柴油机大小涡轮相继增压控制参数研究与排气连通管设计

摘要

相继增压技术是解决柴油机与增压器匹配矛盾、提高柴油机低工况性能的有效方法之一,对于大功率V型船用柴油机,相继增压技术更是一种最为经济可行的方法。本文以TBD234V12柴油机为研究对象,通过较为全面的理论计算和分析研究船用V型柴油机采用大小涡轮三区相继增压的可行性,为机进行大小涡轮相继增压系统的试验研究提供参考依据。
　　 本文首先基于GT-Power软件建立了该机工作过程仿真模型,并根据该机的实验数据进行了验证。在此基础上挑选多组Garrett公司的GT系列涡轮增压器与柴油机进行了匹配计算,根据柴油机按标准螺旋桨特性运行时的性能参数对比,最终确定了较为合理的增压器选型方案。
　　 其次,对采用大小涡轮相继增压系统的TBD234V12柴油机进行了负荷特性以及限制特性的模拟计算,以研究在不同工况下柴油机采用相继增压系统后的性能参数变化。在此基础上绘制出了大小涡轮相继增压柴油机的万有特性曲线,并与原机万有特性曲线进行了对比。结果表明柴油机采用大小涡轮相继增压系统后其运行范围、低油耗区域明显扩大,柴油机热负荷也得到了降低。在依据万有特性曲线确定了柴油机三区相继增压的切换边界后,对大小涡轮相继柴油机的瞬态切换过程进行了计算分析,最终确定了相继增压切换过程增压器的控制策略。
　　 最后,为TBD234V12柴油机采用相继增压系统设计了排气连通管,并利用STAR-CD软件,对在不同工况下的排气连通管进行了三维流场计算,分析了其三维流场特征,为排气系统设计及改进提供了参考依据。对燃气阀在不同安装位置的流场进行了计算,得出了燃气阀的安装位置应该尽量靠近连通支管的结论。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 相继增压系统的发展及国内外研究概况

1.3 内燃机数值模拟计算方法

1.3.1 内燃机工作过程数值模拟

1.3.2 进排气系统CFD数值模拟

1.4 本文所做的工作

第2章 增压柴油机工作过程数学模型

2.1 缸内工作过程数学计算模型

2.1.1 基本假设

2.1.2 基本微分方程

2.1.3 缸内工作过程计算的边界条件

2.2 进排气系统一维非定常计算模型

2.3 废气涡轮增压器计算模型

2.3.1 涡轮增压器平衡条件

2.3.2 涡轮特性参数计算

2.3.3 压气机特性参数计算

2.4 中冷器计算

2.5 本章小结

第3章 涡轮增压器的选型与匹配

3.1 柴油机大小涡轮相继增压仿真模型的建立

3.1.1 TBD234V12柴油机简介

3.1.2 柴油机相继增压仿真模型

3.2 涡轮增压器的选型与匹配

3.2.1 涡轮增压器的选型

3.2.2 涡轮增压器与柴油机匹配计算结果

3.3 本章小结

第4章 柴油机大小涡轮相继增压控制参数研究

4.1 大小涡轮相继增压柴油机稳态性能计算分析

4.1.1 柴油机负荷特性计算分析

4.1.2 柴油机限制特性计算分析

4.1.3 柴油机万有特性计算分析

4.2 大小涡轮相继增压切换边界的确定

4.3 大小涡轮相继增压柴油机瞬态过程的计算分析

4.3.1 计算模型

4.3.2 相继增压系统切换过程计算分析

4.4 本章小结

第五章 相继增压柴油机排气连通管的设计

5.1 排气连通管三维数值模拟数学模型

5.1.1 控制方程组

5.1.2 控制方程的离散化

5.2 相继增压柴油机排气连通管设计

5.2.1 排气连通管模型建立

5.2.2 1TC-S工况计算结果与分析

5.2.3 1TC-L工况计算结果与分析

5.2.4 2TC工况计算结果与分析

5.2.5 燃气阀安装位置的优化计算与分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

附录