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重型车用柴油机二级涡轮增压系统的研究

作　者: 吴旭艳
导　师: 王桂华
学　校: 山东大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 二级增压柴油机模拟计算旁通阀排气管路
分类号: U464.172
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着发动机行业的发展,对发动机全工况性能的提高提出了更高的要求,各种全工况适应的增压器及系统应运而生,如可变涡轮增压器、二级增压、相继增压、高工况放气以及低工况进排气旁通系统等。其中,二级增压以其良好的低工况特性以及与发动机宽广的匹配范围,越来越受到人们的重视。本文在WD615柴油机外特性试验的基础上对其二级增压系统的热力过程进行了研究,并针对高低两级增压器的不同空间布置对系统的进排气管路进行了设计。本文首先介绍了二级增压技术在国内外的发展现状。为了获得单级涡轮增压热力计算的边界和初始条件参数,对WD615柴油机进行了稳态台架试验研究,并在此基础上建立了单级增压的BOOST模型,利用油耗、中冷器前后进气温度、涡轮后排温以及爆发压力等试验数据与模拟计算结果进行比较以修正模型。在不改变配气相位等参数的基础上,对单级增压的进排气管路进行改造,建立二级增压的BOOST模型。根据对发动机的动力强化预期进行计算,通过低压级压气机出口参数以及中冷器的计算获得高压级压气机的进口参数,进而为二级增压系统选择了合适的高低两级增压器。利用二级增压模型对系统进行热力计算,对高低两级涡轮旁通阀的开度影响进行研究,对低压级中冷器、高压级中冷器和EGR冷却器对系统的影响进行分析,并为强化后的发动机确定了最佳配气相位。根据高低两级增压器轴线平行和垂直的两种空间布置,用三维软件分别设计出二级增压系统的三维造型,然后用Hyper-mesh抽出排气管路三维造型的内表面并画出面网格,最后在CFD软件中生成体网格。分两个涡轮旁通阀门均关闭、只开高压级涡轮旁通阀和只开低压级涡轮旁通阀三种情况对二级增压系统的排气管路进行CFD计算以验证排气管路设计的合理性。

全文目录

目录  4-7
摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
主要符号表  10-12
第一章绪论  12-20
  1.1 国外二级增压研究现状  12-16
  1.2 国内二级增压研究现状  16-17
  1.3 本论文研究内容概述  17-18
    1.3.1 本课题的目的和意义  17-18
    1.3.2 本文研究方法与内容  18
  1.4 本章小结  18-20
第二章试验及边界条件的取得  20-24
  2.1 WD615外特性实验  20-22
    2.1.1 试验介绍  20-21
    2.1.2 试验数据  21-22
  2.2 结构参数的测量  22
  2.3 本章小结  22-24
第三章单级增压模拟计算  24-34
  3.1 AVL-BOOST软件介绍  24-25
  3.2 柴油机工作过程的数学模型  25-28
    3.2.1 基本假设  25
    3.2.2 基本微分方程  25-26
    3.2.3 燃烧模型  26
    3.2.4 传热模型  26-27
    3.2.5 模型中部分参数的计算  27-28
  3.3 单级增压模型的建立  28-29
  3.4 模型结果与实验数据的比较  29-32
  3.5 本章小结  32-34
第四章二级增压系统虚拟设计  34-58
  4.1 二级增压总体方案  34-35
  4.2 发动机的动力强化计算  35-36
  4.3 低压级增压器的选取  36-37
  4.4 高压级增压器的选取  37-41
    4.4.1 低压级压气机出口条件的计算  37-40
    4.4.2 中冷器的计算  40
    4.4.3 高压级增压器的选取  40-41
  4.5 二级增压模型的计算与分析  41-51
    4.5.1 二级增压模型的建立  41-43
    4.5.2 二级增压模拟计算  43-46
    4.5.3 旁通阀开度的影响  46-49
    4.5.4 中冷与否的影响  49-51
  4.6 配气相位的优化  51-55
    4.6.1 进气迟闭角的优化  52
    4.6.2 排气提前角的优化  52-54
    4.6.3 气门叠开角的优化  54-55
  4.7 本章小结  55-58
第五章排气管路的设计  58-80
  5.1 管路设计的总体方案  58-59
    5.1.1 进排气结构方案一  58-59
    5.1.2 进排气结构方案二  59
  5.2 设计方案与流程  59-60
  5.3 计算网格划分  60-61
  5.4 初始、边界条件的确定  61-63
    5.4.1 边界条件  61-63
    5.4.2 初始条件  63
  5.5 CFD模型中阀门开度验证  63-64
  5.6 分析截面的选取  64-65
  5.7 计算结果及分析  65-76
    5.7.1 阀门均关闭时排气管道分析  66-69
    5.7.2 高压级阀门打开时排气管道分析  69-73
    5.7.3 低压级阀门打开时排气管道分析  73-76
  5.8 排气管路的优化  76-78
  5.9 本章小结  78-80
第六章总结与展望  80-84
  6.1 全文总结  80-81
  6.2 研究展望  81-84
参考文献  84-88
致谢  88-90
攻读学位期间发表的学术论文及所获专利  90-91
学位论文评阅及答辩情况表  91

重型车用柴油机二级涡轮增压系统的研究

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