时滞对轴流压气机喘振的影响

在压气系统中,压力上升和空气扰动之间总是有一定的时间滞后．本文对经典的MG模型进行推广得到时滞MG模型本．通过理论分析和数值模拟,研究了时滞对轴流压气机喘振和旋转失速的影响．以往的研究认为旋转失速的产生仅受到节流阀参数的影响,而喘振工况的出现要受到节流阀参数以及Greitzer参数日的影响,Greitzer参数占大于临界值时,压气机进入到喘振工况．本文研究发现时滞也会对喘振现象产生本质的影响,即存在着临界时滞,当时滞小于临界时滞时,压气机的不稳定工作形式是大振幅的喘振状态,而时滞大于临界时滞,压气机工作在旋转失速状态．     

轴流压气机三维流场数值模拟

使用商业软件Numeca对某型轴流压气机进行三维数值模拟计算,采用Spalart-Allmaras湍流模型,运用隐式残差光顺法、多重网格法以及当地时间步长加速收敛技术缩短计算周期,得出了设计转速下的特性曲线,在此基础上进一步改变压气机出口参数来分析压气机叶轮发生失速喘振的原因,这对防止压气机失稳非常重要.然后对压气机内部流场进行了详细分析,得出了轴流压气机转子内部的流动参数分布规律,并指出造成压气机效率及压比损失的原因.     

船舶增压柴油机喘振原因分析及判别

通过对压气机的特性和增压器与柴油机的配合关系的分析，提出了影响柴油机单独增压系统发生喘振的机理及主要原因，并提出了判别单独增压系统喘振的一般方法。     

引气系数变化对涡扇发动机动态性能影响的数值模拟

采用变比热法及考虑部件的容积效应建立了涡扇发动机的动态仿真模型,模拟计算引气系数改变时对发动机动态过程的影响,结果表明引气系数变化会引起发动机性能参数的变化,引气系数增大会降低风扇的喘振裕度,增大高压压气机的喘振裕度。     

大型船舶柴油机性能模拟及优化计算

在Matlab仿真环境下建立了某大型低速二冲程船用柴油机的零维模型,并利用柴油机推进特性的实验数据验证了模型的准确性.基于仿真模型,分析了不同压缩比和燃烧始点对柴油机标定工况下主要性能参数的影响.利用Isight-Matlab联合仿真优化平台,以柴油机油耗为优化目标,以最高爆发压力、最高爆发压力与压缩压力之差、最高燃烧温度和排气温度低于限制值为约束条件,对标定工况下柴油机的压缩比和燃烧始点进行联合寻优.仿真计算结果表明,标定工况下柴油机的经济性和动力性均有一定改善.     

船用柴油机均值模型建模及仿真研究

柴油机模型的研究是探究柴油机性能、实现虚拟仿真的基础,可缩短仿真计算时间、有效节约柴油机开发成本。本文以RK270柴油机为研究对象,使用GT-POWER软件建立稳态性能仿真模型,在此基础上,采用仿真精度高、计算速度快的平均值法,以C++语言建立柴油机平均值模型,并归纳通用的平均值模型建模标定校核流程;提出二元响应拟合的方法,解决了涡轮增压器特性参数处理困难的问题,并借助数学工具,获得了压气机主要工作区域内拟合精度较高的模型。完成模型开发后,分析了8组工况下的仿真结果,通过误差分析,验证了模型的准确性,丰富完善了柴油机建模理论和方法,可应用于实时控制模型的动态仿真或者实现与船舶动力系统的交互。     

基于转速控制的柴油机动态特性建模与仿真

为了仿真柴油机动态特性,建立了基于转速控制的柴油机模型.基于台架稳态试验数据计算得到柴油机扭矩MAP图,并通过动态修正方法获得柴油机动态扭矩;划分了柴油机运行状态,采用基于油量的控制方法,分别设计了全负荷、部分负荷和限速工况下的控制策略;在Matlab/Simulink环境下建立了柴油机仿真模型,集成传动相关总成建立整车动力学模型,并进行了两种工况仿真,仿真与试验结果表明：模型设计合理,有效模拟了柴油机稳态及瞬态工况;所提出的建模方法解决了在有限试验数据下的发动机动态特性建模问题,研究结果可为快速建立柴油机动态性能预测模型提供参考.     

