气动发动机缸内流场的动态特征

为了解压缩空气所存储的压力能在气动发动机工作过程中的能量分布情况，采用重整化群（RNG）k-ε模型对气动发动机的工作过程进行了数值仿真，再现了气动发动机缸内流场的演变过程.仿真得到了缸内气体压力能、湍动能和输出功等重要参数随曲轴旋转的分布情况以及排气损失、流动损失等占进入气缸总能量的比例.分析表明，在进气过程中进气道及其附近因气流强烈的湍流运动引起的流动损失以及排气所带走的能量是造成高压进气可用能损失的主要因素，当转速为1 500 r/min时，两者分别占进气可用能的15.39%和27.21%.对气动发动机的气缸及进气道结构进行优化设计，合理组织进气气流和缸内流场，可以减小流动损失和排气损失,从而提高发动机的动力性能和经济性能.     

液氮发动机循环可用能及效率分析

针对液氮发动机开始朗肯循环过程可用能损失较大的问题,提出分析方法,研究液氮发动机开式朗肯循环过程中可用能损失分布;研究并设计液氮二级再热系统,分析液氮发动机开式朗肯循环与内燃机混合加热循环的联合循环.结果表明,排气是可用能损失的主要环节之一,约占系统输入可用能的20%;且初始膨胀温度受环境温度限制是导致排气可用能损失的主要原因.再热系统可以消除环境温度因素对循环效率提高的限制;采用二级再热膨胀系统,选取合理的再热温度和二级膨胀压力可以得到更高的效率.采用液氮发动机开式朗肯循环与内燃机混合加热循环的联合循环,可以将无法直接做功的内燃机常压高温排气的温度转化为液氮发动机进气可用能,等质量工质的联合循环将整个系统的平均效率提高了8.06%.     

气动发动机台架性能试验研究

作为新型动力,气动发动机的功率和气耗率是影响其运用推广的关键因素.为了准确了解气动发动机的功率和气耗率的变化趋势,利用改造的样机进行了台架试验,得到了速度特性曲线和负荷特性曲线.结果表明在进气压力不变时,随转速升高发动机功率线性下降,气耗率升高,在高转速时气耗率恶化;在转速不变的情况下,随着负荷的增加,发动机气耗率下降,进气压力升高.从结果可知气动发动机的特性不同于传统的内燃机,其最佳工作区间在较低转速、较高负荷的区域,此时,其动力性能和经济性能较好.在其推广运用过程中,要根据此特性对配套的零部件进行改造或重新设计.     

混合动力汽车发动机快速起动瞬态燃烧和碳氢排放

介绍了用于混合动力汽车动力系统的发动机快速起动模拟试验台架系统和相关试验。针对一台进气道喷射式汽油机,模拟起动/发电一体化电机,研究在不同拖动转速下快速起动过程的瞬态特性和排放特性。试验结果表明:发动机在快速起动情况下,瞬态特性突出;随着拖动转速升高,进气歧管压力降低,对应的喷油策略也应随之调整;在发动机起动后的第2到第9循环,容易发生不完全燃烧和失火,并随着拖动转速升高,不完全燃烧程度增加,导致碳氢排放过高。在不同拖动转速下,三效催化剂都不能高效转化碳氢排放,但转化效率存在差异。随着拖动转速升高,催化剂的转化效率先降低后又升高。从优化排放角度来看,在本文试验条件下,快速拖动至1000 r/min起动时,使用催化剂后排放最低。     

液氮发动机的热力循环设计

针对基于单级朗肯循环的液氮发动机效率低和主换热器外表面结霜的问题，设计了基于等熵膨胀的液氮-甲烷-乙烯-R134a四级朗肯循环液氮发动机动力系统新方案.计算结果表明，液氮在所设计的热力循环下的比输出功比采用单级朗肯循环提高了129%；即便充分考虑不可逆因素的影响，液氮的比输出功也远大于蓄电池的比输出功.由于新系统中最上一级热力循环的温度超过水的冰点，避免了主换热器的结霜问题，同时将太阳热能引入新系统，进一步提高了动力系统的效率.比较了基于新循环与基于二级布莱顿循环的液氮动力系统，指出在理想情况下两者的比输出功接近，但当考虑压降和温差等实际因素时，二级布莱顿循环的比输出功远小于所设计的多级多组分朗肯循环.     

