PSA在內(nèi)燃機(jī)節(jié)能的應(yīng)用探索及匹配控制研究

【摘要】： 本文介紹了變壓吸附制氧技術(shù)的原理、分子篩以及工藝流程等,建立了變壓吸附的模型,并進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了沖洗比、吸附壓力、進(jìn)氣流速等操作參數(shù)對(duì)回收率與純度的影響?？紤]到變壓吸附制氧方法產(chǎn)生的氧氣量,裝置結(jié)構(gòu)尺寸小、啟動(dòng)時(shí)間短、自動(dòng)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn),在中小規(guī)?？諝夥蛛x領(lǐng)域,尤其是供應(yīng)富氧時(shí),PSA法的優(yōu)勢(shì)明顯,能夠?yàn)閮?nèi)燃機(jī)提供濃度穩(wěn)定的氧氣。 以柴油機(jī)4102BZLQ作為研究對(duì)象,探索進(jìn)氣富氧在內(nèi)燃機(jī)上應(yīng)用的可行性。通過(guò)KIVA-3V程序建立了4102BZLQ柴油機(jī)燃燒室的網(wǎng)格模型并進(jìn)行了燃燒過(guò)程的數(shù)值模擬。通過(guò)模擬計(jì)算,獲取了噴油束、缸內(nèi)氣體壓力、溫度等隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律;通過(guò)模擬計(jì)算,獲取了在不同曲軸轉(zhuǎn)角下NOX的缸內(nèi)分布規(guī)律以及隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律,并分析認(rèn)為NOx的生成量主要受最高燃燒溫度的影響;通過(guò)模擬計(jì)算,獲取了CO、Soot隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。 應(yīng)用KIVA-3V程序模擬計(jì)算了不同氧濃度的燃燒室的燃燒過(guò)程。隨著進(jìn)氣中氧濃度的增加,燃燒室內(nèi)的最大平均壓力(示功率)和最大平均溫度逐漸升高,碳煙與CO的排放量均有顯著降低(降低可達(dá)75%),但NOx排放率明顯增加。通過(guò)對(duì)模擬的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析比較,認(rèn)為最佳的氧濃度應(yīng)在23%左右。在選定富氧率之后,本文對(duì)相關(guān)參數(shù)的研究表明適當(dāng)?shù)耐七t噴油提前角有利于降低NOx,而對(duì)Soot和CO的排放量的影響不致太大。 為了使富氧率能夠較快的跟蹤上響應(yīng)達(dá)到符合相對(duì)應(yīng)工況的值,本文通過(guò)模糊自整定PID來(lái)控制富氧率。模糊自整定PID控制秉承了常規(guī)PID控制和模糊控制的優(yōu)點(diǎn),對(duì)被控系統(tǒng)的適應(yīng)性強(qiáng)、魯棒性好,特別是在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變時(shí)同樣可獲得令人滿意的控制效果,能很好的適應(yīng)現(xiàn)實(shí)控制過(guò)程中的要求。 【關(guān)鍵詞】：內(nèi)燃機(jī) 富氧燃燒 數(shù)值模擬 變壓吸附制氧 模糊PID控制 KIVA-3V
【學(xué)位授予單位】：大慶石油學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TK401
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要7-10
• 引言10-11
• 第一章 概述11-16
• 1.1 實(shí)用制氧方法11-12
• 1.2 制備富氧空氣方法的適用范圍12-13
• 1.3 PSA 制氧技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀13-14
• 1.4 PSA 在內(nèi)燃機(jī)節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用的可能性14-15
• 1.5 本課題的研究的主要內(nèi)容與來(lái)源15-16
• 第二章 變壓吸附制氧理論16-29
• 2.1 變壓吸附原理簡(jiǎn)述16-17
• 2.2 變壓吸附制氧系統(tǒng)工藝過(guò)程17-18
