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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。

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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