压缩空气—燃油混合动力的研究

论文题目: 压缩空气—燃油混合动力的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 动力机械及工程

作者: 翟昕

导师: 俞小莉

关键词: 气动发动机,内燃机,混合动力,理论模型,匹配设计,试验研究

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 由于石油资源的短缺和环境保护问题的加重，人们在不断的努力寻找石油代替能源和零排放新型动力机械。气动发动机以液氮和压缩空气为工作介质，其能量主要由电能转化而来，并且是零排放发动机，解决了对石油资源的依赖和对环境的污染问题。但是其功率密度较低，续驶里程较短，基础理论研究相对滞后，以及工作过程中从环境吸收的热量有限是其缺陷。 而传统内燃机虽然有较高的热效率，但其工作过程中燃料燃烧产生的能量大部分散入大气，将这部分能量回收利用逐渐成为研究热点问题。将传统内燃机和气动发动机组成一种新型的动力机械——气动／燃油混合动力，能有效地改善气动发动机做功环境，提高输出功率，同时又对传统内燃机散入环境的热量有效回收利用，达到节能的目的。本文论述了这种新型混合动力，确定了混合动力的总体方案，并通过其工作过程的数学模型对其节能效果进行了预测，具体工作如下： 首先：建立了完整的气动发动机工作过程数学模型，详细分析进气参数和结构参数对气动发动机缸内工作过程的影响，并对排气管内的流动状态进行了仿真计算，以便为混合动力的匹配提供依据。得到以下结论： 1、进气压力较低时，气体可用能的利用率较高； 2、进气阀在活塞下行到1／4行程时关闭，发动机经济性最好； 3、增加进气压力和进气门开启持续角能增加发动机功率，但是经济性较差； 4、增加进气温度是增加发动机功率和改善经济性最有效途径； 5、增加排气背压可减小排气管内不同位置的压力波和流量波的相位差。 其次，通过对气动发动机的详细的台架试验验证了气动发动机工作过程的理论模型，同时测得了气动发动机的速度特性曲线和负荷特性曲线。试验结果同计算结果有较好的一致性，但在缸内工作过程的排气阶段两者差异较大，这是由于试验样机的漏气造成的。根据速度特性和负荷特性得出了气动发动机的工作特性； 1、当进气压力确定时，气动发动机运行在相对较低的转速时，其经济性能和动力性能都较好；

论文目录:

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.1.1 传统车用动力与石油资源短缺

1.1.2 传统车用动力与环境污染

1.1.3 替代能源与零排放是清洁汽车行动的最高目标

1.2 课题研究相关领域的技术发展与现状

1.2.1 气动发动机研究工作进展及存在的主要技术问题

1.2.2 内燃机增压技术的发展

1.2.3 气动／燃油混合动力问题的提出

1.3 课题研究主要内容和基本目标

第2章 气动发动机工作过程的理论研究

2.1 缸内热力循环的数值仿真

2.1.1 数学模型的建立

2.1.2 求解方法及边值条件

2.1.3 计算结果及其分析

2.2 排气流动过程数值仿真

2.2.1 理论模型

2.2.2 求解方法及其结果分析

2.3 本章小结

第3章 气动发动机台架性能试验研究

3.1 试验台架的建设

3.2 主要影响因素的试验分析

3.2.1 不同进气相位对缸内工作过程的影响

3.2.2 不同进气状态对缸内工作过程的影响

3.2.3 不同缸壁温度对缸内工作过程的影响

3.3 气动发动机的速度特性

3.4 气动发动机的负荷特性

3.5 本章小结

第4章 气动／燃油混合动力的总体方案设计与分析

4.1 空气利用的串联方式

4.1.1 总体方案设计

4.1.2 空气串联方式下的质量流与能量流

4.2 空气利用的并联方式

4.2.1 总体方案设计

4.2.2 空气并联方式下系统的质量流与能量流

4.3 空气利用的混联方式

4.4 三种方案共性问题的研究

4.4.1 利用内燃机废热实现气动发动机分级膨胀的可行性分析

4.4.2 从储气罐到气动发动机的管路设计

4.5 本章小结

第5章 气动／燃油混合动力发动机工作过程仿真

5.1 数学模型

5.1.1 气动发动机工作过程数学模型及前端换热器模型

5.1.2 内燃机工作过程数学模型

5.1.3 循环水传热模型

5.2 空气串联方式工作性能的仿真

5.2.1 前端换热器传热仿真

5.2.2 内燃机工作性能数值仿真

5.2.3 循环水换热数值仿真

5.3 空气并联方式的工作性能的仿真

5.3.1 前端换热器传热仿真

5.3.2 内燃机工作性能数值仿真

5.3.3 冷却水换热数值仿真循环分析结果

5.4 本章小结

第6章 全文工作总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 展望

参考文献

附录

攻读学位期间科研成果

致谢

发布时间: 2006-11-22

参考文献

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