• 2.3 變壓吸附空分制氧理論18-25
• 2.3.1 變壓吸附空分制氧理論的研究進(jìn)展18-19
• 2.3.2 變壓吸附吸附劑19
• 2.3.3 空分制氧理論及數(shù)學(xué)建模19-25
• 2.4 仿真優(yōu)化25-27
• 2.4.1 沖洗比的影響27
• 2.4.2 吸附壓力27
• 2.4.3 進(jìn)氣流量27
• 2.5 小結(jié)27-29
• 第三章 KIVA 理論29-45
• 3.1 KIVA 程序的發(fā)展29-31
• 3.2 控制方程和數(shù)學(xué)模型31-37
• 3.2.1 組份連續(xù)（質(zhì)量守恒）方程32-33
• 3.2.2 動(dòng)量守恒方程33
• 3.2.3 能量守恒方程33-34
• 3.2.4 湍流模型34-36
• 3.2.5 狀態(tài)關(guān)系方程36
• 3.2.6 化學(xué)成分守恒方程36-37
• 3.2.7 液滴定義和噴霧方程37
• 3.3 邊界條件37-40
• 3.3.1 物理邊界條件37-40
• 3.3.2 噴霧邊界條件40
• 3.3.3 數(shù)值邊界條件40
• 3.4 數(shù)值方法40-44
• 3.4.1 計(jì)算網(wǎng)格40-43
• 3.4.2 隨機(jī)粒子方法（Stochastic Particle Technique）43-44
• 3.4.3 運(yùn)算步驟及程序流程44
• 3.5 小結(jié)44-45
• 第四章 進(jìn)氣富氧應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)上的可行性分析45-60
• 4.1 4102BZLQ 柴油機(jī)的簡(jiǎn)介45-46
• 4.2 4102BZLQ 柴油機(jī)網(wǎng)格的生成46-49
• 4.3 用KIVA-3V 對(duì)4102BZLQ 柴油機(jī)數(shù)值模擬49-58
• 4.3.1 輸入文件49-51
• 4.3.2 模擬結(jié)果51-56
• 4.3.3 模型驗(yàn)證56
• 4.3.4 氧濃度選擇56-58
• 4.4 小結(jié)58-60
• 第五章 進(jìn)氣富氧的變參數(shù)研究60-75
• 5.1 噴油提前角的影響60-65
• 5.1.1 噴油提前角對(duì)P_(_(max)) 和T_(_(max)) 的影響60-61
• 5.1.2 噴油提前角對(duì)NO_x 的影響61-63
• 5.1.3 噴油提前角對(duì)Soot 的影響63
• 5.1.4 噴油提前角對(duì)CO 的影響63-65
• 5.1.5 噴油提前角對(duì)性能的影響65
• 5.2 負(fù)荷的影響65-70
• 5.2.1 負(fù)荷對(duì)最大爆發(fā)壓力P_(_(max)) 和最高燃燒溫度T_(max) 的影響65-67
• 5.2.2 負(fù)荷對(duì)NO_x 的影響67-68
• 5.2.3 負(fù)荷對(duì)Soot 的影響68-69
• 5.2.4 負(fù)荷對(duì)CO 的影響69-70
• 5.3 轉(zhuǎn)速對(duì)4102BZLQ 柴油機(jī)燃燒過(guò)程主要性能的影響70-73
• 5.3.1 轉(zhuǎn)速對(duì)最大爆發(fā)壓力P_(max) 和最高燃燒溫度T_(max) 的影響70-71
• 5.3.2 轉(zhuǎn)速對(duì)NO_x 的影響71
• 5.3.3 轉(zhuǎn)速對(duì)Soot 的影響71-72
• 5.3.4 轉(zhuǎn)速對(duì)CO 的影響72-73
• 5.4 小結(jié)73-75
• 第六章 進(jìn)氣富氧的控制方案75-81
• 6.1 進(jìn)氣控制系統(tǒng)75-76
• 6.2 常規(guī)PID 控制與模糊PID 控制76-77
• 6.3 模糊PID 控制77-80
• 6.3.1 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)77
• 6.3.2 模糊PID 控制器參數(shù)整定原則77-78
• 6.3.3 模糊規(guī)則的確定78-80
• 6.3.4 仿真結(jié)果分析80
• 6.4 小結(jié)80-81
• 結(jié)論81-83
• 參考文獻(xiàn)83-86
• 發(fā)表文章目錄86-87
• 致謝87-88
• 詳細(xì)摘要88-91

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