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压缩空气发动机提高能量利用效率的数值研究

王瑾  
【摘要】:随着能源枯竭和环境恶化的问题越来越严重,当代发动机的发展趋势在继续追逐动力性和经济性的同时,越来越要求能耗和环保方面的可持续发展。压缩空气发动机以高压空气为工作介质,将其储存的压力能转换为机械能输出,驱动压缩空气动力汽车行驶。整个工作过程中,无燃烧,不发生化学反应,没有污染物排放,达到了真正意义上的零排放、纯绿色。本论文以压缩空气发动机为研究对象,围绕着提高能量利用率这条主线,通过理论计算、模拟仿真,建立压缩空气发动机的热力学模型及能量转换模型,研究其能效特性及影响因素,达到优化设计的目的。主要内容包括:1.运用热力学理论分析压缩空气发动机的工作原理,并系统的分析压缩空气发动机单位循环的工作过程,建立与实际情况相符合的发动机工作过程的数学模型。以此模型为基础,添加□分析模块,对压缩空气发动机的能量利用情况进行具化分析,建立相应的数学模型。2.运用MATLAB中SIMULINK与GUIDE模块进行混合编程,创建可视化界面,建立压缩空气发动机工作过程的仿真模型。3.运用所建立的模型模拟缸内工作过程,分析压缩空气发动机工作时缸内气体性能参数变化的基本规律。通过与已有实验数据相验证,确定模型的可行性及可靠性。4.研究进排气过程中配气机构参数,如进排气流通面积、进气持续角和进气提前角对压缩空气发动机性能的影响。5.分析压缩空气发动机工作过程可用能分布,进一步研究气源压力、进气压力、进气减压方式、环境温度、发动机转速、配气机构参数、气缸结构参数等对压缩空气发动机能量利用率的影响,得到如下结论:储气罐压力最优选值在20MPa至30MPa之间;进气压力的适当取值范围为1MPa—3.5MPa;优先采用容积减压方式;进气持续角选值应在60°CA至80°CA之间;进气提前角在15°CA达到动力性和经济性的最优匹配等。


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