内燃式水动力系统工作性能的试验研究

内燃式水动力系统将传统内燃机与柱塞式水泵技术集成为一体，直接利用活塞往复直线运动输出水动力。试验表明，系统全工况输出压力比传统内燃机驱动柱塞泵系统提高15．21％～76．61％；输出流量降低0．69％～2．13％；输出功率提高13．63％～74．75％。系统在80％油门开度下实现了输出压力1．15MPa，输出流量4．8m^3／h的额定输出指标，对应系统转速约为1900r／min。内燃式水动力系统的工作原理正确、运行正常，实现了预期设计功能。     

三缸机械液压约束活塞发动机性能仿真

阐述了三缸机械液压约束活塞发动机(HCPE)工作原理,建立了系统工作过程的微分方程.对系统在转速为1000r/min～2400r/min、油门开度为30%～100%下的工况进行了仿真研究.与KM385B发动机驱动柱塞泵系统相比,输出流量全工况基本一致,输出压力大幅度提高(20.67%～87.67%),燃油消耗率相对改善(20.67%～87.67%),有效热效率相对改善(20.67%～87.67%).     

内燃机过渡过程动态数据采集分析系统

利用通用微机建立了内燃机过渡过程缸内压力、空燃比、瞬时转速及油门开度等信号的动态数据采集分析系统，应用该系统对４９２Ｑ汽油机的加速过程进行了测试分析。     

汽油混氢内燃机稀燃性能的仿真研究

在进气混氢体积分数为0、1%、3%和6%的条件下进行了汽油混氢发动机在低速、低负荷以及稀燃时的内燃机台架试验.根据试验得到的不同工况下发动机的缸压、进气流量及平均有效压力等数据对基于AVL Boost软件所建立的汽油混氢内燃机仿真模型进行了标定.利用该模型对相同进气压力、不同混氢体积分数和不同过量空气系数的条件下汽油混氢内燃机的稀燃性能进行了仿真.结果表明,混氢对稀燃时发动机低速、低负荷工况的燃烧过程改善效果较为明显,随着混氢体积分数的增加,稀燃时发动机指示热效率和做功能力均有所提高.相同混氢体积分数下,随着过量空气系数的增大,缸压峰值降低,缸压峰值所对应曲轴转角位置推迟.稀燃时,混氢后发动机火焰发展期和传播期明显缩短,缸压峰值升高且缸压峰值所对应的曲轴转角也有所提前.     

内燃式水泵方案分析与设计

为解决传统的内燃机-柱塞式水泵组合系统存在的效率低、成本高等问题．采用将传统内燃机与柱塞泵工作原理、技术及结构集成的方法，研制出了一种直接利用内燃机活塞的直线往复运动实现泵水功能的内燃式水泵。根据其工作原理提出了分别采用液压蓄能器、组合弹簧和飞轮提供回程动力的3种设计方案，并采用评分法对其进行了分析评价和选择，根据选出的方案完成了结构设计。仿真计算结果表明，内燃式水泵与内燃机-柱塞式水泵组合系统相比输出功率、有效热效率全工况相对改善13％以上，燃油消耗率全工况相对改善12％以上。     

柱塞泵斜盘交错角降噪结构优化

为了使斜盘式轴向柱塞泵的流体噪声在各种工况下都能够得到降低,研究并优化了一种柱塞泵斜盘交错角新型降噪结构.柱塞泵斜盘交错角是斜盘绕与斜盘倾角轴和主轴同时垂直的轴旋转形成的角度.交错角不同,柱塞在配流盘过渡区压缩量就不同,从而影响柱塞泵出口流量脉动和流体噪声.基于斜盘交错角降噪原理,建立带斜盘交错角的柱塞泵流量脉动模型,仿真分析了不同斜盘旋转角度对柱塞泵流量脉动的影响,结果表明：交错角旋转角度大于1°,柱塞泵流量脉动上、下峰值降低|旋转角度小于-1°,柱塞泵流量脉动上、下峰值升高|交错角旋转1°可以得到较好的降噪效果,并能在全压力范围内降低柱塞泵流量脉动,转速小于1 000 r/min时可以明显降低柱塞泵流量脉动.仿真模型的有效性通过“二次源法”得到了证实.     

一种测量变工况下内燃机污染物排放的方法

内燃机变工况下排气污染物测量所需的瞬态测功机,价格昂贵、使用复杂,制约着对内燃机变工况的研究。为解决该问题,开发了一种基于普通电涡流测功机和常规仪器设备的内燃机变工况下污染物排放测试系统,并针对车用内燃机面工况运行的特点,设计了几种适合该系统需要的变工况过程,如恒转速加转矩、恒转速减转矩、恒转矩加转速和恒转矩减转速的变工况过程.用该测试系统对6110直喷式柴油机变工况下的污染物排放进行了测量,结果表现出较好的规律性,说明该测试方法可以满足车用内燃机变工况下污染物排放的试验研究要求.     

