基于gt-power涡轮-活塞式柴油机热力分析和仿真的研究

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1、图书分类号TK422密级非密UDC621.4硕士学位论文基于GT-POWER的涡轮-活塞式柴油机热力分析与仿真研究指导教师苏铁熊教授张俊跃研究员王强讲师申请学位级别工学硕士专业名称动力机械及工程论文提交日期2012年04月20日论文答辩日期2012年06月04日学位授予日期年月日论文评阅李雅青刘汉涛答辩委员会主席张儒华2010年4月20日原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡

2、献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文基于GT-POWER的涡轮-活塞式柴油机热力分析

3、与仿真研究摘要随着柴油机功率密度的不断提高，增压技术的形式不断翻新。针对某柴油机的设计需求，本文提出了一种涡轮-活塞式柴油机理念，通过GT-POWER软件仿真优化，最终确立了适合本文需求的柴油机废气热能利用方案。在热力学分析的基础上，参照Hyperbar超高增压发动机的补燃室和绝热复合发动机的动力涡轮模式，提出了5种可能满足本文设计要求的方案并有一定创新；在GT-POWER软件中按照分块建模的理念，针对某增压柴油机搭建原机模型，并根据原机试验参数对该模型进行校核，且给出增压系统速度系数、流量系数、膨胀系数和效率系数等参数对柴油机性能

4、的影响规律；基于原机模型，分别建立了上述5种方案的仿真模型，最终确定了一种满足本文柴油机设计要求的方案，并应用热力学分析中的火用分析法对此方案进行分析验证，以此证明此方案的可行性。实现柴油机高的功率密度，关键是高效的燃烧技术，目前有高压喷射燃油系统、高燃烧压力设计和高增压技术。本文所设计柴油机的工作要求是在低速时扭矩特性好，并且在必要时发出较大的功率，这对单一的往复式柴油机通过改进燃油系统或燃烧压力是很难做到的，只有采用高增压技术来实现。本文提出了2种串联式、2种并联式和1种复合式废气热能利用方案。在GT-POWER建模的过程中，采

5、用分块建模的思想，将实际柴油机划分为增压、进排气、中冷器、气缸及曲轴箱等子系统，实现从实际模型到物理模型的转化；结合所给柴油机结构参数，根据热力学、传热学等方面的知识，将物理模型进行定量的数学描述，将收集的数据及资料输入相应的模型中，实现从物理模型到数学模型的转化；结合实际柴油机的结构，联接各模块以构成完整的模型，实现从数学模型到仿真模型的转化，最终完成模型的建立。在对柴油机废气能量利用方案分析之前，由于建模过程中对柴油机进行了简化处理，所以模型建立完成后需对模型进行校核和调整，以保证原机模型的仿真结果与其试验结果相一致。根据实际情

6、况通过调节模型中的参数，最终使仿真结果与试验结果之间的相对误差小于3%。在校核过程中由于增压系统与发动机之间是气动联接，且增压器为自平衡原件，即其自身的输出与其本身和发动机输出输入有关，在校核过程中比较复杂，因此本文总结出了关于增压器的具体校核方法与增压器对柴油机性能的影响规律。在对柴油机废气能量利用方式方案分析过程中，结合5种方案中补燃室和动力涡轮布置位置，在校核后的原机模型基础上建立各自的模型，通过分析，找出各方案的优缺点，对方案进行优化，确立最终方案，并结合热力学中的火用分析法对其进行验证，证明了其可行性。关键词：柴油机，涡轮

7、-活塞式，废气能力利用方式，热力分析，仿真中北大学学位论文BasedontheGT-POWERofturbine-pistondieselenginethermalanalysisandsimulationresearchABSTRACTWiththecontinuousimprovementofthedieselenginepowerd-ensity,ascendingtheformoftechnologyappearedunceasingly.AccordingtotheDesignrequirementsofonediesel

8、engine,thispaperputsforwardaturbine-pistondieselengineconcept,throughtheGT-POWERsoftwaresimulationoptimization,finall