自由活塞直线发电机输出性能试验研究

为了有效地回收车用内燃机排气余热,将自主研发的自由活塞膨胀机与直线电机耦合形成一种新型自由活塞直线发电机(FPLG),用于小规模的有机朗肯循环(ORC)余热回收系统。FPLG以压缩空气为工质,针对不同工况开展了大量试验研究,分析了进气压力、运行频率及外部负载电阻对FPLG输出功率和能量转换效率的影响。研究结果表明,适当提高进气压力,能够明显提高FPLG峰值输出功率和能量转化效率。然而,峰值输出功率随着运行频率的增大而迅速下降。当运行频率为2.0Hz、进气压力为0.26 MPa、外部负载电阻为20Ω时,FPLG的转换效率最大,可达到45.82%。随着外部负载电阻的增大,FPLG的峰值输出功率呈现出先增大后减小的趋势。当运行频率为2.5Hz、进气压力为0.26 MPa、外部负载电阻为20Ω时,峰值输出功率最大,为47.5 W。     

压燃式自由活塞直线发电机工作过程数值仿真

为研究压燃式自由活塞直线发电机的动力学特性,对其启动和稳态工作过程进行了数值仿真计算,并对自由活塞直线发电机的负荷特性和频率特性进行了分析.结果表明,与曲柄连杆式发动机相比,自由活塞发动机在其上止点附近有非常大的加速度,使得在上止点附近压缩行程较慢和膨胀行程较快.随着系统输出功率的提高,自由活塞发动机的缸内峰值压力、压缩比及指示效率不断下降;而直线电机载荷系数、峰值电磁力及循环加入能量不断增加.随着系统的运转频率不断提高,直线电机的载荷系数不断降低,最大峰值电磁力将在中间某一工作频率取得;而活塞平均速度、自由活塞发动机的指示效率和系统输出功率不断增加.     

自由活塞斯特林发电机的动力学特性研究

将自由活塞斯特林发动机与直线发电机耦合,构成自由活塞斯特林发电机.分析了该发电机的系统结构和运行机理,建立了自由活塞斯特林发电机的质量-弹簧-阻尼系统模型.利用力多边形方法对自由活塞斯特林发电机的动力活塞和配气活塞进行了动力学分析,在力多边形图上可以直观地看出自由活塞斯特林发电机的受力情况以及位移或压力相位角之间的关系,并利用示功三角形表征了压缩功和膨胀功.此外,还对直线发电机的输出特性进行了研究,推导了输出功率的计算公式.研究表明,通过调节负载参数,可以控制自由活塞斯特林发电机的输出功率.     

5kW自由活塞斯特林发电机动磁直线电机冷却

为解决大功率直线电机的温升问题,设计了匹配自由活塞斯特林发电机用的动磁直线电机,并建立电机的三维温度场分析模型.该模型考虑实际电机中铜耗、铁耗、涡流损耗等因素,对线圈绕组进行了等效分析,模拟计算结果和实验结果符合较好,表明了模型的准确性.结合一台输出功率为5kW的斯特林发电机结构特性,设计了一种既满足冷端换热器换热需要又实现直线电机冷却的双用式冷却结构.利用该模型计算得到了电机各个部件的温度分布情况,并与实验结果进行对比验证,具有较好的一致性.与常规冷却结构进行比较分析,结果表明该双用式冷却结构对于线圈、磁铁等结构冷却性能更优.     

自由活塞内燃发电机稳态压缩比控制

为解决自由活塞内燃发电机的稳定控制问题,根据能量守恒定律建立了连续运行过程周期能量转化与传递模型。通过数值仿真分析,获得了满足稳定运行的基本能量平衡条件,包括压缩能和系统能量余值方程,从而实现了周期能量余值和压缩能的稳定变化。以压缩比为目标建立了连续周期能量动态平衡的控制系统及策略,即以喷油量和压缩比为控制输出变量,采用比例-积分-微分控制器进行控制,进而实现了可控压缩比的连续稳定运转。研究结果表明:采用所建控制系统及策略后,自由活塞内燃发电机运行可靠、稳定;压缩比在负载变化后出现短暂振荡,但经多个周期后恢复稳定,缸内峰值压力和运行频率具有相似的变化趋势,各参数变化均在可接受的范围内。     

微自由活塞动力装置参数设计的数值模拟

随着微燃烧室尺寸的缩小,微自由活塞动力装置结构参数的微小变化会影响其工作稳定性及输出功率的大小.为了开发出性能优良的微动力装置,结合动网格技术,采用FLUENT软件对微自由活塞动力装置参数设计进行了数值模拟计算.研究结果表明,当微燃烧室体积为212 mm3时,活塞获得的压缩初动能应略大于临界压缩着火初动能值0.2 J,均质气体可以压缩燃烧,且活塞运行过程最为稳定;在相同压缩初动能条件下,活塞质量为1 g时,活塞动能增量最大,且微动力装置工作比较平稳;当微燃烧室体积为212 mm3,直径为4 mm时,微动力装置更容易启动,且输出功率最大.     

自由活塞内燃发电机活塞环摩擦特性研究

为验证自由活塞内燃发电机摩擦损失小的潜在优势,建立了活塞环混合润滑模型.通过数值求解,分别获得了同缸径的曲轴式内燃机和自由活塞内燃发电机的活塞环与缸套间的油膜厚度、摩擦力和摩擦功率.对比分析表明,两者的活塞环油膜厚度相近,平均摩擦功率近似相等.自由活塞的活塞环摩擦力峰值较大,持续时间较短.如果考虑凸轮、曲轴等其他部件的摩擦损耗,则在总机械摩擦损失方面,自由活塞内燃发电机相比曲轴式内燃机具有显著优势.     

