液氮发动机工作过程数值仿真与试验研究

论文题目: 液氮发动机工作过程数值仿真与试验研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 动力机械及工程

作者: 张喜州

导师: 俞小莉

关键词: 液氮发动机,理论循环,数值仿真,试验研究,经济性能,动力性能,速度特性,负荷特性

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着环境保护和可持续发展的要求不断提高,汽车工业的发展也面临着能源和环保两方面的挑战。液氮发动机正是因应这种形势而出现,它没有缸内的燃烧过程也没有污染物的排放,是真正意义上的绿色动力;它以液氮储能不消耗石油资源,是对能源利用形式的一个新的有益的探索。本文以液氮发动机为研究对象,在国家教育部博士点基金项目“液氮发动机理论与实验研究”(No.20020335079)的支持下,在以下方面进行了研究: 1.在理论上从可用能分析的角度对液氮发动机缸内过程进行了分析,探讨了多级联合循环以及再热循环,并分析实际循环中应采取的合理的初始膨胀压力以及膨胀方式。 2.通过对液氮发动机缸内控制边界物理模型的分析,基于热力学第一定律的能量守恒原理和理想气体状态方程,建立了理想的一维的基于时间的液氮发动机缸内工作过程的连续状态数学模型。 3.根据上述的数学模型,基于Matlab/Simulink/Stateflow的工作环境建立了液氮发动机的缸内工作过程的Simulink模型,并通过与试验所得结果的对比验证了模型的正确性。 4.基于液氮发动机缸内过程的Simulink模型以及Matlab的分析环境,对旋转阀的结构参数和液氮发动机的运行参数如转速、进气压力等对液氮发动机工作过程的影响形式进行了分析。 5.基于S185柴油机改造的液氮原型机进行了试验研究,分析了进气相位对液氮发动机的动力性能以及经济性能的影响,得到了液氮发动机的速度特性和负荷特性。从数值仿真和试验研究的结果可以看出,液氮发动机具有理论和实践的可行性,有必要对影响液氮发动机性能的关键技术进行深入的研究,为液氮发动机的实际应用奠定坚实的理论与实践基础。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1．1 传统内燃机发展面临的挑战

1．1．1 环境问题

1．1．2 能源问题

1．1．3 应对措施

1．2 液氮发动机国外研究现状

1．2．1 基础研究现状

1．2．2 液氮发动机的可行性分析

1．2．3 在传统内燃机循环改造方面的应用

1．3 液氮发动机国内研究现状

1．4 本文的主要工作

1．4．1 本文的主要内容

1．4．2 研究的技术路线

第二章液氮发动机的理论基础

2．1 基础热力循环及其效率

2．1．1 卡诺循环分析

2．1．2 朗肯循环分析

2．1．3 布雷顿循环分析

2．2 液氮发动机朗肯循环缸内过程分析

2．2．1 朗肯循环的缸内过程

2．2．2 朗肯循环缸内过程的(火用)分析

2．3 多级联合循环分析

2．4 缸内过程再热循环分析

第三章液氮发动机缸内过程建模仿真

3．1 缸内过程的热力学理论模型

3．1．1 进气过程数学模型

3．1．2 缸内过程数学模型

3．1．3 缸内换热过程数学模型

3．2 基于 Matlab/Simulink的缸内过程仿真模型

3．2．1 系统仿真综述

3．2．2 Simulink仿真环境简介

3．2．3 液氮发动机缸内过程Simulink模型

3．3 基于模型的仿真结果分析

3．3．1 旋转阀的进气能力以及对缸内过程的影响

3．3．2 流量系数对缸内过程的影响

3．3．3 液氮发动机转速对缸内过程的影响

3．4 本章小结

第四章液氮发动机试验研究

4．1 液氮发动机试验台架

4．1．1 试验台架

4．1．2 主要测试仪表和传感器

4．2 液氮发动机的性能指标

4．3 试验结果与模型仿真结果的对比

4．4 液氮发动机试验性能分析

4．4．1 液氮发动机的机械效率

4．4．2 进气时刻对主要性能指标的影响

4．4．3 液氮发动机特性分析

4．5 本章小结

第五章总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

发布时间: 2005-10-08

参考文献

[1].柴油机余热驱动的液氮发动机复合系统循环优化及缸内流动仿真[D]. 苗晓南.杭州电子科技大学2013
[2].某有阀式脉动喷气发动机实验研究及数值仿真[D]. 沈文龙.南京理工大学2017

液氮发动机工作过程数值仿真与试验研究

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