自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统动力特性研究

为了提高车用内燃机余热能回收系统中膨胀机热功转换效率,通过试验与仿真相结合的方法,在压缩空气平台上对一台自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统进行了试验研究,同时,基于MATLAB/Simulink软件搭建了系统仿真模型并进行了验证.基于该仿真模型研究了活塞初始位移、活塞-动子连杆质量以及工作频率等对系统动力特性的影响.结果表明:当仿真进气压力为0.188 MPa、工作频率为2.5 Hz时,初始位移存在唯一值-0.045 307 m,使得活塞以位移0点为中心做往复运动;当进气压力、工作频率一定时,活塞运动行程、速度峰值、加速度峰值以及指示功均随活塞-动子连杆质量增大而减小.当系统启动时,工作频率应高于固有撞击频率f₀,避免活塞对气缸顶面(或端面)产生撞击.     

新型自由活塞膨胀机－直线发电机的性能分析

为深入研究单活塞自由活塞膨胀机-直线发电机(FPE-LG)的运动特性,提出一种可用于小型有机朗肯循环(ORC)余热回收系统的FPE-LG,搭建了单活塞FPE-LG试验台.在压缩空气试验平台上实现单活塞FPE-LG的连续稳定运行,并验证了单活塞FPE-LG工作原理的可行性.试验研究了进气压力、活塞行程、外接负载电阻、进气持续时间对单活塞FPE-LG运动特性的影响.结果表明:活塞位移和速度随时间的变化趋势均近似为正弦曲线,且在左/右止点(LDC/RDC)附近活塞速度最大,当活塞运动到LDC或RDC时获得峰值加速度;改变活塞行程可提高输出功率,但对活塞峰值速度和缸内峰值压力的影响较小;活塞峰值速度和活塞行程利用率(η)均随外接负载电阻的增加而增大,外接负载电阻从20Ω增加到80Ω时,活塞峰值速度和活塞行程利用率分别从0.56 m/s、58.26%增加到0.84 m/s、78.42%;延长进气持续时间有利于获得更高的活塞速度、活塞行程利用率和峰值输出功率,进气持续时间从20 ms变化到40 ms,峰值输出功率从13.87 W增加到37.40 W.     

自由活塞汽油直线发电机燃烧过程特性

为了获得自由活塞汽油直线发电机工作过程中的燃烧特性,根据试验测得的活塞运动曲线对其燃烧过程进行了CFD仿真研究,并对比传统发动机分析了两种发动机活塞运动规律差异对燃烧过程的影响规律。研究发现:与传统发动机相比,自由活塞汽油发电机缸内最高燃烧压力和平均温度均较小,且最高燃烧压力保持时间较短,这有助于减少NO污染物;自由活塞直线发电机燃烧放热率呈现"缓和长"的特点,燃烧放热过程等容度较低;自由活塞直线发电机较少的混合气在上止点前完成燃烧,压缩行程负功较小,但由于后燃较严重,其指示效率较传统发动机低。     

活塞泵增压系统动态特性研究

为了获得活塞泵增压系统起动特性和工作特性,基于AMESim仿真平台建立了仿真模型.对活塞泵增压系统起动过程和稳态工作过程进行了仿真,给出了不同部位压力变化情况,以及蓄压器对泵出口压力的影响、流量对泵工作频率的影响.结果表明活塞泵增压系统起动迅速,工作过程中能够维持较高的泵出口压力.实际试验中增压系统参数变化趋势与仿真结果一致,验证了仿真方法和仿真模型的正确性。     

高速气缸压力反馈式缓冲阀研究

提出了压力反馈式缓冲阀．对理想压力反馈式缓冲阀的仿真结果表明更大的缓冲阀节流口有效地提高了缓冲阀的自适应能力、稳定阶段缓冲腔的恒压有效地控制了活塞速度反弹．对以压力反馈式缓冲阀为核心的高速气缸自适应缓冲系统进行的仿真和实验研究结果表明当活塞最高速度在2．758～3．336m／s之间变化时,缓冲系统均使活塞以0．007～0．38m／s的速度到达行程终点,实现了对活塞速度变化的自适应缓冲．     