JX493柴油机润滑系统分析及改进

通过利用流体仿真软件flowmaster对JX493柴油机润滑系统进行了一维建模,依据所建模型并利用节点压力网络算法对该润滑系统各处的压力、流量进行了仿真计算。根据计算结果对所建模型进行验证,将主油道压力的仿真值与机油泵性能试验中获得的主油道压力的试验值进行比较,两者结果基本吻合,说明所建模型准确。在发动机转速范围之内(1 000~3 600 r/min)选取6个不同的工况对润滑系统进行计算,通过计算分析发动机在不同转速下该系统的流压变化特性,并针对在高转速时机油泵供油量过大而造成驱动功损失的这一情况,对润滑系统进行改进采用叶片式变排量机油泵代替原有的定排量机油泵重新进行仿真模拟计算。根据计算结果比较两者机油泵在相同工况下的驱动功率,当发动机转速为3 600 r/min时,变排量机油泵的驱动功率相比定排量机油泵降低了33.7%,说明通过改进后柴油机在高速工况下的机油消耗量减少。     

基于SVR的轴向柱塞泵配流盘三角槽结构优化

为优化轴向柱塞泵的输出动态特性,提出了一种基于支持向量回归机(SVR)的柱塞泵配流盘三角槽结构优化方法。首先,根据轴向柱塞泵的工作原理对其输出特性进行建模,并通过试验对仿真模型的准确性和可行性进行验证,试验与仿真结果误差约为0.31%,理论模型与试验具有较好的一致性。然后,通过计算获取不同配流盘三角槽结构条件下的样本数据,基于SVR模型找出柱塞泵出口流量脉动与三角槽的深度角、宽度角间的对应关系,计算得到深度角与宽度角的最优解分别为11.2°和51.7°。最后,在相同工况条件下,将三角槽结构优化前和优化后计算结果进行对比分析,结果显示,柱塞泵优化后的流量脉动相比优化前降低了1.87%,为制作新产品缩短了研发周期和成本。     

不同辛烷值汽油对增压直喷汽油机影响的研究

通过台架试验,在涡轮增压缸内直喷（T—GDI）汽油机上研究辛烷值对车用汽油机动力性、经济性和排放的影响。试验结果表明：高辛烷值汽油能够提高汽油机的动力性,97号汽油在2000r／min时的外特性指示平均有效压力相对于95号汽油升幅达4．07％;在试验工况下,燃用高辛烷值汽油能够改善发动机的燃油经济性,中等负荷时油耗率降幅较大,而低负荷和高负荷时油耗率的降幅都较小,转速为2000r／min,制动平均有效压力为0．9MPa时油耗率最大降幅达2：8％;燃用高辛烷值汽油对降低THC、CO和NOx排放不利,97号汽油与95号汽油相比,大负荷时CO和THC的排放明显增加,NOx排放受转速和负荷共同影响,97号汽油与95号汽油相比,中高转速时随着负荷的增大,NOx的排放明显增加。     

存在热漏的内燃机与斯特林联合循环的有限时间的热力学研究

在分布式电站系统的应用研究中,根据总能系统和能量梯级利用的原则,基于有限时间热力学理论,建立了考虑热阻和热漏的内可逆内燃机循环与斯特林循环联合动力装置的热力学模型,导出了以压缩比、温度比等循环参数表示的联合循环功率和效率表达式。同时由数值计算分析了热漏等循环参数对循环性能的影响,以及循环功率与效率间的关系。所得结果对联合循环动力装置性能研究具有很重要的实际指导意义,同时对联合循环有限时间热力学理论做了进一步的扩充。     

压缩空气 燃油混合动力的研究

为了了解新型的混合动力--压缩空气/燃油混合动力的节能效果，提出了混合动力的串联、并联和混联3种组成形式，并通过数学模型对混合动力的工作过程进行了仿真分析，分析表明，这种混合动力能有效地提高内燃机燃料燃烧产生能量的转化效率以及气动发动机的输出功率，验证了压缩空气/燃油混合动力的节能效果.研究表明，在额定工况下，串联方式能够分别从内燃机排气废气和冷却循环水中吸收13.2％和6.7％的能量；并联方式能够分别从内燃机排气废气和冷却循环水中吸收26％和20％的能量；同时内燃机也可以省去冷却风扇和散热器，节能效果更加明显.     

地下煤炭气化发电系统运行特性的试验研究

介绍了山东新汶矿业集团在所辖的两个煤矿井进行的地下煤炭气化工艺流程、气化气态产物的主要成分和热值测定结果．地下煤炭气化的气态产物经过净化后，除了供给矿区25000户居民作为家庭用燃料以外，还作为内燃机发电机组的发电燃料，内燃机发电机组的单机额定发电功率为400kW．实际运行结果表明，机组的发电燃料单耗由于燃烧控制系统不能保证燃料充分燃烧造成气缸积炭而增加了15％～20％．为此提出了地下煤炭气化气体产物有效的净化流程，并对发电机组的运行参数、机组出力的影响规律和地下煤炭气化内燃机发电机组的运行特性进行了研究，得出了地下煤炭气化的气态气化产物的收到基低热值在5．72～16．161MJ／Nm^3范围内，气缸正常运行时的壁温范围为370～420℃．地下煤炭气化内燃机发电机组的正常连续运行时间超过4500h，为地下煤炭气化发电机组的推广应用提供了可靠的技术依据．     

