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柔性排气对低速柴油机性能影响研究
| 论文题名： | 柔性排气对低速柴油机性能影响研究 |
| 关键词： | 船用低速柴油机;米勒循环;柔性排气;参数优化 |
| 摘要： | 发动机的配气相位对其动力性、经济性及排放性能都有重要的影响。低速二冲柴油机转速和负荷变化时，对进排气有着不同的需求。柔性排气技术的应用根据不同工况调整排气阀的配气相位和排气阀最大升程，可以充分发挥柴油机的性能，提高动力性、经济性以及排放性能指标。本文针对小缸径船用低速二冲程柴油机，基于GT-Power和modeFRONTIER软件，以排气阀的排气参数为变量进行了多目标优化联合仿真研究，选取不同工况下排气参数开展仿真计算，获得各工况最优的可变排气阀升程参数。应用GT-Power软件，仿真研究可变排气阀相位、升程和开启关闭速度对柴油机有效功率、有效燃油消耗率和NOx排放量的影响，分析影响规律。根据可变排气的特点，仿真分析排气阀晚开和晚关的方式对米勒循环柴油机动力性和排放的改善。具体工作如下: 首先，对小缸径低速柴油机多工况进行GT-Power一维工作过程建模，利用试验数据对各工况模型进行了校核标定，标定结果显示缸内压力、有效功率、有效燃油消耗率和NOx排放量的仿真值与所给的实验值较为吻合，模型较为准确，可作为后续工作的仿真模型。另外，为开展多目标优化，对原机排气阀升程进行了参数化拟合设计，将排气阀的升程、相位、开启关闭速度和排气阀最大升程持续期参数化，为后续的排气参数优化以及排气参数对柴油机性能影响分析提供基础。 然后，联合modeFRONTIER与GT-Power软件，建立多目标优化仿真的工作流，采用NSGA-Ⅱ优化算法，通过伪随机序列选取50组排气阀初始参数组，按照遗传算法进行20代遗传运算，每个工况共1000个运算点，分别以有效功率和NOx排放量为优先优化目标对不同工况下的排气参数进行优化，得出各工况下的最优排气参数。 最后，分别在低工况、中工况和高工况下，研究排气阀相位、升程、开启关闭速度等排气参数以及两参数耦合后对柴油机性能的影响规律，比较不同排气参数下气缸内的爆发压力和容积效率，从燃油产生总能量分布角度分析有效功率的变化，根据缸内最高温度分析NOx的变化。根据可变排气特点，通过排气阀晚开和排气阀晚关两种方式研究米勒循环下柴油机有效功率，有效燃油消耗率和NOx排放的变化规律，为低速柴油机排气参数的最优化设计提供参考。 |
| 作者： | 姚成文 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 路勇;周伟中 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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