大小涡轮相继增压柴油机排气系统性能研究

论文摘要

排气系统不仅影响废气的排出,而且在增压柴油机中,排气管中气体的流动对其废气能量的利用、充量更换、泵气损失及柴油机的性能都有重要的影响。合理选择和正确设计柴油机的排气系统是柴油机总体设计的一项重要内容。大小涡轮相继增压技术在解决柴油机低负荷问题上具有很好效果,所以为采用该增压技术的柴油机合理选择和设计排气系统十分重要。因此,本文对TBD234V12大小涡轮相继增压柴油机排气系统进行的研究具有重要的意义。本文建立了TBD234V12型柴油机大小涡轮相继增压的计算模型。缸内采用零维模型,并采用三韦伯曲线叠加来模拟放热规律;进排气系统采用一维非定常流动模型,用有限体积法离散偏微分控制方程。根据计算模型,利用GT—POWER软件建立了定压、脉冲和MPC三种增压系统的大小涡轮相继增压柴油机的仿真模型。设计了大小涡轮相继增压柴油机的定压、脉冲和MPC三种增压方式的排气管结构,并利用所建的仿真模型对各增压方式下的排气管和连通管的多方案进行计算,并根据计算结果确定了各排气管的结构参数。利用GT—POWER仿真模型,对三种增压系统的相继增压柴油机按标准螺旋桨特性进行了模拟计算,研究了三种排气系统对柴油机的有效燃油消耗率、涡轮前排温、增压压力、最大爆发压力等性能参数的影响,并分析三种排气系统的特点。最后,根据计算结果,TBD234V12大小涡轮相继增压柴油机的排气系统选为脉冲增压系统。为了研究排气管的结构对气体流动的影响,寻找减少流动损失、提高排气能量传递效率的途径,利用Fluent软件,对TBD234V12大小涡轮相继增压柴油机的排气系统进行了三维流场计算,分析了其三维流场特征。计算结果清晰的表明了排气管道的结构对气体流动的影响,为排气系统的设计、改进及优化提供了依据,为今后的进一步研究打下了基础。此外,本文对强化后的三种增压系统的TBD234V12大小涡轮相继增压柴油机按标准螺旋桨特性进行了模拟计算,分析了三种增压形式的排气系统的特点,为高增压相继增压柴油机排气系统的选择提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 相继增压系统及国内外研究概况
• 1.3 内燃机增压系统的现状与发展
• 1.4 内燃机进排气系统流动过程数值模拟的发展概况
• 1.5 本文所做的工作
• 第2章 柴油机工作过程仿真模型
• 2.1 TBD234V12柴油机简介
• 2.2 计算模型
• 2.2.1 气缸内热力过程的基本微分方程
• 2.2.2 进排气系统模型
• 2.2.3 废气涡轮增压器计算模型
• 2.2.4 中冷器计算模型
• 2.3 仿真模型的建立
• 2.3.1 计算参数的调试
• 2.3.2 大小涡轮相继增压柴油机各增压仿真模型的建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 相继增压柴油机排气系统设计
• 3.1 定压系统排气管的设计
• 3.2 脉冲系统排气管的设计
• 3.3 MPC系统排气管的设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 不同增压系统柴油机的计算分析
• 4.1 不同增压系统柴油机的计算结果
• 4.1.1 定压模型的计算结果
• 4.1.2 脉冲模型的计算结果
• 4.1.3 MPC模型的计算结果
• 4.2 大小涡轮相继增压的计算结果分析
• 4.2.1 大小涡轮相继增压与常规增压的比较分析
• 4.2.2 不同增压系统的大小涡轮相继增压的计算分析
• 4.3 增压排气系统方案确定
• 4.4 本章小结
• 第5章 排气管道的三维数值模拟
• 5.1 建立多维模型的意义
• 5.2 排气管道的几何建模及网格化分
• 5.2.1 排气管道的几何建模
• 5.2.2 计算网格的生成
• 5.3 排气管道的计算模型及边界条件
• 5.3.1 计算模型
• 5.3.2 控制方程的离散及求解方法
• 5.3.3 边界条件和初始条件
• 5.4 排气管道三维流场计算及结果分析
• 5.4.1 1800r/min（2TC）时排气管流场计算结果
• 5.4.2 1518r/min（1TC大）时排气管流场计算结果
• 5.4.3 835r/min（1TC小）时排气管流场计算结果
• 5.4.4 结论
• 5.5 本章小结
• 第6章 强化后柴油机的计算分析
• 6.1 强化后柴油机的计算结果
• 6.2 强化后柴油机的计算结果分析
• 6.3 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