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原文传递船用涡轮增压器建模方法研究

论文题名：	船用涡轮增压器建模方法研究
关键词：	船用涡轮增压器;压气机;建模技术;预测精度;外推能力
摘要：	日趋严苛的排放法律法规结合兼顾性能方面的要求催生了对更为复杂的船舶主机系统的需求，而发动机的动态仿真模型是发动机控制策略在初始设计和测试阶段最为行之有效的手段。而涡轮增压器模型是发动机系统整体模型中的重要组成部分，其仿真精度直接影响着缸内扫气、燃烧过程，从而决定着整体模型的仿真精度。因此无论是对于仿真研究还是基于模型的控制方面，提高改良模型的预测精度是至关重要的。涡轮增压器模型由压气机和涡轮机两个子模型构成，本文的重点部分在于压气机的建模。　　对于涡轮增压发动机系统的仿真，在进排气动态仿真中的压气机子模型通常是基于利用压气机的性能图谱建立的。然而压气机的性能图谱上仅是覆盖了增压器相对较高转速下的工作区域，但是发动机的仿真中时常会驱动压气机的转速工作于图谱中多提供的以外区域。所以就需要一种既能保证设计工况区的预测精度，又能稳定可靠的外推至设计工况区以外的低压比区、低速区和高速区的压气机模型。本文的主要研究内容就是以A270-L59和TCA88-25070两台增压器为研究对象，在不同的增压器工作区域，测试对比分析基于不同理论背景所建立的具有代表性的压气机数学模型的预测及外推结果。根据实验对比结果发现无论是质量流量模型还是等熵效率模型，如果仅是依靠数学理论曲线拟合出来的模型就会存在对样本数据的依赖性大，在存在相应样本的区域模型精度较高，在缺乏相关样本点的非设计区域就会出现模型无法准确表述实际变化了的参数关系，而至使模型外推精度较差。基于实际物理过程为出发点分析的机理建模方法适用范围广，对不同型号的增压器的预测精度比较稳定可靠。而在拥有样本点设计工况区相比机理模型，曲线拟合法不仅结构相对简单、模型复杂程度低、对增压器的一些详细设计尺寸等相关信息需求少，并且预测精度最高。为此，本文在每个压气机性能图谱中的不同工作区域选取了最适合的模型，从而建立一套兼顾稳定外推能力的压气机模型。并且对在不同外推区域之间的瞬时过渡进行修正，避免模型出现不连续和不稳定的情况，对于效率模型为了获得更为精确的预测结果，在ZengTao效率的模型基础上做了适当的修正。　　在本文的最后，为了验证所建立的增压器模型而搭建了装配有A270-L59型增压器的7S80ME-C9.2型主机的平均值模型。通过部分主要的主机性能参数的仿真预测值与制造商提供的试车报告中的数据之间的比较，验证了本文所建立的增压器模型具有一定的预测精度和稳定的外推能力。
作者：	张川
专业：	轮机工程
导师：	林叶锦
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2021