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生物柴油发动机仿真及废热回收分析
作 者: 谢德平
导 师: 黄锦成;林铁坚
学 校: 广西大学
专 业: 动力工程
关键词: 柴油机 生物柴油 废热回收 仿真 零维燃烧模型
分类号: TK429
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 31次
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内容摘要
发展和使用新型替代能源和能源综合利用技术,已经成为当前科学研究的关注热点。本文对生物柴油在小型动力系统上的研究和应用前景,以及微型综合供能系统的发展概况进行综述和分析,阐明了本研究的目的和意义。介绍和总结了Modelica语言和Dymola软件的特点以及相关研究概况,并在Dymola仿真平台上建立了ZS195柴油机仿真模型和废热回收分析模型。通过仿真分析,作者对比了柴油、麻风树生物柴油和黄连木生物柴油对发动机动力性、经济性和排气温度的影响,并利用实验结果验证了发动机模型的准确性。该模型也可用于对其它生物燃料对发动机性能的影响进行预测。此外,作者还建立了废热回收分析模型,对发动机的能量分布进行模拟,计算了排气和冷却水中可回收热量,并对比分析了不同燃料对发动机CO2排放的影响,以及废热回收前后发动机的热效率和CO2排放改善情况。仿真分析结果与实验数据对比表明:模型对发动机的动力性、经济性以及排温的仿真结果与实验结果比较吻合,不仅可用于对柴油燃料的模拟计算,也适用于生物柴油;柴油机燃用生物柴油时的油耗率比燃用柴油时有所增加,而且生物柴油在大负荷工况下的排温总是低于柴油。仿真分析结果还显示:燃料热量对发动机性能、排温以及排气和冷却水热量有直接的影响。在不同转速和工况下,排气热量约为冷却水热量的1.5-2.1倍,而且在大负荷时,燃烧柴油所对应的排气和冷却水热量均高于生物柴油。受冷却水及排气中热量分布的影响,可回收冷却水和排气热量的模拟计算结果,也各自保持了相似的变化趋势,其中可回收的排气热量与发动机功率相近。在最小负荷时,可回收的冷却水和排气热量基本相等,而且可回收的排气热量比例随着负荷下降的趋势很明显。通过对比分析废热回收前后的情况表明:不考虑废热回收时,发动机燃烧不同燃料的最高热效率约为33%-35%。回收废热能量后,发动机在不同负荷和转速下的总热效率大幅提升,最高热效率约为82-83%,最低热效率也从不足20%提高到约60%,是之前热效率的2.3-3.6倍,节能效果良好。废热回收后,CO2的排放量大幅下降,仅为废热回收前排放量的40%左右,2000rpm最小负荷时的排放不到原排放量的30%,减排效果同样十分明显。相对于柴油,不考虑废热回收时生物柴油可降低CO2排放2%-9%,但在废热回收后其优势降低至1-2%左右。
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全文目录
摘要 4-6 ABSTRACT 6-11 第一章 绪论 11-17 1.1 引言 11 1.2 生物柴油的研究及应用 11-15 1.2.1 生物柴油概述 11-13 1.2.2 生物柴油应用于小型动力系统的研究概况 13-14 1.2.3 微型综合供能系统的研究概况 14-15 1.3 课题研究的意义和主要内容 15-17 1.3.1 课题研究的意义 15-16 1.3.2 课题研究的主要内容 16-17 第二章 基于仿真软件Dymola的研究简介 17-21 2.1 引言 17 2.2 Dymola及其仿真语言Modelica简介 17-20 2.2.1 仿真语言Modelica 17-18 2.2.2 仿真软件Dymola 18-20 2.3 基于Dymola的发动机仿真研究进展 20 2.4 本章小结 20-21 第三章 基于Dymola的系统建模 21-36 3.1 发动机热力系统建模 21-30 3.1.1 发动机热力系统数学模型 21-28 3.1.2 基于Dymola的发动机建模 28-30 3.2 废热分布及回收分析系统建模 30-35 3.2.1 废热分布及回收分析系统的数学模型 30-33 3.2.2 基于Dymola的废热分布及回收分析系统建模 33-35 3.3 本章小结 35-36 第四章 系统仿真及分析 36-48 4.1 发动机及燃油相关参数 36-37 4.2 生物柴油发动机仿真结果及分析 37-42 4.2.1 功率 37-38 4.2.2 油耗率 38-39 4.2.3 排气温度 39-41 4.2.4 CO_2排放 41-42 4.3 废热回收仿真结果及分析 42-46 4.3.1 能量分布 42-43 4.3.2 可回收的废热能量 43-44 4.3.3 废热回收前后热效率对比 44-45 4.3.4 废热回收前后CO_2比排放对比 45-46 4.4 本章小结 46-48 第五章 总结与展望 48-50 5.1 总结 48-49 5.2 工作展望 49-50 参考文献 50-55 致谢 55-56 攻读学位期间发表论文情况 56
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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 > 各种类型的柴油机
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