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原文传递气动-柴油混合动力发动机工作过程研究

论文题名：	气动-柴油混合动力发动机工作过程研究
关键词：	汽车发动机;节能环保;混合动力;压缩空气
摘要：	在节能与环保的要求对传统内燃机行业造成日益沉重的压力的今天，各种清洁替代能源的研究也已经且将继续成为车用动力领域的热点问题。其中，以压缩空气或液氮作为动力源的气动发动机因其完全无燃烧、无排放以及不依赖矿物燃料的特性，正获得了人们越来越多的关注。但是，由于气动发动机受动力源本身的储能密度和能量转化效率等因素的制约，在动力性和续驶里程等方面的表现并不如人意，而这两方面恰好是内燃机的优势所在。因此，将气动发动机与内燃机进行有机结合，形成一种新形混合动力，充分发挥各自的优势，则是解决上述矛盾的一个有效思路。　　本研究围绕这一主题，进行了一系列理论与实验研究，主要工作内容包括：⑴气动发动机缸内过程数值仿真研究采用变质量系统热力学方法，结合课题组前期研究成果与缸内动态流场分析结果，建立了可以较为准确反映气动发动机工作过程的理论模型，并使用局部与全局灵敏性分析方法就结构与运行参数对气动发动机动力性和经济性的影响进行了理论分析。⑵气动-柴油混合动力发动机数值模拟将气动发动机、柴油机、换热器等各子系统模型相互耦合，建立了完整的气动-柴油混合动力发动机工作过程理论模型，通过数值计算了解其工作过程中工质状态的变化、系统可用能分布，预测其性能表现及可行性。⑶气动-柴油混合动力发动机优化匹配研究利用建立的气动-柴油混合动力发动机工作过程理论模型，针对不同的经济性目标，采用数值仿真方法对其进行了优化匹配研究，以求最大限度发挥气动-柴油混合动力发动机的优势。⑷气动-柴油混合动力系统实验研究将气动发动机与柴油机进行物理上的连接，使柴油机排气通过一热交换器对气动发动机进气进行加热，组成了气动-柴油混合动力发动机准样机实验系统，并对其进行了一系列的台架性能实验，了解了此类混合动力形式对气动发动机与柴油机性能的影响，验证其可行性。　　本研究通过上述工作，获得了以下主要结论：①气动发动机工作过程中缸内工质状态分布较均匀，不均匀持续时间较短。②进气阀参数是影响气动发动机动力性与经济性最关键的结构因素。③高压低温排气带走的能量和进气过程中的能量损失是气动发动机工质可用能损失的主要构成部分。④将气动发动机与传统内燃机组合成混合动力发动机，回收利用内燃机废热以提高气动发动机进气温度是改善其动力性与经济性最有效且可行的手段。⑤理论计算与实验结果均表明，气动-柴油混合动力发动机可以实现其设计目的，利用柴油机排气废热加热气动发动机进气，在对柴油机性能不产生明显影响的前提下，使气动发动机的动力性和经济性均有显著的改善，大幅度提高了进气可用能利用率；并改善了气动发动机高速工况下的性能，使其理想工作范围有了较大的扩展。⑥建立了气动-柴油混合动力发动机数值仿真与实验研究平台，验证了这类混合动力的可行性，为其真正走向实用打下了较为扎实的基础。
作者：	胡军强
专业：	动力机械及工程
导师：	俞小莉
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文