基于模型耦合仿真的FSC赛车发动机进气系统设计

FSC赛事对发动机的动力性有较高要求,而规则中要求对进气加装限流阀,导致充气效率大大下降,针对这一问题,需要重新优化设计发动机进气系统,使其最大效率地提高动力性能。本文采用GT-POWER软件建立LD450发动机一维模型,对不同谐振腔容积和歧管长度以及引流腔容积进行仿真分析,得出最佳一维进气系统参数,并使用ANSYS-FLUENT软件,以GT-POWER软件后处理作为FLUENT边界条件进行耦合仿真,以出口总压最大为筛选条件,选出最佳的进气系统。实验结果表明,利用模型优化出口压力来提高FSC赛车性能的方法,能使改进后的进气系统在一定程度上提高发动机的动力性能,解决了赛车因安装限流阀而产生的发动机功率损失。     

进气谐振对单缸发动机动力性能影响的试验研究

利用进气过程增加气缸内的进气量是提高发动机动力性能的有效途径,对发动机进气过程的动态特性进行了理论分析,并对进气管道和谐振器的结构参数进行了理论计算。在单缸摩托车汽油机上进行试验,结果显示,发动机输出的最大功率和最大扭矩提高了6%~8%,并且随着谐振器工作容积的变化,功率和扭矩的变化也呈现一定的规律性。因此,在一定的转速范围内,合理利用进气谐振可以有效提高发动机在该工况下的动力性能。     

ISG型混合动力系统轴系动力学性能分析

为了探讨ISG型混合动力系统轴系的动力学性能,建立了包括机电耦合轴、滑动轴承和发动机缸体在内的混合动力系统轴系数学模型,依此模型对混合动力系统动力学性能进行分析,计算了机电耦合轴扭振频率和曲拐应力分布,同时计算了一个工作周期内不同混合动力工况下滑动轴承的偏心率和油膜压力.通过对计算结果的分析表明:机电耦合轴的混合动力改造不会在发动机工作转速内出现扭振共振;混合动力改造后的机电耦合轴强度不满足要求,需要优化设计和重新校核;混合动力工况不会明显影响混合动力系统轴承的偏心率和油膜压力;根据机电耦合轴电机端轴承的油膜压力和偏心率可以优化电机轴承以及电机的选型和设计.     

气动发动机进气相位对工作过程的影响

研究了采用旋转阀式配气机构的发动机的工作过程,建立了气动发动机示功图的理论模型;该模型能够较好地预测进气做功过程中缸内压力的变化趋势.在不同的进气相位下进行实验,分析了动力损失的影响因素.结果表明,在相同的进气压力下,在上止点时刻进气,气动发动机的输出功率最大;随着进气时刻的推迟,发动机的动力性和经济性变差.     

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。     

低温热能发电的研究现状和发展趋势

为了研究单螺杆膨胀机内泄漏特性,建立单螺杆膨胀机热力学工作过程的数学模型和油气混合的两相泄漏模型,分析间隙高度对各泄漏通道泄漏量的影响,并比较3种有机工质R123、R134a、R245fa在不同转速和进气压力下对单螺杆膨胀机容积效率和泄漏量的影响.结果表明,9条泄漏通道中,螺杆与壳体之间的泄漏量占主要部分,其次是星轮与螺槽之间的泄漏量,星轮与壳体之间的泄漏量较小.增加转速和进气压力均可增大单螺杆膨胀机的容积效率.在相同的工况条件下,以R123为工质的单螺杆膨胀机容积利用率最高,其次是R245fa,R134a最低.

     

热管中冷器的传热与阻力特性

为了研究重力热管在车辆中冷器上的应用可行性,设计用于冷却高温增压空气的热管中冷器.选用水作为工作介质,在风洞实验台架上进行热管中冷器的传热和阻力性能实验.测试热管中冷器在不同冷侧空气流速、冷﹑热侧空气进口温差、热侧空气流量下的散热量和压力降,比较并分析测试结果.结果表明,热管中冷器具有良好的散热性能,在一定范围内可以满足高增压内燃机的散热要求.将实验结果与理论模型计算值进行比较,结果表明,实验值与理论计算值变化趋势吻合较好．     

气动汽车动力系统分析

应用热力学理论和分析方法，对气动汽车动力系统各主要环节在工作过程中能量损失情况进行了研究，结果表明，由于节流、泄漏和高压尾气排放等原因，在高压减压阀和气动发动机两个环节存在损失.运用平衡方程对相关环节中的损失进行计算,建立了系统的分析数学模型，并针对一气动汽车动力系统实例，应用该模型仿真计算得到了系统的流图，图示结果表明，最终做功输出的不到总有用能量的1/3，尾气排放、节流减压和泄漏等原因引起的损失分别达43.2%、18.3%和7.8%，对系统整体效率有较大的影响.     

