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内燃机—斯特林联合循环装置的仿真分析及实验研究

作　者: 王双
导　师: 高文志
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 斯特林发动机 内燃机尾气 联合循环 加热器 实验 模拟
分类号: TK403
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着能源危机及气候变暖等环境问题的日益严重，汽车发动机能源消耗成为人们关注的热点问题。将内燃机尾气所携带的能量有效回收利用将对改善内燃机燃油利用率有重要的作用。本文应用斯特林发动机作为内燃机的后接热力循环装置，搭建内燃机-斯特林联合循环系统，探究了不同循环工况下的循环特性。将联合循环系统简化为三个模块：内燃机与排气系统、排气系统与斯特林机加热器、斯特林机加热器与斯特林机的数理模型，本文主要针对后两个模块进行仿真分析并搭建联合循环实验台进行实验测试，具体内容如下：1.针对斯特林发动机的特性，建立了α型斯特林发动机数学模型，并对设计样机进行数学模拟，探究不同循环条件下斯特林发动机循环特性。同时针对如何控制内燃机和斯特林发动机联合循环输出功的大小，对斯特林发动机功率调节参数进行了简要模拟与分析。2.为了使斯特林发动机能够高效利用内燃机尾气余热，针对斯特林发动机加热器换热特点，应用CFD软件对加热器换热流场进行三维模拟，探究出不同模拟工况条件下，内燃机尾气释放的热量和加热器内工质吸收的热量，为变工况联合循环实验提供一定的理论基础。结合一维和三维数值模拟计算结果，对选定工况联合循环效率进行了耦合计算。由于加热器换热效果差，联合循环效率只提高0.4%。3.搭建了内燃机-斯特林联合循环实验系统，对联合循环进行实验测试，通过实验现象分析出联合循环存在的问题和不足。文章最后提出斯特林机加热器的改进方案，并对优化后的加热器模型进行了模拟计算和对比分析，为高效转化和利用内燃机尾气余热能具有重要的参考价值。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 废热回收技术介绍  9-10
  1.3 斯特林发动机简介  10-12
    1.3.1 发展简史  10-11
    1.3.2 基本特点  11-12
  1.4 内燃机废热回收方面的应用现状  12-13
  1.5 本文主要内容  13-14
第二章 斯特林发动机工作原理及分析方法  14-21
  2.1 斯特林发动机的构造  14-16
  2.2 斯特林发动机的工作原理  16-19
  2.3 斯特林发动机的热力过程分析方法  19-20
  2.4 本章小结  20-21
第三章 斯特林发动机模型建立及性能模拟  21-36
  3.1 数学模型的建立  21-24
  3.2 设计参数选取及模拟结果  24-26
  3.3 斯特林发动机动力特性模拟  26-29
    3.3.1 容积、压力变化  26-27
    3.3.2 循环功及工质质量分布  27-28
    3.3.3 能量分布及效率  28-29
  3.4 斯特林发动机动力特性的影响因素  29-32
    3.4.1 循环温度的影响  29-30
    3.4.2 循环压力的影响  30-31
    3.4.3 发动机转速的影响  31-32
  3.5 斯特林发动机变功率的调节参数  32-35
    3.5.1 压力调节  32-33
    3.5.2 死容积调节  33-35
  3.6 本章小结  35-36
第四章 加热器换热模拟及联合循环计算  36-56
  4.1 加热器三维模型校核计算  36-46
    4.1.1 换热校核计算  36-38
    4.1.2 模拟软件及建模步骤介绍  38-39
    4.1.3 初始条件的设定  39-43
    4.1.4 模拟输出结果的验证  43-46
  4.2 联合循环效率计算  46-49
  4.3 加热器性能模拟分析  49-54
    4.3.1 不同工质进口温度的换热计算  49-50
    4.3.2 不同工质的换热计算  50-52
    4.3.3 不同尾气流率的换热计算  52-53
    4.3.4 不同尾气温度的换热计算  53-54
  4.4 本章小结  54-56
第五章 联合循环实验及加热器再设计  56-65
  5.1 联合循环实验台架搭建  56-58
    5.1.1 实验目的和设备  56-57
    5.1.2 实验系统图  57-58
  5.2 实验步骤  58-59
  5.3 实验现象及结果分析  59-60
  5.4 加热器结构优化设计方案及模拟结果  60-64
    5.4.1 加热器改进设计  61-63
    5.4.2 数值模拟结果  63-64
  5.5 本章小结  64-65
第六章 全文工作总结及展望  65-68
  6.1 全文工作总结  65-66
  6.2 工作展望  66-68
参考文献  68-71
发表论文和参加科研情况说明  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 一般性问题 > 构造
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