CPICP阀式配流系统工作特性的实验研究

提出了约束活塞型内燃式水泵的概念和它的工作原理,对其阀式配流系统进行了动力分析。为了证实仿真模型可以作为约束活塞型内燃式水泵性能分析和其它系统性能比较的依据,对其阀式配流系统的工作特性进行了实验研究,并对此阀式配流系统工作特性的实验结果和仿真结果进行了对比分析,分析结果发现误差在6%以内。实验表明,在油门开度相同的情况下,随着转速的增加,出水阀的压力变化平稳,而出水阀的流量明显增加;在转速相同的情况下,随着油门开度的加大,出水阀的压力明显增加,而出水阀的流量变化不大。实验结果与仿真结果非常接近,可以说明有关的理论分析计算是正确的,仿真模型可以作为约束活塞型内燃式水泵性能分析和其它系统性能比较的依据。     

Study on pneumatic-fuel hybrid system based on waste heat recovery from cooling water of internal combustion engine

The paper proposes a novel pneumatic-fuel hybrid system,which combines a traditional internal combustion engine(ICE)and a pneumatic engine.One important merit of this concept is that the system can recover waste from cooling water of internal combustion engine to optimize the working process of pneumatic engine,and thus to improve the entire efficiency of the hybrid system.Meanwhile,energy-saving effect due to lower cooling fan power can be achieved on ICE by waste heat recovery of pneumatic engine.Based on thermodynamic analysis,an experimental system is designed and established for verification.The experimental results show that the performance of pneumatic engine is improved when the waste heat recovery concept of the hybrid system is applied.Then an application example on a 4-cylinder engine is analyzed and discussed using numerical simulation.The results show that the fan power of the ICE cooling system can be saved up to 50%by applying the hybrid system.Considering the appreciable improvements on the energy efficiency with only limited system modifications when the concept is applied to traditional ICE based power systems,the proposed hybrid concept has the potential to serve as an alternative technology aiming for energy saving and emission reduction.     

单组元液压自由活塞发动机关键技术

为解决传统内燃式液压自由活塞发动机对压缩比控制要求严格的缺点,采用单组元推进剂代替传统的矿物燃料,利用单组元燃料催化分解后释放出的高温混合气推动活塞组件往复运动,提出了一种对外输出液压能的新型液压自由活塞发动机.采用Fluent软件模拟在脉冲工作方式下,催化床的床载、比表面积、孔隙率、流阻等对单组元燃料分解特性和寿命的影响.通过在动力腔头部安装辅助电磁排气阀的方式来提高活塞的运行频率,提高输出功率.采用隔热陶瓷和合理的排气口设计来减小动力腔壁面热量损失,提高输出功率.利用软密封和硬密封相结合的方式来阻止动力腔的气体进入液压泵,保证了系统工作可靠.     

半导体激光器温度效应对调频体制激光雷达的影响分析

半导体激光器的输出光功率受温度的影响较大,当工作在平衡温度时,其输出光功率受动态平衡温度调制,给调频体制激光雷达测量性能带来影响。分析了温度、阈值电流、斜率效率三者之间的关系,并通过构建的测量系统测量了50 mW半导体激光器的光功率输出特性,根据理论和实验结果分析了其对调频体制激光雷达的影响。     

Numerical analyses and experiment investigations of an annular micro gas turbine power system using fuels with low heating values

This study investigates the effects of using fuels with low heating values on the performance of an annular micro gas turbine (MGT) experimentally and numerically. The MGT used in this study is MW-54, whose original fuel is liquid (Jet A1). Its fuel supply system is re-designed to use biogas fuel with low heating value (LHV). The purpose is to reduce the size of a biogas distributed power supply system and to enhance its popularization. This study assesses the practicability of using fuels with LHVs by using various mixing ratios of methane (CH₄) and carbon dioxide (CO₂). Prior to experiments, the corresponding simulations, aided by the commercial code CFD-ACE+, were carried out to investigate the cooling effect in a perforated combustion chamber and combustion behavior in an annular MGT when LHV gas was used. The main purposes are to confirm that there are no hot spots occurring in the liners and the exhaust temperatures of combustor are lower than 700°C when MGT is operated under different conditions. In experiments, fuel pressure and mass flow rate, turbine rotational speed, generator power output, and temperature distribution were measured to analyze MGT performance. Experimental results indicate that the presented MGT system operates successfully under each tested condition when the minimum heating value of the simulated fuel is approximately 50% of pure methane. The power output is around 170 W at 85000 r/min as 90% CH₄ with 10% CO₂ is used and 70 W at 60000 r/min as 70% CH₄ with 30% CO₂ is used. When a critical limit of 60% CH₄ is used, the power output is extremely low. Furthermore, the best theoretical Brayton cycle efficiency for such MGT is calculated as 23% according to the experimental data while LHV fuel is used. Finally, the numerical results and experiment results reveal that MGT performance can be improved further and the possible solutions for performance improvement are suggested for the future studies.