基于MATLAB的内燃机工作过程模拟软件开发

摘要

内燃机已被广泛的应用于人类的各项生产生活，它给人类带来巨大便利的同时，也带来了严重的资源短缺和环境污染问题，研发出高效率、低排放、低油耗的内燃机已成为21世纪人类面临的重要课题。随着计算机技术的不断发展，内燃机工作过程的数值模拟法已经成为内燃机研发的一个重要手段。通过数值模拟计算可以快速深入的了解内燃机工作过程中各个参数以及工况等因素的变化对发动机性能的影响，为内燃机的设计制造提供参考。
　　本文以MATLAB为软件平台，先以BJ492汽油机为例，建立了点燃式内燃机的零维和准维计算模型，并改型得到CNG和LPG内燃机的计算模型。再以6135Z柴油机为例，建立了压燃式内燃机的零维计算模型，并改型得到二甲醚发动机的计算模型。主要研究内容包括:
　　(1)建立了点燃式内燃机的零维和准维燃烧模型，并以BJ492汽油机为例，计算出它的示功图和主要性能参数，并验证了程序的正确性。以此程序为基础，对汽油机改装成CNG发动机和LPG发动机后的主要性能进行研究，并对如何解决因改变燃料而导致内燃机动力性下降的问题进行研究，最后从点火提前角、压缩比以及循环喷油量三个方面对其进行了性能优化。
　　(2)建立了压燃式内燃机的零维燃烧模型，并以6135Z柴油机为例，计算出它的示功图和主要性能参数，并验证了程序的正确性。以此程序为基础，对柴油机改装成二甲醚发动机的主要性能进行研究，对如何解决因燃用二甲醚而导致动力性下降的问题进行研究，最后从喷油提前角、压缩比以及循环喷油量三个方面对其进行了性能优化。
　　(3)使用MATLAB语言编制了内燃机工作过程模拟软件。该软件适用于不同的机型和燃烧模型，且可以用于研究各种参数对发动机性能的影响。最后对软件的各个功能模块进行了测试，证明软件可以实现预期的功能，保证了软件的正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 内燃机燃烧模型及国内外研究现状

1．2．1 燃烧放热率计算

1．2．2 零维燃烧模型

1．2．3 准维燃烧模型

1．2．4 多维燃烧模型

1．3 本论文的主要内容

1．4 本论文的主要框架

第二章 内燃机工作过程计算模型的建立

2．1 零维燃烧模型

2．2 点燃式准维燃烧模型

2．2．1 基本假设

2．2．2 基本方程

2．2．3 湍流卷吸燃烧模型

2．2．4 已燃区体积计算

2．3 气缸工作容积计算

2．4 气缸周壁的传热计算

2．5 进排气流量计算

2．6 发动机性能参数计算

2．7 本章小结

第三章 内燃机工作过程模拟软件开发设计

3．1 软件的开发环境

3．2 软件总体流程设计

3．3 主要功能模块设计

3．3．1 工作过程模拟计算模块设计

3．3．2 变参数研究模块设计

3．3．3 数据保存模块设计

3．4 软件界面功能介绍

3．5 本章小结

第四章 软件验证

4．1 汽油机工作过程程序验证

4．1．1 BJ492汽油机零维模型验证

4．1．2 BJ492汽油机准维模型验证

4．1．3 主要参数对BJ492汽油机性能的影响研究

4．2 柴油机工作过程程序验证

4．2．1 6135Z柴油机零维模型验证

4．2．2 主要参数对6135Z柴油机性能的影响研究

4．3 本章小结

第五章 多种燃料发动机性能预测及优化

5．1 CNG发动机

5．1．1 CNG发动机工作过程模拟

5．1．2 CNG发动机性能优化

5．2 LPG发动机

5．2．1 LPG发动机工作过程模拟

5．2．2 LPG发动机性能优化

5．3 二甲醚发动机

5．3．1 二甲醚发动机工作过程模拟

5．3．2 二甲醚发动机性能优化

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表论文与研究成果清单