基于非线性模型的舰船电站柴油机瞬态特性仿真及试验研究

建立了舰船高背压涡轮增压柴油机的非线性动态仿真模型,并在VC 环境下开发了仿真软件,对负荷突加突卸、排气背压波动、停机过程等典型瞬态工况进行仿真研究。仿真结果与试验结果的比较表明该仿真模型具有较高的精度,可以用于研究柴油机在瞬态工况下的运行特性,可以较好的反映柴油机宏观的性能参数的动态特性,也可以从微观上描述柴油机的动态热力过程。     

波动高背压环境下的船用柴油机性能

针对波动高背压环境下的柴油机性能异化问题开展背压对柴油机性能影响规律研究,构建波动高背压环境的船用柴油机性能预测模型,并基于试验测量结果进行标定。基于该模型研究在不同背压环境下柴油机性能与关键参数的变化规律。结果表明：高背压显著影响柴油机输出功率,在背压为165 kPa时降幅高达69%,且排温快速达到限制值;在背压波动工况下,柴油机性能及运行参数呈现出围绕准稳态性能的迟滞环特征,该非定常迟滞效应在波动周期及背压时均值降低时均明显强化。柴油机配气系统内流体的气动惯性及涡前能量对背压的敏感度差异是造成在背压波动工况下柴油机性能迟滞效应的原因。     

一种RQV调速器的仿真模型及应用

本文针对RQV调速器进行研究，首次提出了其稳态及动态工作仿真模型并利用该模型对某柴油机进行了应用。应用结果表明：利用该调速器模型可模拟柴油机的稳态及动态工况工作过程，为进一步模拟车辆的动力性和燃油经济性打下相应的基础。     

高背压环境船用柴油机电辅助增压功率恢复

针对柴油机在水下高排气背压环境工作时功率下降问题,开展基于电辅助增压（electrically-assisted turbocharger,EAT）的功率恢复方法研究。构建高背压柴油机的性能预测模型并进行试验验证。对多种拓扑结构的电辅助增压方案进行对比研究,结果表明：电辅助增压拓扑结构选型和匹配优化主要受主增压器运行范围的制约。串联低压级电辅助方案能够优化柴油机高背压适应性,实现高背压工况较高的功率恢复水平。在0.135 MPa背压工况下可恢复至原机功率的90.9%,0.165 MPa工况恢复至88.1%,0.185 MPa工况恢复至84.9%。     

高背压柴油机涡轮增压器匹配设计试验

利用GT-POWER软件建立柴油机原机的一维性能仿真模型，基于标定后的模型修改涡轮喷嘴环直径，在高背压条件下进行涡轮和压气机初步选型，根据选型结果开展不同涡轮和压气机组合下的性能优化匹配试验。结果表明：EF06涡轮与HF11压气机的组合在典型排气背压工况下最大可持续功率可达1 665 kW，所对应的喘振裕度不低于15%。该结果证明了涡轮增压器匹配仿真及试验方法的正确性和有效性。     

基于Simulink在不同排气背压下VGT增压系统控制策略

为了改善柴油机在高背压环境条件下进排气流速降低、涡前排温、缸内最高燃烧压力和油耗升高等问题,采用Simulink软件,基于柴油机数学模型建立某型号柴油机零维仿真模型和可变截面涡轮(variable geometry turbine,VGT)增压系统仿真模型,并根据试验结果对模型进行校核.利用所建立的仿真模型模拟在不同排...     

高背压柴油机工作过程模拟和试验研究

本文对高背压柴油机的工作过程进行了模拟,按照柴油机的热力工作过程,将涡轮增压柴油机划分为缸内、排气管、涡轮增压器和中冷器四个热力系统,联立后形成柴油机工作过程模拟程序.为检验模拟程序进行了多工况的试验研究,结果表明模拟计算具有较高的精度.利用经考核的程序,对涡轮增压柴油机负荷特性的主要参数进行了研究.     

特殊背压下高增压柴油机增压器匹配性能研究

基于GT-power搭建了某高增压柴油机一维仿真模型,并通过试验数据对模型进行标定。利用该模型计算分析了柴油机在不同排气背压下的性能,利用计算结果配合试验,分析了排气背压高且波动范围大工况下的压气机和涡轮的匹配。研究表明:背压升高会导致柴油机性能恶化,通过增压器的合理匹配可以实现高排气背压柴油机功率的恢复,稳态工况下可以恢复至59.8%,背压波动工况可以恢复至66%;高排气背压工况应提高压气机低压比区域的效率和流量,并适当控制高压比区域的压比;涡轮喷嘴环流通面积对性能影响较大,过大或过小均不利于功率恢复,通过选择合适的涡轮,可使功率恢复提升10.9%;柴油机性能参数随排气背压波动做规律波动,但存在一定的延迟,波动的幅值与该性能参数的迟滞时间负相关。     

电动增压器不同布置方式对涡轮增压器的影响

通过仿真软件对某型废气涡轮增压柴油机进行建模,在原机模型基础上分别在涡轮压气机前端和后端加装电动增压器,分析增压柴油机满负荷和25%负荷工况下,电动增压器前置和后置对于涡轮增压器稳态性能的影响以及增压柴油机1800 r/min时,通过时间3 s,使柴油机负荷从25%提升至满负荷的瞬态工况下,电动增压器对涡轮增压器瞬态响应的影响。通过研究表明:稳态时,涡轮增压器压比和效率随柴油机负荷降低而下降,加装电动增压器能够提升进气流量和涡轮增压器压比以及涡轮增压器效率;瞬态时,设定工况下,电动增压器有助于改善增压柴油机涡轮增压器瞬态进气流量、压比、效率以及涡轮压气机转速响应差的问题。     

