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柴油机匹配二级增压系统性能试验与模拟研究

作　者: 胡志林
导　师: 尧命发
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 柴油机 GT-Power 二级增压 匹配优化
分类号: TK423
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着石油资源日益枯竭和排放法规的日益严格,如何在保持高热效率的同时降低有害排放是目前柴油机技术的研究重点。两级涡轮增压技术是改善发动机性能、降低废气排放的一种有效手段。与单级增压方式相比较,两级增压通过对进气的连续增压,可以获得更高的压比,同时,由于二级增压系统在高压级匹配流量范围较小、转子惯性小的增压器,可以较好的改善发动机的低速扭矩和瞬态响应性。本文基于一维模拟计算软件GT-Power,对一台六缸高压共轨柴油机进行二级增压系统的计算匹配和试验研究。首先建立原机计算模型,根据原机的实验数据对模型进行校准,在此基础上,建立二级增压系统模型。计算结果表明二级增压系统能够大幅度增加发动机的进气流量、提高发动机的低速扭矩、改善低速燃油消耗率,同时二级增压柴油机较原机有更好的瞬态响应性能。在高速工况,由于二级增压系统高压级流量范围较小,导致发动机涡前压力升高,泵气损失增大,发动机的燃油消耗率有所上升。以燃油消耗率最优原则,采用GT-Power分别对二级增压系统高压级增压器和低压级增压器进行匹配,并开展相应的发动机台架匹配试验,实验结果与计算结果较为吻合。适当增大高压级增压器废气放气阀孔径,有利于改善发动机的高速工况性能。对所得最终二级增压方案进行了性能和排放试验,并与原机进行了对比,结果表明二级增压系统较原机CO、HC和PM加权排放均有不同程度的降低,但NOx排放和加权油耗略有升高。最后采用GT-Power软件对二级增压系统模型进行改进,计算结果表明对高压级增压器废气放气阀进行优化,能够进一步改善发动机的性能,为二级增压系统的进一步优化提供了参考依据。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-17
  1.1 引言  7-8
  1.2 内燃机增压技术  8-13
    1.2.1 增压系统的分类  8-9
    1.2.2 涡轮增压器与发动机的匹配  9-10
    1.2.3 内燃机增压技术的发展趋势  10-13
  1.3 数值模拟在发动机领域的应用  13-15
  1.4 本文的主要内容和意义  15-17
第二章 二级增压发动机计算模型的建立  17-33
  2.1 GT-Power软件介绍  17-20
    2.1.1 模块数据库的组织体系  18-19
    2.1.2 模块的分类  19
    2.1.3 模块所处状态的层次结构  19
    2.1.4 GT-Power软件仿真计算流程  19-20
  2.2 原机计算模型的建立  20-25
    2.2.1 原机的主要技术参数  20-21
    2.2.2 计算模型的参数设置  21-23
    2.2.3 原机计算模型的建立及校准  23-25
  2.3 二级增压系统计算模型  25-31
    2.3.1 计算模型的建立  25-27
    2.3.2 二级增压系统计算结果与分析  27-31
  2.4 本章小结  31-33
第三章 二级增压系统初步试验研究  33-42
  3.1 试验装置和设备  33-34
  3.2 试验研究方法  34-35
    3.2.1 功率校正  34-35
    3.2.2 进气流量的计算  35
    3.2.3 研究方法  35
  3.3 试验结果分析  35-40
    3.3.1 外特性试验  35-36
    3.3.2 负荷特性试验  36-38
    3.3.3 万有特性试验  38-40
  3.4 本章小结  40-42
第四章 二级增压系统的匹配与优化  42-63
  4.1 二级增压系统匹配的数值模拟研究  42-44
    4.1.1 高压级增压器的匹配  42-43
    4.1.2 低压级增压器的匹配  43-44
  4.2 二级增压系统匹配的试验研究  44-49
    4.2.1 外特性试验研究  44-46
    4.2.2 万有特性试验研究  46-49
  4.3 二级增压系统与原机性能和排放的对比  49-55
    4.3.1 外特性对比  49-50
    4.3.2 负荷特性对比  50-52
    4.3.3 万有特性对比  52-54
    4.3.4 气体及微粒排放测试  54-55
  4.4 二级增压系统的性能优化  55-61
    4.4.1 高压级增压器流量范围的调整  55-57
    4.4.2 高压级增压器废气放气阀参数的调整  57-58
    4.4.3 可控废气放气阀对二级增压柴油机性能的影响  58-61
  4.5 本章小结  61-63
第五章 全文总结  63-64
参考文献  64-67
发表论文和参加科研情况说明  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 柴油机 > 构造
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