.1 数值计算模型的发展35-36
• 3.1.2 热平衡过程模拟软件36-38
• 3.1.3 Simulink在发动机模拟计算中的应用38
• 3.2 热平衡系统建模仿真流程38-40
• 3.3 发动机热平衡过程建模40-44
• 3.3.1 曲轴转角计算模型40-41
• 3.3.2 气缸容积模型41-42
• 3.3.3 工质性质参数模型42-43
• 3.3.4 燃烧子系统模型43
• 3.3.5 传热子系统模型43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 天然气发动机热平衡试验45-59
• 4.1 试验系统的总体布置45-50
• 4.1.1 试验用发动机45
• 4.1.2 试验用仪器45-49
• 4.1.3 热平衡试验台架总体布置49-50
• 4.2 热平衡试验方法及过程分析50-53
• 4.2.1 试验测量参量及精度要求50-51
• 4.2.2 试验条件的控制51-52
• 4.2.3 试验数据的表示与处理52
• 4.2.4 热平衡试验方法52-53
• 4.3 热平衡试验结果53-55
• 4.4 热平衡计算55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 排气系统热力过程及排气余热利用59-68
• 5.1 排气管的数学模型59-62
• 5.1.1 基本假设59
• 5.1.2 排气管内简化的微分方程59-60
• 5.1.3 排气系统的散热60-61
• 5.1.4 排气温度61-62
• 5.2 基于SIMUlink排气系统热力过程模型62-63
• 5.3 发动机排气尾气利用63-67
• 5.3.1 发动机余热制冷技术63-65
• 5.3.2 排气热量传递过程计算65-66
• 5.3.3 制冷机的热力计算66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 工作展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间参与课题与发表专利74

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