轴流压气机可调静子叶片间隙泄漏流数值研究

为了探究轴流压气机前面级可调静子叶片部分间隙泄漏流对压气机性能和流场的影响,通过数值方法模拟某轴流压气机带有可调静子叶片的前面级1.5级流场,并详细分析了部分间隙泄漏流特征。数值仿真结果表明,相较带容腔原型算例,部分间隙使得压气机特性线往左下方偏移,设计点效率降低0.12%,近失速点效率降低1.83%,但喘振裕度提升6.4%;可见受到部分间隙泄漏流影响,静子叶片根部出口气流角明显增加;部分间隙泄漏流可以给吸力面根部角区低能流体充能,降低设计点端壁处的损失,降低近失速点吸力面分离涡的强度,提升喘振裕度;根部部分间隙造成叶片根部做功能力降低,但影响范围控制在5%叶高以内;部分间隙造成静子根部流场发生改变,使得设计工况点静子根部产生一条附着线,并形成闭式分离。     

多级轴流式压气机平均模型级特性获取方法

针对压气机的级特性计算问题,提出轴流式压气机平均模型级特性的概念,并对经典的相似定律进行改进,使相似工况下各级进出口运动相似条件得到满足.在保证高转速工作区压气机特性计算误差最小化的前提下,采用最优化方法辨识平均模型级特性,结合相似模化的修正方法外推得到模型级完整特性图,进而采用逐级计算的方法重构出压气机完整特性图.新方法改进了传统外推方法,计及到空气密度变化差异和压气机转速对压气机特性的影响,充分利用已有的压气机特性数据并能够在特性线外推中更好地体现压气机自身特性.     

蜗壳通道面积对离心压气机性能的影响

为了探索离心压气机蜗壳通道面积对低比速离心压气机性能及内部流动畸变的影响规律,文章建立了某离心压气机三维仿真模型,对具有5种不同通道面积蜗壳的离心压气机进行了流动仿真.结果表明,蜗壳通道面积的变化导致了压气机整体性能的改变,并影响了其内部流场畸变.压气机的近堵塞点在蜗壳通道面积较小时流场畸变增大,部分叶轮通道出现超声速...     

火焰预热塞汽化腔内柴油流动汽化特性研究

基于预热塞汽化腔内的燃油流动汽化特性及火焰稳定性对重型柴油机的冷起动特性的影响,设计加工了石英预热塞对柴油流动汽化过程进行可视化研究,同时采用流体体积（VOF）模型和流固耦合模型对不同流量的柴油在汽化腔内的流动和汽化过程进行数值模拟.结果表明：柴油泵入火焰预热塞后呈扇形扩散并在边缘开始发生汽化,进而出现大量气泡;柴油流量增大加速油液扩散,更早地接触到加热棒的发热区域并发生汽化,但也会带走更多热量并缩短与高温壁面作用的时间,导致汽化能力减弱,使稳态下汽化腔内和出口位置的柴油蒸汽体积分数减小;较大流量的柴油也会使加热棒温度上升放缓甚至出现下降的趋势,不利于后续泵入柴油的汽化.因此需要合理控制火焰预热塞内的柴油流量以保证汽化特性,进而保证良好的火焰特性及进气预热效果.     

EGR涡轮增压柴油机的进气未燃空气质量分数估计

为解决车用EGR涡轮增压柴油机进气未燃空气质量分数无法直接测量的问题,提出了一种估计未燃空气质量分数的方法.在构建高压回路EGR涡轮增压柴油机动态模型的基础上,设计了EGR流量的高增益观测器,为进气歧管未燃空气质量分数的准确估计奠定基础;基于进排气歧管未燃空气质量分数的动态方程,设计了柴油机未燃空气质量分数的全维状态观测器,并基于李雅普诺夫稳定性理论,对设计的观测器进行了稳定性分析.分析结果表明,设计的观测器是一渐近稳定系统,可以用于对未燃空气质量分数进行估计.利用GT-Power仿真数据以及试验数据对设计的EGR流量观测器和未燃空气质量分数观测器进行验证.结果表明,设计的观测器能够对参数进行准确估计,估计误差在3%以内,满足柴油机控制系统的需求.      

进气管结构对增压柴油机进气不均匀度影响的研究

在某V型多缸柴油机性能试验和多个气缸压力测量的基础上,对该柴油机的一维性能仿真计算模型进行了标定和校核,并应用验证后的模型计算和分析了该柴油机采用Π型进气管和环型进气管时各缸进气流量的不均匀度. 分析表明:不同的进气管结构造成各缸进气门前压力波动的规律差异很大,进而引起进气门前后压差的变化规律差异较大,最终造成各缸进气不均匀度的差异很大,采用环型进气管可以降低发动机的进气不均匀度.      