双向进气型脉管制冷机完整线性模型

基于完整线性模型分析了双向进气型脉管制冷机的制冷机理,并考虑了回热器空体积和气库压力波动的影响.假定回热器微元内的体积流量正比于局部压力梯度,通过代数方法建立了用于分析双向进气型脉管制冷机的完整线性模型.给出了制冷量、脉管冷端流量与压力相位差及性能系数与气库体积、工作频率、小孔与回热器流导系数之比及旁通阀与回热器流导系数之比的关系表达式.考察了工作频率、气库与脉管体积比对制冷机性能的影响,得到了与试验结果一致的最优工作频率.分析结果表明,冷端相位差随双向进气阀开度的增加而减小,从理论上证实了当工作频率约为1.4 Hz时制冷机产生最大制冷量,而当工作频率约为1.0 Hz时制冷机效率最高.     

气动发动机活塞运动轨迹的优化设计

为解决高转速下动力与经济性能的下降，提出一种新的气动发动机曲轴连杆机构.通过建立气动发动机的进气模型和缸内工作过程模型，以压缩空气的比输出功最大为目标函数，给出优化的活塞运动轨迹曲线.分析了进气阀与活塞运动之间新的匹配关系.设计了复曲轴连杆结构，并得到调节进排气门的开关时刻与持续时间的方法.结果表明，在该机构实现的优化轨迹曲线中，在缸内压力达到进气压力之前，活塞的运动速度应该保持静止；缸内高压建立后，活塞的运动速度应与进气门的截面积保持线性关系；进气门关闭后，活塞速度应保持匀速运动.采用新机构后的压缩空气比输出功比原系统提高了一倍.     

增程式电动汽车的动力参数匹配与性能仿真

为将一款纯电动汽车改装为增程式电动汽车,通过对増程器工作模式和原理的分析,对増程器的发动机与发电机参数进行匹配,得出合理的设计参数。结合MATLAB/Simulink与ADVISOR软件平台对改装前后的整车在相同循环工况(CYC_UDDS)下进行对比仿真分析。结果显示,改装后的增程式电动汽车续驶里程达177.8 km,且整车的动力性能与燃油经济性控制在合理的范围内,表明文中所提纯电动汽车改装方案是可行、有效的,为后续实车改造和整车路试实验提供参考依据。     

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.     

进气温度对甲醇均质压燃燃烧特性的影响

在一台快速压缩机上模拟甲醇HCCI的燃烧过程,通过缸压曲线和活塞位移曲线等数据进行计算分析,研究了进气温度对甲醇均质压燃燃烧特性的影响规律。结果表明,当其他边界条件一定时,随着甲醇混合气进气温度的增加,甲醇HCCI的燃烧始点提前,缸内压力升高率峰值增加,放热率峰值增加,燃烧持续期缩短。     

U形直线超声电机结构设计

针对直线超声电机的小型化问题,提出一种新型U形直线超声电机,该电机由U形定子和导轨组成,压电陶瓷片采用粘贴的方式固定在定子上.研究了电机的激振方式与位置,设计并加工了直线超声电机样机和测试装置.将柔性铰链结构应用到直线超声电机夹持中.通过实验确定了电机的最佳工作频率、预压力.研究了输出力和空载速度随工作频率、预压力和电压的变化规律.实验表明,电机在电压值400 Vpp,预压力25N条件下,最大空载速度470 mm/s,最大输出力9N,定子质量25 g,推重比达36;柔性夹持能提高电机的模态一致性和效率,同时简化了电机结构.该研究为电机小型化发展奠定基础.     

用于热声发电的曲柄连杆式换能器工作特性

针对热声发电系统的曲柄连杆式换能器建立数学物理模型,研究不同活塞质量、转动惯量、压力振幅及负载电阻对换能器工作特性的影响规律.结果表明:由于行程固定,曲柄连杆式换能器阻抗幅值由压力振幅、频率、活塞行程及面积确定,相位角由负载电阻与输入压力振幅共同决定.当输入振幅0.2 MPa、频率65 Hz的压力波,负载电阻为110Ω时,换能器的阻抗实部为1.244×107 Pa·s/m3,虚部为-1.209×107 Pa·s/m3,可输出电功为680.1 W,声电效率约为82.2%.     

行程可调计量泵的性能与结构参数间的关系

提出了一种行程可调的多杆机构用于计量泵中,建立了该机构的解析运动模型,研究了在不同结构参数条件下计量泵的输出性能,揭示了计量泵的性能与结构参数选择间的关系,为计量泵的设计和控制提供了理论依据. 研究结果表明通过调节控制构件的长度可实现活塞行程长度的变化,满足泵工作过程中活塞行程可调和泵中流量可变的要求.     

