柴油机热平衡数值仿真与试验研究

摘要

发动机热平衡研究是缸内传热研究的重要组成部分。所谓热平衡就是分析不同工况下燃油燃烧释放出的总热量分配到有效功率等各部分热量的情况。它是从系统集成的角度分析发动机中的能量转换与流动传热过程，使发动机的各个系统(如进排气系统、冷却系统、润滑系统)与发动机匹配最优化，最大程度地提高发动机的热效率。目前，发动机热平衡的主要研究方法有仿真与试验两种方法。一方面，随着计算机技术的飞速发展，仿真研究可以在虚拟的环境中对研究对象进行热平衡分析，降低产品的研发成本，缩短产品的设计周期。另一方面，现代测试技术水平的发展使试验研究可以获得更为准确的测量参数，为仿真研究提供可靠的依据。本文尝试采用AVL BOOST软件进行发动机的热平衡仿真研究，为热平衡的仿真研究提供了一种新的方法与途径。通过热平衡试验验证了仿真结果的可靠性，证明了采用该方法进行热平衡仿真研究的可行性。 本文完成的主要工作有： 1.建立热平衡仿真的缸内工作过程模型和一维气体非定常的流动模型。确定燃烧放热模型、缸壁传热模型以及边界条件的处理方法。 2．在AVL BOOST软件中建立了WD615型(162kW)柴油机的仿真模型，分析模型中气缸、管道、涡轮增压器、测点位置、系统边界等参数的设置方法。并对WD615型(162kW)柴油机进行了外特性与负荷特性的热平衡仿真计算，分析外特性与负荷特性下，各部分热量的分配情况。 3．利用发动机热平衡测试系统对仿真机型进行试验验证。比较仿真结果与试验结果的差异，验证了用AVLBOOST软件进行热平衡仿真研究方法的可行性。 4．对相近机型WD615型(147kW)柴油机进行AVL BOOST热平衡仿真计算，通过与试验结果的对比分析，进一步验证该方法用于热平衡仿真计算的可行性。 5．比较分析了WD615(162kW)与WD615(147kw)两种机型外特性和负荷特性下热平衡试验结果的差异，为工程选型应用与冷却系统的改善提供借鉴。 6．在总结本文研究工作的基础上，对今后热平衡仿真研究提出工作展望。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1缸内工作过程数值仿真研究现状

1.2.2缸内传热研究现状

1.2.3内燃机热平衡研究现状

1.3本文研究内容

第二章柴油机热平衡仿真计算的基础理论

2.1缸内工作过程的数学模型

2.1.1基本假设

2.1.2基本微分方程

2.1.3边界条件的设定

2.1.4缸内各阶段的工作过程

2.2一维气体非定常流动模型

2.2.1流动基本方程

2.2.2偏微分方程的数值解法

2.2.3边界条件的处理

2.3整机热平衡的计算方法

2.4本章小结

第三章柴油机热平衡仿真计算与分析

3.1 AVL BOOST模拟计算软件简介

3.2研究对象的主要技术参数

3.3仿真计算模型的建立

3.3.1仿真模型图

3.3.2模型参数设置

3.4仿真计算结果分析

3.4.1外特性热平衡仿真结果分析

3.4.2负荷特性热平衡仿真结果分析

3.5本章小结

第四章热平衡的试验验证

4.1试验系统的总体布置

4.2试验仪器设备

4.3试验与仿真结果的对比分析

4.3.1外特性热平衡结果的对比分析

4.3.2负荷特性热平衡结果的对比分析

4.4本章小结

第五章相近机型热平衡计算与对比分析

5.1相近机型模型参数设置

5.2相近机型仿真结果与试验对比分析

5.3两种机型的热平衡比较分析

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1工作总结

6.2今后工作展望

参考文献

致 谢