基于GT-POWER仿真模拟的可变喷嘴增压器与柴油机的匹配研究

摘要

随着石油资源日益枯竭、排放法规日益严格，对开发高效、清洁柴油机提出了更高的要求。对于现代柴油机而言，涡轮增压技术是最基本的技术。由于传统涡轮增压器很难同时兼顾高速、低速柴油机性能，柴油机的匹配存在低速扭矩不足、部分负荷经济性和加速性能差等问题。可变涡轮增压系统是解决这些问题的一种较理想的方案，在国内外受到普遍关注。 本文首先对增压柴油机各物理子系统建立其工作过程的数学模型，在此基础上利用GT-Power软件，建立了YC6J涡轮增压柴油机的GT-Power仿真模型，并将仿真模型的模拟计算结果与已有的实验数据进行对比，结果表明，仿真结果与实验结果基本吻合。 基于上述仿真模型，对YC6J涡轮增压柴油机与可变喷嘴增压器（GT35V）匹配进行数值模拟研究。对柴油机稳态工况性能进行模拟计算分析结果表明，该增压器能很好的改善发动机的性能。 通过仿真计算，分析和总结了可变叶片位置对柴油机性能的影响规律，建立了该柴油机与可变喷嘴涡轮增压系统的联合运行线。对比原机与VNT发动机，可以看出VNT可以有效改善发动机经济性，提高低速扭矩。 通过大量的计算分析，得出了以经济性为优化目标的VNT增压器的控制MAP，为试验提供初步理论数据。最后，通过试验研究，验证了模拟结果，在此基础上，进一步研究了柴油机匹配VNT的经济性和动力性。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1前言

1.2常规增压发动机中存在的问题

1.3改善以上问题的措施

1.4可变增压系统国内外研究现状

1.5内燃机循环模拟的发展

1.6本课题的主要研究工作和意义

第二章数学模型的建立

2.1缸内热力过程数学模型的建立

2.1.1缸内热力过程计算的基本假设

2.1.2缸内热力过程基本方程

2.1.3缸内热力过程数值计算辅助方程

2.1.4进排气阀的流量计算

2.2进排气系统的数学模型

2.2.1一维非定常流模拟计算

2.2.2有限容积法计算模型

2.2.3中冷器参数的计算

2.3废气涡轮增压器的数学模型

2.3.1涡轮增压器的能量传递分析

2.3.2压气机特性参数计算

2.3.3涡轮特性参数计算

2.4本章小节

第三章发动机工作过程的仿真计算

3.1概述

3.2发动机工作过程仿真软件简介

3.2.1 GT-POWER软件的构成及分析

3.3发动机工作过程仿真模型的建立

3.3.1主要技术参数

3.3.2工作过程仿真模型的建立

3.3.3模型的参数设置

3.3.4参数估算

3.3.5计算模型的主要输入参数表

3.4仿真模型的验证

3.5本章小结

第四章 YC6J柴油机匹配VNT系统模拟研究

4.1 VNT与柴油机匹配的理论分析

4.1.1常规涡轮增压器与发动机的匹配

4.1.2 VNT的原理、优点及要求

4.2 VNT对柴油机动力性和经济性影响特点

4.2.1可变涡轮增压系统匹配稳态工况模拟方法

4.2.2可变涡轮增压系统对增压压力和空气流量的调节效果

4.2.3可变涡轮增压系统对发动机经济性、动力性的影响

4.2.4可变涡轮增压系统与柴油机匹配性能分析

4.3可变涡轮增压系统对柴油机排放性能的影响

4.3.1 Hiroyasu燃烧放热模型

4.3.2 VNT开度对发动机排放的影响

4.3.3全工况VNT开度脉谱的确定

4.4本章小结

第五章YC6J柴油机匹配VNT的试验研究

5.1 VNT与柴油机匹配的试验验证

5.2 VNT柴油机性能的试验研究

5.3本章小结

第六章全文总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