汽车活塞销振动挤压数值模拟分析

针对于现有活塞销冷挤压成形技术的不足,采用一种振动挤压的方式对活塞销成形进行研究.基于DEFORM平台,对活塞销的成形过程进行数值模拟仿真,分析其成形过程中的行程载荷与材料流动特性,并与常规的挤压方式比较得出结论:振动挤压可以降低成形载荷,并改善坯料与模具之间的摩擦状态,有利于下端材料的流动,从而得到较好的连皮位置.进一步研究了振动周期与振幅对成形效果的影响,得到周期为0.05s,振幅1mm为最优的振动参数.     

基于增程式电动商用车的增程器匹配和能耗分析

为了更合理地对应用于增程器的不同发动机和发电机进行匹配,利用发动机和发电机的效率特性得到增程器的最优效率曲线.以一款增程式电动商用车为研究对象,在Matlab/Simulink中搭建整车正向仿真模型,基于中国典型城市工况对增程器的定点发电和沿最优效率曲线运行两种控制策略对整车经济性的影响进行了分析.结果表明,合理地选择发动机和发电机进行增程器的匹配能有效提高整车经济性;同时,在功率跟随控制策略下增程器输出较宽范围的功率将会增大整车的油耗.     

混合炸药造型粉的超临界流体反溶剂过程制备

将超临界流体反溶剂(Supercritical Fluid Anti-solvent,SAS)过程用于炸药表面包覆.采用氟橡胶F2602为包覆材料,乙酸乙酯为共溶剂,与炸药形成悬浮液,超临界CO2为反溶剂.研究了体系温度、压力和进气速率对炸药包覆效果的影响.经过对包覆后样品的性能测定和SEM分析,结果表明:体系温度是影响包覆效果的最关键的工艺参数,压力和进气速率也有一定影响,通过合理调节以上工艺参数可以获得较佳的包覆效果.     

液压凿岩机冲击压力及冲击性能仿真研究

提出了基于液压油液受压缩建立液压凿岩机工作压力的理论,在此基础上建立数学模型,并以Atlascop1238LE液压凿岩机为研究对象,耦合了蓄能器,建立Amesim仿真平台,对其进行仿真和分析,验证了上述理论的合理性,同时揭示了冲击性能、工作压力与输入流量、活塞质量、活塞油压作用面积、蓄能器充气压力之间的关系,对液压凿岩机的设计具有指导意义。     

混合炸药造型粉的超临界流体反溶剂过程制备

将超临界流体反溶剂（Supercritical FluidAnti-solvent，SAS）过程用于炸药表面包覆．采用氟橡胶F2602为包覆材料．乙酸乙酯为共溶剂,与炸药形成悬浮液：超临界CO2为反溶剂,研究了体系温度、压力和进气速率对炸药包覆效果的影响．经过对包覆后样品的性能测定和SEM分析．结果表明：体系温度是影响包覆效果的最关键的工艺参数，压力和进气速率也有一定影响．通过合理调节以上工艺参数可以获得较佳的包覆效果.     

利用差分法研究内燃机进气系统流动

本文利用二步Lax-Wendroff差分法对内燃机进气压力波动进行了计算,并用它同实验结果及特征线法的计算结果进行了比较。结果表明,可以用该种差分法对换气系统的气体流动进行计算,并具有较好的计算精度。     

增程式电动汽车增程器多点控制策略优化

针对增程式电动汽车增程器多点控制策略的优化问题,提出了一种基于多目标参数优化结果的增程器能量管理控制策略。首先,基于AVL-Cruise和Matlab-Simulink软件搭建整车系统仿真控制模型,基于NSGA-Ⅱ算法,以循环工况下的系统能耗、排放和电池容量衰减率为目标函数,以增程器最小持续工作时间为优化变量,构建了多目标优化模型。离线优化得到综合评估指标下的发动机最小持续工作时间Pareto最优解。设计了模糊控制器,在线实时调整发动机各工作点最小持续工作时间。结果表明:可实时调参的增程器多点控制策略能有效平衡能耗、排放和电池容量衰减率的关系,在有效降低能耗和排放的同时维持了较小的电池容量衰减率。