大小涡轮相继增压柴油机稳态性能分析

论文摘要

提高柴油机升功率最有效的手段之一是提高增压压力,但随着高压比、高效率涡轮增压器的采用,增压器与柴油机的匹配矛盾更加突出。涡轮增压器不能满足柴油机全工况运行的需要,使部分负荷扭矩不足,热负荷增大。为了改善柴油机的部分负荷性能,使其更好地满足作为船用主机的性能要求,本文提出以TBD234V12柴油机为基础,研究船用V型柴油机采用大小涡轮相继增压,实现三区增压的可行性。首先建立增压柴油机各个子系统的数学模型,采用零维模型建立了缸内工作过程的计算模型;采用一维非定常流动模型对进、排气管中的气体流动进行建模,并且使用有限容积法离散了偏微分控制方程;根据废气涡轮增压器的平衡条件,建立了废气涡轮增压器的数学模型。其次应用GT-Power仿真软件建立了柴油机的稳态常规增压模拟计算模型,通过柴油机常规增压的试验数据对模型进行了校核,并且对该型机按Ne=Cn3螺旋桨特性进行了多组大小涡轮增压器的匹配研究,增压器选取Garrett公司的T系列涡轮增压器,根据柴油机在压气机特性图上的匹配运行线以及按螺旋桨运行时柴油机的性能参数选出了较佳的增压器。最后,对采用大小涡轮相继增压系统的TBD234V12柴油机进行负荷特性以及限制特性的仿真计算,研究柴油机采用小增压器工作,大增压器工作,以及两台增压器同时工作时的扭矩,功率,油耗等性能参数的变化,并且在两者的基础上绘制出了柴油机处于这三种工作状态下的万有特性曲线。结果表明,采用大小涡轮相继增压系统后,功率范围扩大,低油耗区扩大,在764r/min～1500 r/min转速时1TC状态在整个扭矩范围内油耗均比2TC的低,并且在中低转速高负荷区域内排气温度降低。可见采用大小涡轮增压技术是改善高Pe柴油机低工况性能,拓宽柴油机运行范围的有效措施。

论文目录

• Abstract
• 摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 相继增压系统的国内外发展概况
• 1.2.1 相继增压国外发展概况
• 1.2.2 相继增压国内发展概况
• 1.2.3 大小涡轮相继增压国内外研究概况
• 1.3 本文的主要研究方法
• 1.3.1 缸内过程的数值模拟
• 1.3.2 进排气管热力过程的数值模拟
• 1.4 本文所做的工作
• 第2章 增压柴油机缸内工作过程数学模型
• 2.1 增压柴油机热力系统组成
• 2.2 缸内工作过程数学模型
• 2.2.1 气缸内工质的基本热力参数
• 2.2.2 缸内热力过程描述
• 2.2.3 气缸的瞬时工作容积的计算
• 2.2.4 燃烧放热规律的计算
• 2.2.5 传热规律的计算
• 2.2.6 平均机械损失压力的计算
• 2.2.7 进排气阀口的流量计算
• 2.3 本章小结
• 第3章 换气系统的数学模型
• 3.1 进排气系统模型
• 3.1.1 一维非定常流动模型的建立
• 3.1.2 一维非定常流动模型的离散
• 3.2 废气涡轮增压器计算模型
• 3.2.1 涡轮增压器的能量传递分析
• 3.2.2 涡轮特性参数计算
• 3.2.3 压气机特性参数计算
• 3.3 中冷器模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 大小涡轮相继增压的匹配计算
• 4.1 TBD234柴油机简介
• 4.2 模型的建立及验证
• 4.2.1 相继增压的工作原理
• 4.2.2 模型的建立
• 4.2.3 模型的验证
• 4.3 涡轮增压系统与柴油机匹配的特点及要求
• 4.4 大小涡轮增压器的选型计算
• 4.4.1 大小涡轮增压器的选型原则
• 4.4.3 压气机特性图的拟合
• 4.4.4 大小涡轮增压器与柴油机的匹配计算结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 大小涡轮相继增压的稳态性能分析
• 5.1 柴油机特性曲线特点及拟合方法
• 5.2 柴油机特性曲线的计算分析
• 5.2.1 负荷特性的计算分析
• 5.2.2 限制特性的计算分析
• 5.2.3 万有特性的绘制及分析
• 5.3 本章小结
• 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