16V240ZJ型機(jī)車柴油機(jī)應(yīng)用天然氣燃料仿真分析研究

【摘要】： 隨著對(duì)石油產(chǎn)品需求的不斷增加,世界上勘測(cè)到的石油儲(chǔ)備已呈明顯不足,這對(duì)許多國(guó)家的能源安全構(gòu)成了威脅。而且隨著石油的不斷消耗對(duì)環(huán)境的污染更加嚴(yán)重。這就構(gòu)成了全球最關(guān)注的兩大熱點(diǎn)問題,即能源和環(huán)境問題?，F(xiàn)代科技和社會(huì)以前所未有的速度發(fā)展,這些都對(duì)機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)這一傳統(tǒng)的動(dòng)力裝置提出了許多新的挑戰(zhàn),對(duì)機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性以及排放方面提出了越來越高的要求。只有不斷推陳出新,提出新概念、新技術(shù),機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)才有可能不被社會(huì)的發(fā)展所淘汰。由于機(jī)車柴油機(jī)油消耗高和輸出功率較大,并且排氣流量達(dá)到2~8kg/s,形成局部范圍極高的大氣污染。圍繞著低能耗和減少有害排放物這兩個(gè)主要問題,積極開發(fā)新能源,尋找代用燃料是必然的選擇。天然氣具有價(jià)格低、污染低的優(yōu)點(diǎn)而受到了人們的廣泛關(guān)注。研發(fā)天然氣機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)是解決傳統(tǒng)能源危機(jī)的一個(gè)有效辦法。 本論文利用GT-POWER模擬計(jì)算軟件,它是專門用于發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)仿真計(jì)算的軟件。在論文中,首先詳細(xì)介紹模擬計(jì)算軟件GT-POWER的計(jì)算理論和計(jì)算算法,包括缸內(nèi)工作過程,管內(nèi)的氣體流動(dòng)、壁溫傳熱、以及燃燒模型和排放模型等。對(duì)16V240ZJ型柴油機(jī)建立整機(jī)模型,包括進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、氣缸、曲軸箱、燃料供給系統(tǒng)、壓氣機(jī)、渦輪機(jī)等幾部分。對(duì)柴油機(jī)的定工況進(jìn)行了仿真計(jì)算,并進(jìn)行結(jié)果的調(diào)試和分析。計(jì)算得出缸內(nèi)壓力、缸內(nèi)溫度、燃料消耗率等。將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相對(duì)比,來驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。再在此準(zhǔn)確模型的基礎(chǔ)上通過改變?nèi)剂瞎┙o系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)參數(shù)等,來分析天然氣燃料在內(nèi)燃機(jī)車上的應(yīng)用。分析燃燒天然氣情況下,發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的相互影響。 本論文通過對(duì)多種改造方案的分析與研究,得出機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒天然氣燃料情況下的最佳改造方案。為以后進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和改進(jìn)機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提供依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：天然氣 發(fā)動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)仿真 性能分析 GT-POWER
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：U262.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究的目的和意義10-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 內(nèi)燃機(jī)仿真計(jì)算14-15
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容15-16
• 本章小結(jié)16-17
• 第二章 仿真理論及數(shù)學(xué)模型17-38
• 2.1 缸內(nèi)工作過程基本方程18-21
• 2.1.1 基本假設(shè)18-19
• 2.1.2 基本方程19-21
• 2.2 流體流動(dòng)模型基本原理21-23
• 2.3 缸內(nèi)周壁傳熱模型23-24
• 2.4 缸內(nèi)燃燒模型24-27
• 2.4.1 燃燒模型介紹24-25
• 2.4.2 GT-POWER 中燃燒模型25-27
• 2.5 排放模型27-31
• 2.5.1 氮氧化物排放模型27-28
• 2.5.2 碳煙排放模型28-31
• 2.6 中冷器計(jì)算模型31-33
• 2.7 渦輪增壓器計(jì)算模型33-36
• 2.7.1 壓氣機(jī)特性參數(shù)計(jì)算33-35
• 2.7.2 渦輪機(jī)特性參數(shù)計(jì)算35-36
• 本章小結(jié)36-38
• 第三章 仿真建模計(jì)算與驗(yàn)證38-50
• 3.1 GT-POWER 軟件計(jì)算流程38-39
• 3.2 16V240ZJ 型機(jī)車柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)39-40
• 3.3 GT-POWER 主要模塊建模40-46
• 3.3.1 進(jìn)排氣系統(tǒng)建模40-43
• 3.3.2 噴油器設(shè)置43
• 3.3.3 氣缸和曲軸箱設(shè)置43-44
• 3.3.4 渦輪增壓器建模44-45
• 3.3.5 建立整機(jī)模型45-46
• 3.4 模型的調(diào)試46-47
• 3.5 仿真模型的驗(yàn)證47-48
• 本章小結(jié)48-50
• 第四章 16V240ZJ 型柴油機(jī)燃用天然氣的改進(jìn)方案提出與分析50-76
• 4.1 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)研究現(xiàn)狀50-57
• 4.1.1 按燃料組成分類50-51
• 4.1.2 按天然氣供氣方式分類51-54
• 4.1.3 按燃燒方式分類54-57
• 4.2 16V240ZJ 型柴油機(jī)燃用天然氣燃料方案提出57-58
• 4.3 方案一開式燃燒室火花點(diǎn)火稀薄燃燒系統(tǒng)58-65
• 4.3.1 模型改進(jìn)58-60
• 4.3.2 改進(jìn)后多目標(biāo)模型優(yōu)化仿真結(jié)果分析60-65
• 4.4 方案二缸內(nèi)低壓直噴火花點(diǎn)火系統(tǒng)65
• 4.5 方案三預(yù)燃室火花點(diǎn)火稀薄燃燒系統(tǒng)65-66
• 4.6 方案四柴油引燃燃燒系統(tǒng)66-70
• 4.6.1 模型改進(jìn)67-68
• 4.6.2 改進(jìn)后優(yōu)化仿真結(jié)果分析68-70
• 4.7 方案五缸內(nèi)高壓噴射壓縮燃燒系統(tǒng)70-73
• 4.7.1 模型改進(jìn)70-71
• 4.7.2 改進(jìn)后優(yōu)化結(jié)果分析71-73
• 4.8 對(duì)比各種方案的綜合分析73-75
• 本章小結(jié)75-76
• 第五章 米勒循環(huán)在機(jī)車天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)上的研究76-83
• 5.1 米勒循環(huán)簡(jiǎn)介76
• 5.2 引入米勒循環(huán)的目的76-77
• 5.3 采用米勒循環(huán)方式模擬仿真分析77-79
• 5.4 米勒循環(huán)方式的效果79-82
• 5.4.1 熱效率提高79-80
• 5.4.2 燃料消耗率80-81
• 5.4.3 NO_X 排放81-82
• 本章小結(jié)82-83
• 第六章 全文總結(jié)與展望83-84
• 6.1 全文總結(jié)83
• 6.2 未來工作展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文87-88
• 致謝88-89

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內(nèi)燃機(jī)車燃用重柴油的應(yīng)用研究    王冬

機(jī)車柴油機(jī)噴油策略模擬研究    駱葳

機(jī)車用增壓柴油機(jī)建模與仿真    王娟

提速機(jī)車柴油機(jī)軸系動(dòng)力仿真方法研究    張宇