内燃机进排气管有限容积法一维非定常流模拟

应用有限容积法对发动机排气管系中的气体流动作模拟计算．该方法是以往一维非定常流动计算方法的进一步发展．与特征线法相比,具有计算稳定、质量流量误差小等优点．文中对该方法的模型作了简述,并以８Ｌ２４０Ｚ四冲程柴油机为例,进行了模拟计算,包括：发动机的性能参数、排气管系的压力波动情况、质量流量误差等．计算结果表明,该模拟方法具有较高的计算精度     

甲醇-柴油汽车的控制与性能研究

研究了进气预混甲醇柴油汽车的经济性性能和加速性能，并开发了控制甲醇喷射的电控装置。试验结果表明，利用进气管喷射甲醇与空气形成均匀的预混合气，在气缸内由柴油引燃的方法，能使甲醇对柴油的替代率达到35．1％，经济性有所改善，而汽车的加速性能有较显著地提高。这种方法在一定程度上能缓解柴油汽车对石油资源的消耗。     

增压柴油机进气系统尺寸配合对性能的影响

本文根据增压四冲程柴油机进气特点，假定进气气流为一元不可压缩准稳定的流动，推导出用无因次参数表示的进气系统部件尺寸配合的简化数学模型。按此方法确定的进气系统尺寸可提高充气系数而改善柴油机的经济性，并且已经为６１６０Ａ型增压四冲程柴油机的试验所证实。     

钻机柴油机二级涡轮增压系统优化与流场分析

以济柴190系列柴油机的真实尺寸和实验数据为依据,对二级涡轮增压器的改造方案进行了分析,确立了二级涡轮增压器连接方案。在GT-Power中建立发动机模型并验证了模型的可靠性,在GT-Power中对二级涡轮增压器进行仿真计算并与原机涡轮增压器进行了对比分析;建立流道模型,设置合适的边界条件对二级涡轮增压系统的内部流场进行分析,分析了原增压器和二级涡轮增压系统的压气端和涡轮端的内部流场分布和运行状况。研究发现新的涡轮增压系统较原机相比的加速性能、动力性能、低转速特性都有提高,相同时间内新增压系统的进气流量更多,使燃油的燃烧更加充分,大大降低了燃油消耗率和废气中氮氧化物的含量。     

内燃机中一维非定常流动计算的特征线法与有限体积法的比较

用有限体积法和特征线法分别计算了一台非增压１０缸柴油机的进排气压力波和一台６缸增压柴油机的涡轮入口及压气机出口压力,并与其相应的测量结果对比．结果表明：高速时以上两种方法计算的进气压力波与实测值均存在较明显的偏差,涡轮入口和压气机出口压力、排气压力波和低速时进气压力波均与实测值吻合较好,与特征线法相比,有限体积法计算的压力波更能反映高频部分的变化．还分析了两种方法对网格密度的依赖性和质量守恒计算误差,显示有限体积法均优于特征线法．     

引气风斗流动特性数值模拟研究

引气风斗是航空发动机高压涡轮主动间隙控制系统中的重要零件,其流动特性将对发动机性能产生影响,为此采用数值模拟方法对引气风斗流动特征和损失机理进行研究。结果表明：在进口马赫数0.46工况下,主流的流动先减速后变化平稳;气流在引气风斗第一转弯处上、下壁面附近出现流动分离,并诱发对涡的形成,导致出口截面流场的不均匀性;引气风斗壁面型线曲率及截面积的变化对引气管道内流场结构影响显著,下壁面第一转弯处的剧烈偏转是引起流动分离及损失的主要来源,出口截面总压恢复系数按质量平均为0.967。     

GDI发动机与涡轮增压器匹配性能

涡轮增压系统决定了发动机的进气能力,严重影响整机燃烧性能。为优化汽油缸内直喷(gasoline directinjection, GDI)发动机的热效率,利用GT-Power软件搭建了一维仿真计算模型,并基于试验数据完成模型标定。通过热力学仿真计算,分析了不同增压系统对发动机动力性、经济性的影响。研究结果表明：采用定压增压结构,能减少泵气损失,提高发动机在高速工况时的热效率。但其低速性能较差,不满足车用发动机对低速转矩特性的要求。采用脉冲增压结构能有效改善发动机扫气,低速时压气机喘振裕度大。为解决脉冲增压结构高速工况涡端效率较低的问题,扩宽了涡前流道并使用大流量涡轮机方案,使泵气损失明显减少,最大功率点比油耗降低了11.7 g/(kW·h)。证明该措施有效提高了汽油机性能,满足开发需求。