生物质气体发动机特性分析及性能优化

摘要

矿物能源的不可再生性及其对环境的破坏性是人类社会可持续发展面临的两个重要问题。生物质能以其广泛性、可再生性、清洁性、用途宽广性等众多优点而成为最有前途的替代能源。基于我国地域广阔、生物质资源分散的特点，中、小型的生物质气化发电技术近年来获得较大发展。主要方式是利用已有的柴油或天然气发动机机型，按照生物质燃气的特点进行结构参数及系统改造，用于生物质气化发电。本文对国内外生物质气化发电技术的研究进展作了较详细的综述，并以生物质燃气作为发动机燃料，对6160型气体发动机的性能进行了试验研究，利用AVLBOOST软件建立数学模型对该机的工作过程进行了模拟计算和结构参数的优化。主要研究内容包括： 1.作为内燃机的燃料，对生物质燃气这一新型清洁能源做了详细的特性分析。通过分析生物质燃气的性质，以及将它与其他内燃机气体燃料进行对比，初步预测了它对发动机性能的影响，并提出发动机改进的方向。 2.采用潍坊柴油机厂生产的6160型柴油机为母机，通过取消燃油供给系统，重新配置进气系统，增加高能点火系统、电控系统等技术措施，开发形成了生物质气体发动机。通过试验发现，该机点火、启动容易，运转平稳，性能良好。 3.根据气体发动机的结构和系统配置，及AVLBOOST软件计算原理，建立了6160型生物质气体发动机的工作过程模型，并对必要参数进行估计。利用所建模型，结合边界条件，对发动机在额定转速下的负荷特性进行了模拟计算，并与相应工况的试验数据进行对比。结果表明，计算数据与试验结果吻合较好，从而验证了该机模型的正确性。在此基础上，研究了压缩比、点火提前角、配气相位等结构参数对发动机性能的影响，并对这些参数进行了优化。将优化后的结果代入模型计算，结果表明，优化后发动机的功率提高，气耗率及排气温度有所降低，发动机的性能得到提高。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文授权的说明

第一章绪论

1.1课题的提出及研究意义

1.1.1能源环境背景

1.1.2生物质能源的特点及主要能源转换形式

1.2课题的研究内容与创新点

第二章文献综述

2.1气体发动机的背景

2.2国内外气体发动机的研究现状

2.2.1国外气体发动机的研究现状

2.2.2国内气体发动机的研究现状

2.3生物质气化发电国内外研究状况

2.3.1生物质气化发电工作原理

2.3.2国外生物质气化发电技术研究现状

2.3.3国内气化发电技术的现状

2.4本章小结

第三章生物质燃气的特性

3.1生物质燃气的特性

3.1.1生物质燃料的成分和发热值

3.1.2生物质燃气的主要理化特性

3.1.3生物质燃气的主要燃烧特性

3.2生物质燃气与其他燃气的比较

3.3生物质燃气对发动机产生的影响

3.4本章小结

第四章生物质气体发动机的试验研究

4.1生物质气体发动机工作原理

4.2发动机的改装情况

4.3实验所用的设备和测量仪器

4.3.1发动机参数

4.3.2发电机参数

4.3.3测量仪表及监控软件

4.4试验设计

4.4.1试验目的

4.4.2试验内容

4.4.3实验前的准备

4.4.4试验工艺流程

4.5试验方案

4.6实验结果及其分析

4.7结论

第五章AVL BOOST软件对生物质气体发动机的计算模拟及参数优化

5.1模型的建立

5.1.1建模步骤

5.1.2工作过程模型的建立

5.2缸内热力过程计算方程

5.2.1缸内热力过程计算的基本假设

5.2.2基本微分方程

5.2.3缸内热力过程数值计算辅助方程

5.3模型参数的设置

5.3.1边界条件的设置

5.3.2气缸参数的选取

5.4发动机性能模拟计算

5.4.1模拟计算目的

5.4.2发动机机的特性

5.4.3 6160型气体发动机机的特性模拟计算及结果分析

5.4.4发动机的主要结构参数对其性能的影响

第六章全文总结及展望

6.1全文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献