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船用二冲程电喷柴油机建模与仿真
| 论文题名： | 船用二冲程电喷柴油机建模与仿真 |
| 关键词： | 船用电喷柴油机;建模技术;容积法;共轨系统 |
| 摘要： | 21世纪以来，船用柴油机进入电控发展新阶段，实现了柴油机控制和管理的电子化、信息化与智能化，W?rtsil?RT-flex智能柴油机作为一种典型的电喷柴油机得到了大规模的推广及应用。与此同时，轮机模拟器以其高效、安全等特点成为航海教育培训的必需设备。因此，深入研究电喷柴油机完整的数理模型并进行仿真验证，以此进行新版模拟器的设计研发，能够促进电喷柴油机与轮机模拟器的进一步发展，具备广泛的现实意义。 针对目前国内在电喷柴油机的建模仿真研究方面缺乏一个整体模型的问题，本文完善了船用二冲程电喷柴油机整体建模的方法。通常在船用柴油机建模时，仅对工作过程进行建模，而对共轨系统控制的喷油与排气过程仅进行简单的MAP设定，或以主机转速进行简单的匹配。实际上，进行喷油与排气控制的共轨系统对柴油机动态响应性能影响较大。本文以W?rtsil?6RT-flex58T-D智能柴油机为研究对象，分析了电喷柴油机的组成与工作原理，基于容积法模块化建模思想进行组件划分，建立了包括气缸模型、进排气总管模型、涡轮增压器模型、空冷器模型、匹配主机转速与船速的动力学模型在内的柴油机工作过程模型，各子系统通过质量与能量相联系；并在此基础上细化了喷油与排气控制的共轨系统模型，包括燃油共轨系统与伺服油共轨系统，依据流体状态连续性方程及运动方程，简化工质复杂的热力传递过程，对高压油泵、中间储油器、收集器、共轨管、ICU、VCU、喷油器、排气阀等进行油液状态连续的数学建模，得到了共轨系统的喷油量以及排气阀启闭状态，完善了基于容积法的电喷柴油机整体动态模型。 使用Matlab/Simulink对各子模块数学模型分别进行仿真，依据各模块间输入、输出关系进行连接，结合实船主机各项参数指标及台架试验数据，以各典型工况为标准，对整体模型进行调试与验证，完成了整体模型仿真程序的设计，可得气缸与进排气总管的压力和温度、柴油机转速和功率、共轨系统喷油量、排气状态等参数及其动态变化过程曲线，验证了动态模型的准确性；在全负荷工况稳定运转状态下，通过对各工况稳定转速进行调节，验证了整体动态模型的实时响应性能；同时通过与柴油机工作过程模型和简化的共轨系统模型进行对比，细化共轨系统喷油与排气控制的整体模型的误差控制在2%以下，误差进一步缩小、模型运行更稳定、更贴合实船运行机理。 为解决旧版轮机模拟器数据池隐藏于应用程序而导致的模型复用率低、数据闭塞、耦合性高等问题，以整体仿真模型为核心，在Visual Studio环境中，采用WPF框架与技术，进行了主机部分二维可视化仿真模拟器的设计。 |
| 作者： | 王贤涛 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 张均东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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