耦合管道系统在热声发动机中的传输特性

为了优化热声发动机和脉管制冷机之间的匹配,在流体网络模型的基础上,结合线性热声理论,推导了三管道耦合系统的传输方程,利用DeltaE对耦合系统在不同直径和长度下的压比放大特性和入口所需声功进行了理论计算和对比.各管道采用合适的直径,在行波热声发动机上对管道耦合系统的压比放大特性进行了实验验证.采用RC负载法测量耦合系统末端的声功,研究了在末端不同阻抗下耦合系统的声功输出特性.理论预测和实验结果趋势一致.实验中采用高纯N2作为工质,当工作压力为2.20MPa时,在耦合系统末端获得了1.50的压比;在一定的输出阻抗下获得了105W的输出声功.     

喷油单螺杆压缩机试验研究

为了深入研究水润滑单螺杆空气压缩机性能的影响因素,设计制造了一台水润滑单螺杆空气压缩机,并搭建了测试试验台,通过试验研究了不同转速、排气压力和喷水流量对水润滑单螺杆压缩机性能的影响. 结果表明,增加转速可以减小泄漏量,提高压缩机的性能. 其余工况不变,只增大喷水流量时,可以提高压缩机的水气比,增强水气之间的换热和压缩机的密封效果,进而提高水润滑单螺杆空气压缩机的各项性能. 如转速为3000r/min、排气压力为0.50MPa时,喷水流量由50L/min提高至80L/min,压缩机的容积效率提高5.15%,绝热效率提高2%,比功率降低0.26kW/(m³·min^-1). 由于水的黏度远小于润滑油,因此为了保证压缩机的性能,水气比要高于同工况下的油气比. 在额定转速3000r/min下,排气压力为0.50~0.65MPa时,建议的水气比范围为2.94%~3.48%.

     

高压单螺杆膨胀机初步性能试验

为了回收天然气门站中6 MPa以下输气管道的压力能,自主研发了螺杆直径117 mm的高压单螺杆膨胀机.以高压空气为工质对高压单螺杆膨胀机进行了初步性能测试.通过改变高压单螺杆膨胀机进出口压力和转速,得到了各性能参数的变化规律.试验结果表明,高压单螺杆膨胀机的最大进口压力为5.8 MPa、最大输出功率为56.5 k W、容积效率为91.8%,轴效率为51.9%,最小气耗率为66.4 kg/(k W·h);容积效率随着转速的增加而增加,在高转速时,进口压力对其影响较小,低转速时影响较大;轴效率随着转速的增加而增加,随着进口压力的增加先增加后逐步稳定;高压单螺杆膨胀机采用轴向排气技术,减弱了欠膨胀程度,拓宽了膨胀机高效运行范围.通过以上试验性能研究,为下一阶段利用高压单螺杆膨胀机建立压力能回收示范项目提供技术支持.     

回收排气余热能的气动-内燃复合循环理论研究

为了提高内燃机能源利用率,提出一种回收排气余热能的气动-内燃复合循环方法,采用内燃机排气和压缩空气混合气作为气动循环工质,建立复合循环工作过程数学模型,分析其主要参数对循环性能的影响规律.研究结果表明：内燃机排气压力的增大、压缩空气占比的减小、气动发动机转速和行程/缸径比的减小均能提高内燃机排气利用率和复合循环效率.复合循环可通过调节气动循环转速或压缩空气占混合工质的比例来实现气动循环工质流量与混合工质流量的匹配.     

Effect of exhaust gas recirculation and intake pre-heating on performance and emission characteristics of dual fuel engines at part loads

Achieving simultaneous reduction of NO _x , CO and unburned hydrocarbon (UHC) emissions without compromising engine performance at part loads is the current focus of dual fuel engine research. The present work focuses on an experimental investigation conducted on a dual fuel (diesel-natural gas) engine to examine the simultaneous effect of inlet air pre-heating and exhaust gas recirculation (EGR) ratio on performance and emission characteristics at part loads. The use of EGR at high levels seems to be unable to improve the engine performance at part loads. However, it is shown that EGR combined with pre-heating of inlet air can slightly increase thermal efficiency, resulting in reduced levels of both unburned hydrocarbon and NO _x emissions. CO and UHC emissions are reduced by 24% and 31%, respectively. The NO _x emissions decrease by 21% because of the lower combustion temperature due to the much inert gas brought by EGR and decreased oxygen concentration in the cylinder.