基于AMESim的柴油发电机组建模与仿真

利用系统建模与仿真软件AMESim建立了某柴油发电机组的仿真模型,进行了稳态过程和动态过程的仿真,并与试验数据对比,证明所建立的仿真模型具有较高的仿真精度,可以用于研究柴油发电机组在动态工况下的运行特性。     

基于Simulink柴油发电机组工作性能仿真

基于Simulink仿真平台,采用变步长算法建立柴油发电机组仿真模型,进行柴油发电机组在高排气背压、高进气真空条件下稳态、瞬态工作过程的系统仿真,并与试验数据进行对比,证明了模型具有较高的仿真精度,最后利用该仿真模型研究了排气背压、进气真空度对机组性能的影响。     

柴油机不同类型喷嘴内部空化流动特性的研究

柴油喷嘴内部空化效应是燃油液体射流雾化的重要原因之一。针对目前发动机上广泛采用的SAC型和VCO型两种柴油机多孔喷嘴,运用基于欧拉多流体法的多相流模型,通过全自动网格生成技术,对二者进行了多维数值模拟。将空化模型应用于数值模拟中,全面分析了喷射压力、喷孔背压、喷孔入口圆角半径和喷孔倾斜角等参数对喷孔内部空化流动及出口流量的影响。结果表明,增大喷射压力容易促使空化的发生,压力较大时,SAC型喷嘴出口流量变化不如VCO型的大;出口压力对空化起到抑制作用,减小出口压力有利于空化的形成,有助于喷孔出口燃油的雾化;喷孔入口圆角半径和倾斜角的增大,使得孔内流动变得更加顺畅,燃油蒸气体积变小,出口流量增加。所以孔内空化效应对缸内喷雾过程尤其是燃油液体射流的初始破碎的影响不容忽视。     

高强化柴油机涡流比与喷油压力匹配的多维燃烧模拟研究

采用CFD模拟软件FIRE对高强化柴油机缸内工作过程进行了模拟,分析了涡流比和喷油压力对缸内燃烧过程的影响。在此基础上对涡流比和喷油压力进行了综合优化匹配模拟,为小缸径柴油机燃烧系统的设计提供了理论依据。     

双燃料发动机燃烧放热规律分析及燃烧特性研究

从热力学和内燃机燃烧的基本理论入手 ,推导了计算分析双燃料发动机缸内工质成分和热力学参数的计算关系式以及求解双燃料发动机燃烧放热规律的微分方程式 ,基于面向对象技术开发了双燃料发动机燃烧放热规律计算软件。研究结果表明 :用传统柴油机分析方法计算双燃料发动机的放热率峰值偏小 ,所计算的缸内工质平均温度偏高 ,新模型计算的结果与实际情况更为吻合。该分析软件可以适用于多种燃料发动机 ,是内燃机燃烧放热规律的通用计算软件。双燃料发动机燃烧特性研究表明 :双燃料发动机初始放热率比纯柴油大 ,若着火始点在上止点后 ,双燃料缸内最大爆发压力比纯柴油低 ,否则比纯柴油高 ;控制双燃料发动机着火始点是控制缸内最大爆发压力和 NOx 排放的关键 ,双燃料发动机着火始点应在上止点后 ,可以使发动机爆发压力和 NOx 排放比纯柴油低。     

高速柴油机燃油喷射系统结构参数优化设计的计算机仿真

针对高速柴油机最常用的柱塞式燃油泵和孔式喷油嘴燃油喷射系统，开发了可实现系统主要结构参数优化设计的仿真软件。该软件以多变量无约束最优化方法和燃油喷射过程的动态仿真为基础，用Ｃ语言开发而成。以３１００高速直喷式柴油机用Ａ型柱塞泵和ＫＢＡＬ－Ｐ型喷油器为例，求得了基于给定工况和参数范围的最优结构参数值。计算结果表明该优化设计仿真软件在燃油供给系统的设计及主要结构参数匹配过程中具有良好的辅助作用。     

An extended multi-regime flamelet model for IC engines

Modeling internal combustion engines is challenging due to the various coupled multi-physics phenomena. With the advent of modern supercomputing and advanced modeling techniques, studying and designing these engines through detailed simulations is becoming tractable. Since the combustion process is the primary controlling feature in these engines, a high fidelity combustion model is essential. This model must be efficient and valid across different combustion regimes, since modern engines might operate in hybrid modes. The Representative Interactive Flamelet (RIF) combustion model is a possible choice. This model has been developed to describe ignition, combustion, and pollutant formation in direct-injected diesel engines. However, it has recently been shown that the model has the correct asymptotic behavior for both diesel and Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) regimes, and the model has been applied successfully for HCCI type combustion. In this study, the model is validated against two-dimensional direct numerical simulation data with multi-step finite rate chemistry to evaluate model performance in the diesel, the HCCI, and hybrid regimes. A wide range of temperature and mixture fraction stratification cases are simulated to evaluate the model performance across different modes. The model performs well for all cases considered, even when high levels of concurrent thermal and charge stratification are present.