液压电机泵样机的结构改进与性能试验

为了进一步降低液压电机叶片泵样机的噪声、提高效率,运用有限元分析软件对研制出的液压电机叶片泵样机的部分部件进行应力应变与流场计算和结构改进,获得了改进样机的转子转速、输出流量、噪声声压级和效率随输出压力的变化规律。结果表明:改进后液压电机叶片泵样机有效地解决了内泄漏较大问题,消除了因内部流道狭窄引起的气穴现象;与电机油泵组相比,容积效率基本一致,在输出压力大于13 MPa时,总效率略低,约为2%,噪声声压级降低了11 dB以上。     

内燃式水动力系统的满负荷特性

提出了一种直接利用内燃机活塞的直线往复运动实现水压力能输出的新工作模式。实现了内燃机和柱塞式水泵结构的一体化,研制了内燃式水动力系统试验样机。介绍了其工作原理和结构特点。采用计算机仿真的方法, 得到了满负荷条件下的主要工作性能。结果表明,在满负荷条件下,其有效功率、有效热效率及输出压力比内燃机一柱塞式水泵组合系统大约高13％-15％;燃油消耗率大约低15％左右。通过试验,给出了满负荷条件下燃油消耗率、输出压力、输出流量与曲轴工作转速之间的关系曲线,并与仿真结果进行了比较。给出了满负荷条件下, 内燃式水动力系统转速的最佳工作区间。     

预燃室射流点火对汽油机性能影响研究

通过试验手段对比分析了预燃室射流点火模式及火花塞点火模式 （SI）对燃烧性能的影响,结果表明:SI点火模式的发动机受高负荷爆震的限制,仅在中等负荷达到最佳的油耗率和热效率。压缩比（CR）的增加仅在中小负荷对油耗率和热效率有改善效果;相比于SI点火模式,预燃室射流点火模式可实现更快的燃烧速度和火焰传播速度,对SI发动机的爆震有较好的抑制效果,在中等负荷具有更低的油耗率和更高的热效率,但在低负荷及高负荷阶段,油耗率和热效率恶化;采用预燃室射流点火模式,能有效增加缸内燃烧速率,减轻CA50推迟对油耗率恶化的效果,通过提高压缩比实现降低油耗率的潜力和效果更好。     

微型摆式内燃发电机的循环能量分析及效率计算

微型摆式内燃发电机(M ICSPG)是微型摆式内燃机和发电机的有机集成体。在左、右燃烧室的交替驱动下,M ICSPG通过自由活塞组件(SFPA)的往复摆动,实现燃料的化学能和电能的直接转换。本文从M ICSPG的一个工作循环着手,按照能量的输入、流动、耗散及输出的传递过程,剖析了M ICSPG中能量的转换规律;并以此为基础,估算了M ICSPG的效率、平均输出功率、SFPA的最大瞬时速度等特性参数。研究结果对M ICSPG中各能量组件依存关系的理解、控制系统的设计、工作特性及效率的提高提供了有益的参考。     

活塞式膨胀机的性能分析与试验验证

针对活塞式膨胀机的工作过程,利用能量方程、气体状态方程、拉格朗日方程等建立了非线性瞬时的热力学和动力学模型,实现对系统的精确建模和性能研究。利用MATLAB/Simulink得到的仿真转速/功率与实验平台测得的转速/功率进行比较,验证了数学模型的正确性。通过仿真模型研究了进气压力、负载扭矩对活塞式膨胀机系统性能的影响,并分析了进气温度对系统性能的影响。研究表明:在一定压力条件范围内,随着负载扭矩的增加,活塞式膨胀机的输出功率和效率分别增大到一定峰值后减小,最大峰值功率为3.97 kW,最大峰值效率为38.8%;负载扭矩40 N·m,进气压力2 MPa时,排气阶段的压力为 0.55 MPa,占进气压力的27.8%;提高进气温度会提高系统的输出功率和效率。     

工程车辆动力传动系统节能方案与试验研究

在保证动力输出的前提下,采用降低发动机的转速来降低重型车辆的能耗是目前切实可行的重要手段。通过建立传动系统的动力学模型,研究传动系统改进方案的动态特性,分析低转速发动机与新型大能容变矩器的匹配合理性。通过样机测试发现,优化后车辆工作效率最高的工作点大部分分布在发动机的最佳燃油效率区,起到了节能的目的;改进方案换挡过程压力变化平稳,换挡冲击较小。当油门开度维持在70%时发动机的燃油率最高约为38%;采用新的匹配方案后,前进一挡的节能效果最好,节油率提高了14.3%。试验结果为改进传动系统的控制策略设计提供了数据参考。     

