压缩空气发动机提高能量利用效率的数值研究
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：⑴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。⑵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。⑶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。⑷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。⑸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℃A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。
气动机械;压缩空气;能量转换;仿真分析
河北工业大学
硕士
动力机械及工程
郑清平
2014
中文
TH47;TH412
85
2016-05-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）