内燃机-斯特林联合循环装置的仿真分析及实验研究

摘要

随着能源危机及气候变暖等环境问题的日益严重,汽车发动机能源消耗成为人们关注的热点问题。将内燃机尾气所携带的能量有效回收利用将对改善内燃机燃油利用率有重要的作用。本文应用斯特林发动机作为内燃机的后接热力循环装置,搭建内燃机-斯特林联合循环系统,探究了不同循环工况下的循环特性。将联合循环系统简化为三个模块:内燃机与排气系统、排气系统与斯特林机加热器、斯特林机加热器与斯特林机的数理模型,本文主要针对后两个模块进行仿真分析并搭建联合循环实验台进行实验测试,具体内容如下:
　　1.针对斯特林发动机的特性,建立了α型斯特林发动机数学模型,并对设计样机进行数学模拟,探究不同循环条件下斯特林发动机循环特性。同时针对如何控制内燃机和斯特林发动机联合循环输出功的大小,对斯特林发动机功率调节参数进行了简要模拟与分析。
　　2.为了使斯特林发动机能够高效利用内燃机尾气余热,针对斯特林发动机加热器换热特点,应用CFD软件对加热器换热流场进行三维模拟,探究出不同模拟工况条件下,内燃机尾气释放的热量和加热器内工质吸收的热量,为变工况联合循环实验提供一定的理论基础。结合一维和三维数值模拟计算结果,对选定工况联合循环效率进行了耦合计算。由于加热器换热效果差,联合循环效率只提高0.4％。
　　3.搭建了内燃机-斯特林联合循环实验系统,对联合循环进行实验测试,通过实验现象分析出联合循环存在的问题和不足。文章最后提出斯特林机加热器的改进方案,并对优化后的加热器模型进行了模拟计算和对比分析,为高效转化和利用内燃机尾气余热能具有重要的参考价值。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2废热回收技术介绍

1.3斯特林发动机简介

1.4内燃机废热回收方面的应用现状

1.5本文主要内容

第二章 斯特林发动机工作原理及分析方法

2.1斯特林发动机的构造

2.2斯特林发动机的工作原理

2.3斯特林发动机的热力过程分析方法

2.4本章小结

第三章 斯特林发动机模型建立及性能模拟

3.1数学模型的建立

3.2设计参数选取及模拟结果

3.3斯特林发动机动力特性模拟

3.4斯特林发动机动力特性的影响因素

3.5斯特林发动机变功率的调节参数

3.6本章小结

第四章 加热器换热模拟及联合循环计算

4.1加热器三维模型校核计算

4.2联合循环效率计算

4.3加热器性能模拟分析

4.4本章小结

第五章 联合循环实验及加热器再设计

5.1联合循环实验台架搭建

5.2实验步骤

5.3实验现象及结果分析

5.4加热器结构优化设计方案及模拟结果

5.5本章小结

第六章 全文工作总结及展望

6.1全文工作总结

6.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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