The effect of exhaust gas recirculation (EGR) on combustion stability, engine performance and exhaust emissions in a gasoline engine

The EGR system has been widely used to reduce nitrogen oxides (NOx) emission, to improve fuel economy and suppress knock by using the characteristics of charge dilution. However, as the EGR rate at a given engine operating condition increases, the combustion instability increases. The combustion instability increases cyclic variations resulting in the deterioration of engine performance and emissions. Therefore, the optimum EGR rate should be carefully determined in order to obtain the better engine performance and emissions. An experimental study has been performed to investigate the effects of EGR on combustion stability, engine performance, NOx and the other exhaust emissions from 1. 5 liter gasoline engine. Operating conditions are selected from the test result of the high speed and high acceleration region of SFTP mode which generates more NOx and needs higher engine speed compared to FTP-75 (Federal Test Procedure) mode. Engine power, fuel consumption and exhaust emissions are measured with various EGR rate. Combustion stability is analyzed by examining the variation of indicated mean effective pressure (COV_imep) and the timings of maximum pressure (P_max) location using pressure sensor. Engine performance is analyzed by investigating engine power and maximum cylinder pressure and brake specific fuel consumption (BSFC).     

催化燃烧与旋转回热耦合的燃气轮机性能分析

低热值燃气总量巨大,种类繁多,很大一部分由于热值过低无法点火燃烧,常直接排入大气,造成能源浪费,加剧环境污染。为了利用这部分低热值燃气,提出一种催化燃烧与旋转回热耦合的新型燃气轮机系统,把催化燃烧室和高温换热器两个部件融合于一个部件中。相比传统燃气轮机,该燃机具有独特的优势:以低热值燃气为主燃料,采用催化燃烧;旋转回热保证了催化燃烧反应持续发生;结构布局更加紧凑。分析这种新型燃气轮机系统的热力循环特点,计算100 k W级新型燃机的热力性能,研究旋转周期等参数对性能的影响。结果表明:在使用甲烷浓度为2%的低浓度燃气时,透平入口温度保证在1 030~1 200 K,燃机能正常工作,从理论上证明了该新型系统是可行的;不同旋转周期之间系统运行的热力参数变化在3%以内,呈现准周期性;旋转周期之内系统运行的热力参数呈现波动变化;旋转周期减小,燃机输出功率和热效率降低,其波动性也降低。     

采用螺杆膨胀机的ORC系统特性试验研究

有机工质朗肯循环（Organic Rankine cycle,ORC）能回收工业余热产生高压蒸气,并由膨胀机输出机械功,是一种具有广泛应用前景的节能技术。工质泵和膨胀机作为ORC循环运行的两大核心机械,实现不同热源流量或温度条件下,工质泵频率和膨胀机转速的匹配,可有效提高ORC循环效率。基于ORC循环的热力学分析,选用R245fa作为循环工质,采用适用性广、可靠性高的螺杆膨胀机,设计并搭建了ORC系统试验台,根据试验结果,重点研究螺杆膨胀机转速、工质泵频率及蒸发器出口过热度对系统性能的影响。结果表明：膨胀机转速的增加会使得系统中工质的循环流量上升,但对蒸发压力的影响较小;存在与工质泵频率相匹配的最佳膨胀机转速,使得系统的循环热效率达到最大;工质泵频率增加时,工质的循环流量和蒸发温度也随之增大,蒸发器换热量、膨胀机输出功率及系统循环热效率都有所上升;蒸发器出口过热度的变化基本不会影响系统热效率。     