自由活塞发电机动力学过程的非线性模型

为分析自由活塞发电机的动力学过程,提出一个可解析求解的动力学模型.根据自由活塞发电机的动力和负载特性,建立了自由活塞发电机动力学过程的非线性模型,利用能量平衡原理得到了该非线性模型的一次近似解.结果表明:自由活塞发电机系统为典型的自激系统,存在一个稳定极限环;系统的稳定运行频率由燃烧室内气体的非线性刚度、燃烧能量及速度共同决定,并且后者为主导因素.     

自由活塞式直线发电机起动控制分析

根据自由活塞式直线发电机的工作原理,本文建立了基于矢量控制的永磁直线发电机的数学模型,通过对数学模型的数值分析,获得了系统的起动特性.并进一步分析了直线发电机功率控制的决定因素,研究了电机起动控制时的控制方案,在起动阶段系统采用位置环、电流环、速度环结构进行控制,并确立系统采用矢量控制方法以及空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制算法,同时在MATLAB/Simulink中建立了起动阶段的系统仿真模型并进行了系统仿真.其结果证明了该设计方案的可靠性和可行性.     

一种基于虚拟材料参数的车身刚度匹配设计方法

传统的承载式客车车身普遍存在着左右两侧车身严重不对称,而车身载荷近似对称分布的问题.针对这一问题,本文结合车身左右侧性能互补的设计思想,初步提出一种基于虚拟材料参数的车身刚度匹配设计方法.以某待开发车型为载体展开研究,首先对整车结构进行了左右两侧的模块化分组,并通过调整材料参数给出车身单侧弯曲刚度的计算方法;然后通过对车身左右两侧杆件的结构布置与尺寸参数进行优化调整,对车身左右两侧结构进行性能互补的刚度匹配设计;最后通过分析对比匹配前后的车身各项性能,检验了此设计方法的正确性,并总结了该设计方法的具体流程.     

在新匹配条件下一类线性不确定系统的鲁棒控制

研究了一类含不确定性的线性系统的鲁棒控制问题,在前人的基础上,提出了一种更广泛意义下的匹配条件,并在此匹配条件下设计了鲁棒控制器,其鲁棒控制器的设计依赖于一方程组的解,与依赖于Ｒｉｃｃａｔｉ方程或Ｒｉｃｃａｔｉ不等式的解设计控制器相比,更便于计算·所设计的鲁棒控制器确保系统是二次稳定的·     

自由活塞式柴油机缸内流动过程研究

基于活塞运动规律对缸内流动过程的意义,采用等效转速变换法分析压燃式自由活塞内燃发电动力系统活塞运动特点,通过理论计算及三维数值仿真研究了活塞运动对缸内流动影响。CFD仿真的结果与理论计算结果基本一致。研究表明:与传统机型相比,自由活塞机型在上下止点附近的等效转速较高,中途位置相对较低。这导致其挤流与逆挤流峰值偏高,持续时间较短,二者平均湍动能曲线存在一定差异。      

纯电动汽车动力匹配计算与仿真

针对电动汽车设计动力性能指标,从车辆动力学出发建立了驱动电机功率计算模型,给出了系统传动比、最高车速、加速时间等电动汽车动力性能采参数计算一般公式。结合开发实例进行电动汽车动力电池匹配优化,并在Matlab/Simulink下进行系统续驶里程仿真计算,仿真结果表明,系统动力特性满足整车的动力性能设计要求。     

变压缩比下自由活塞式内燃发电机的效率分析

利用Matlab/Simulink软件耦合Chemkin程序以及电磁场有限元工具对均质混合压燃(HCCI)自由活塞式内燃发电机(FPLA)建立仿真模型,分析了不同负荷和燃空当量比下FPLA的可变压缩特性,以及系统效率和输出电功率.结果表明:FPLA能够根据负荷灵活调节压缩比,以拓宽内燃机的运行范围;在高压缩比下能够大幅提高内燃机的效率与输出功率.     

四辊轧机结构参数的优化设计

以轧机纵刚度最大为追求目标 ,对其主要参数进行优化。结果表明 ,在已知辊身长度、成品及坯料尺寸的情况下 ,利用本文提出的优化模型及方法 ,即可确定轧机主要部件的尺寸 ;此外 ,通过计算及理论分析 ,找出了牌坊重量与支承辊辊身直径的最佳函数关系     

基于自激磁式车用交流发电机电压调节器的设计

为降低汽车发电机电压调节器功耗,实现自激磁功能,介绍了一种基于自激磁式车用交流发电机电压调节器的设计方法,并给出了其电路原理。试验结果表明,该电压调节器具有抗干扰能力强、调压精度高、功耗低、自激磁性能稳定的特点。该设计方法可为交流发电机电压的自激磁电压调节设计提供参考。     

一种用于电织针的超薄直线电机磁路与结构设计方案的有限元分析

针对一种超薄永磁直线同步电机,在苛刻的尺寸约束条件下重点针对初级导线的布置、永磁的体积确定及布置方式进行研究,最后借助有限元分析软件ANSYS进行仿真,仿真结果能较好的满足电机的约束条件.分析计算表明,设计方案可行,为进一步开展电机的实际试制工作打下了良好的理论基础.     

牙轮钻头主要结构参数的优化设计

根据牙轮钻头与岩石相互作用机理,引出了平面模型和空间模型的概念。平面模型反映牙齿在井底的刮切面积,空间模型反映了牙齿破碎岩石的体积。基于这两种模型分别建立了优化目标函数,并采用多目标优化方法对两种型号钻头(XHP2b和XHP3s)的主要结构参数进行了优化计算,结果表明对XHP2b钻头的优化效果比较显著。通过用优化后的结构参数重新设计制造出的钻头的现场应用情况很好,机械钻速提高10%-20%左右。