考虑压降的开式布雷顿CHP装置性能优化

考虑工质在流动过程中的压降不可逆性,建立开式简单布雷顿热电联产装置的有限时间热力学模型。以可用能率、火用输出率、利润率、第一定律效率和火用效率为目标研究装置的性能。通过Matlab数值计算,在无燃料消耗和装置尺寸约束下,优化了压气机进口相对压降,得到了最优可用能率、火用输出率和利润率,进一步优化压比,得到了最大火用输出率和利润率;在有约束条件下,优化压气机进口相对压降,得到了最优第一定律效率和火用效率,同时得到了各部件最佳的流通面积分配,进一步优化压比,得到了最大第一定律效率和火用效率。研究设计参数对装置最优性能的影响,发现分别存在最佳的供热温度使火用输出率、利润率和火用效率取得双重最大值。通过比较发现按最大火用输出率设计能使装置具有较大的可用能率和较低的压比,按最大利润率设计能使装置具有较大的第一定律效率和火用效率以及较低的燃料和空气消耗。     

变量型阀配流柱塞式液压电机泵的研制

研制了一种双斜盘阀配流轴向柱塞式液压电机泵的样机,并阐述了一种依靠改变左右斜盘相对位置角度关系来实现液压泵排量改变的变量方式。研究表明：样机技术指标达到了额定压力20 MPa,输出流量298 mL/min,容积效率达到96%,并验证了新变量方式的可行性和具有余弦规律的变量特性。实验也证明了适当增大吸入阀弹簧预压紧力以抵消配流阀旋转时所受的离心力,与在吸入阀的前腔设计简易的离心增压装置以利用液体离心力等方式是可行的,不仅使得泵在中速（750~1200 r/min）时可保持较好的排量,而且在高速(1200~1500 r/min)时排量降低不显著。     

基于典型作业工况的串联式电传动推土机功率跟随控制策略

为提高串联式混合动力推土机的燃油经济性,研究动力传动系统的能量分配策略。分析发动机和发电机的动态工作特性,通过台架试验建立发动机的动力输出特性模型、油耗特性模型和发电机的效率特性模型;通过超级电容的电阻串并联模型结构分析,建立超级电容的动态工作模型,设定荷电状态的安全工作范围。基于台架试验及模型获得的发动机最佳燃油消耗曲线,提出一种最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略。研究推土机的典型作业工况,在典型作业工况下对提出的控制策略进行仿真,阐述超级电容的荷电状态及电压、电流的变化规律,并与传统机械传动结构的原型机在发动机工作转速、转矩、油耗和加速踏板位置变动等参数方面进行对比分析。结果表明,在推土机典型作业工况下,采用最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略与原型机相比,节油率达13.1%。     

内燃式水动力装置有效热效率特性

通过试验研究了内燃式水动力装置的有效热效率特性。内燃式水动力装置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压能。定义了系统最佳有效热效率区和最佳有效热效率特性曲线并与传统内燃机驱动柱塞泵系统进行了比较。全工况有效热效率比传统内燃机驱动柱塞泵系统改善13．63％～ 74．45％。相同有效热效率水平下包含的工况明显比传统内燃机驱动柱塞泵系统宽广。内燃式水动力装置各油门开度下最高有效热效率在19．91％～28．88％之间,对应转速为1400 r／min。     

一种新型复合式电磁驱动燃气喷射装置的设计与分析

作为国际远洋船舶的主要动力装置,采用加入气体燃料的低速柴油机在实现节能减排方面拥有巨大潜力。燃气喷射装置作为缸内直喷的核心执行机构,对内燃机燃烧品质和热效率有着重要影响。针对现有电磁驱动喷射装置存在的流量小、驱动力弱等不足,提出一种新型复合式电磁驱动燃气喷射装置。首先,针对驱动机构及阀体提出新的设计思路,通过有限元方法分析了驱动机构的电磁特性及阀体流动特性,验证了设计可行性;其次,建立喷射装置的CFD仿真模型,归纳了流量特性规律;最后,建立试验平台,测试了驱动机构的稳/动态特性。仿真与试验结果表明,新型复合式电磁驱动燃气喷射装置具有高效节能、快响应、高精度的动态特性,对缸内预混特性等具有显著的改善效果。     

运行参数的动态控制对100 kW燃料电池系统效率及稳定性的影响

质子交换膜燃料电池运行过程中的功率输出,电流、电压输出,运行温度,向燃料电池输送的燃料氢气及氧化剂空气的流量、温度、湿度,冷却流体温度等运行参数之间可实现动态关联控制,对提高燃料电池运行效率及稳定性有重大影响。当燃料电池发电系统由怠速状态转向输出状态时,要求向燃料电池供应的燃料氢气、空气、冷却流体的流量也发生变化,并对其他运行参数(例如湿度、温度)实施动态控制,不但满足燃料电池功率输出变化的要求,而且可以达到提高燃料电池发电系统自身的燃料效率与运行稳定性的目的。     

燃油热熔釜加热热效率方法分析

燃油热熔釜是广泛使用的一种动力设备,针对中小型燃油热熔釜的发展现状,为加快技术改造,达到节省能源,减少污染,提高燃油热熔釜热效率的目的,对燃油热熔釜热效率计算方法进行了分析,从而进一步为系统改进提供了理论依据。通过使用反平衡法导出燃油热熔釜热效率=燃烧效率×传热效率-固定损失,利用该表达式进行计算验证,结果与常规反平衡减法公式计算结果完全相同。     

优能120纳米冷却液对油-电混动车运行热效率的影响

采用台架试验方法评估了在改变发动机进口温度、功率及转速条件下,优能120纳米冷却液对油电混动车运行热效率的影响。结果表明:温度由90℃切换至95℃时,发动机的出口温度为108℃,比参比防冻液要高9.29℃,此时平均油耗下降11.85%,最大油耗下降18.1%,发电效率提高0.52%,并且入口温度提高后其增加的油耗量仅占防冻液的20%。热机效率的提高是纳米冷却液提升了气缸工作温度,高沸点与高换热率降低了流体由于汽化产生气阻与热损失,及"发动机高温燃烧→水箱快速散热→发动机高温燃烧"周期性循环热平衡运行机制三者共同作用的结果。试验出现过热停机现象是由于发动机进口温度被恒定至设定值,故流经水箱的纳米流体的快速降温作用无法体现所致。     

Influence of thermal management and integration with turbomachinery on the performance of polymer electrolyte membrane fuel cell systems

Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) have many good characteristics for small power sources such as low operating temperature and high power density. In this study, the effects of thermal management on the performance of PEMFC systems using natural gas fuel, and the effects of integrating PEMFC systems with turbomachines, were investigated. Firstly, performance of various system configurations differing in the thermal management of reforming and stack cooling processes was comparatively analyzed. Then, various integrated system combinations with turbomachines (compressors and turbines) were analyzed. We performed a parametric analysis of the influence of turbine inlet temperature and compressor pressure ratio on system performance, and a 10% difference in efficiency among four simple PEMFC systems was predicted. Pressurization of the PEMFC with adequate thermal management may improve system efficiency, while efficiency enhancement from corresponding simple PEMFC systems was hard to achieve in the ambient pressure integrated systems.     

膨胀比对活塞式膨胀机工作特性影响的研究

活塞式膨胀机在压缩空气储能领域具有广泛的应用,但是效率低,很大程度上限制了其发展。为改善活塞式膨胀机的工作性能,通过MATLAB建立活塞式膨胀机的仿真模型,通过实验方法验证仿真模型的准确性,以输出功率和效率作为性能指标对活塞式膨胀机进行研究,分析了进气压力、间隙容积、进气持续角对膨胀机输出特性的影响。结果表明：在恒定工况下,随着进气压力的增大,膨胀机的输出功率增大,但效率降低;在稳定的进气压力下,膨胀机存在最优间隙容积与进气持续角;活塞式膨胀机的效率随进气持续角的增大而降低,进气持续角越大膨胀机输出功率随转速的升高下降斜率增大;3 MPa的进气压力下,膨胀比为2.18时膨胀机的效率最佳,进气持续角为90°时膨胀机输出功率最优,在转速为570 r/min时输出功率达最大4.29 kW、效率达到19.6%。为可变膨胀比活塞式膨胀机的设计提供了理论依据。     

球轴承对凸轮轴摩擦力的影响研究

在可预见的将来,内燃机仍然是主要的汽车驱动力来源。随着油耗法规的不断严苛,持续提升内燃机热效率十分必要,发动机减摩是降低油耗提高热效率的主要途径之一,其中,凸轮轴采用球轴承替代滑动轴承是发动机减摩的重要研究方向。本文以我司1.5T直列4缸发动机为研究对象,通过改变凸轮轴头端轴承类型来研究球轴承对凸轮轴转动摩擦力的影响,实验结果表明,加装球轴承后,凸轮轴的转动扭矩在低速工况下有一定的改善,中高速工况滑动轴承摩擦力更小。