燃气驱动冷热水机组变转速运行实验研究

研制了一种燃气热泵冷热水机组,介绍其实验系统流程及主要装置设备,建立了系统的性能系数和一次能源利用率的数学模型,探讨了燃气热泵变负荷运行特性,重点分析了发动机转速对系统余热回收量、燃气的消耗量、制冷剂流量等的影响.实验结果表明:在20%～100%负荷范围内,实验系统具有良好的变工况运行特性;在系统制热模式、循环水量不变和进口水温恒定等条件下,随着发动机的转速增大,制冷剂流量、燃气消耗量、系统回收热量和系统制热能力增大,而系统的性能系数和一次能源利用率却减小.发动机转速在2000～2500r/min时,系统的部分负荷性能最佳.     

基于混合动力燃气热泵的独立供能系统

为了克服微型分布式供能系统空调负荷的不足和内燃机在低负荷工况下运行时效率低的缺陷,提出一种基于混合动力燃气热泵的独立供能系统.在分析冷热电(模式A)、热电(模式B)以及冷热(模式C)3种不同工作模式运行过程的基础上,分别建立了其动力系统的能量传送数学模型.模拟结果表明:动力系统在燃气机输出负荷率为70%~80%之间时,热效率较高;在3种不同的工作模式中,模式C的动力系统的热效率最高,最大值到达0.4以上,模式A的动力系统热效率次之,模式B的动力系统热效率最低;本系统在热泵空调模式(模式C)下运行时,比常规的单一燃气发动机驱动的热泵空调系统节能,动力系统的热效率总体提高约3.5%.     

带储能单元的燃气机热泵供暖季运行分析

针对冬季建筑热负荷典型日逐时变化特点以及燃气机热泵系统运行特性,提出将储能单元应用于燃气机热泵系统,建立了系统热平衡模型及评价指标,基于建筑热负荷波动范围设计了储能单元储放能策略及系统工作模式分区(Mode L,P,F,O),对系统进行了实验测试,结果表明加入储能单元后燃气发动机可一直运行在经济转速范围(1,200~2,000,r/min)内,系统日均一次能源利用率(PERh)为1.48,较传统燃气机热泵系统PERh提升了4.2%,,燃料消耗量减少12.5%,,较好地平衡了燃气机热泵系统制热量与建筑实时热负荷间的供需关系.     

余热直接利用型燃气机热泵变转速特性实验研究

针对带有直接利用余热装置的燃气机热泵系统发动机的变转速特性,在搭建的余热直接利用型燃气机热泵系统实验台上,对发动机转速为1 400～2 000 r/min的燃气机热泵系统的特性进行了实验研究.结果表明:随转速的增加,一次能源利用率(PER)呈现先平缓增加后快速下降的趋势,当转速在1 400～1 800 r/min的范围内时,PER值维持在1.34以上,变动幅度仅为2.3％,说明在此转速范围内且满足负荷的情况下,系统运转更为高效;在实验参数范围内,系统平均余热利用率达到83.5％,余热在制热量中的份额随转速的提高持续增加;低转速下余热份额减少,但此时较高的制热性能系数(COP)会补偿这一缺失,使得系统在1 400 r/min附近的PER最高.该结果可为研究发动机余热的有效回收、利用以提高能源利用效率提供参考.     

Gamma型态史特灵引擎的研制与测试

研制一Garoma型态史特灵引擎,工作流体为空气,于常压下使用电源供应器,分别输入200,250,300 W不同的热源,测试引擎在不同转速下的负载扭矩、输出轴功和制动热效率,并比较单动力汽缸与双动力汽缸之性能.在榆入热源为300 W下,单动力汽缸在转速为405 r/min时有最大扭矩0.13 N·m.在转速为456 r/min时有最大输出轴功5.73 W,最大制动热效率2.57%.双动力汽缸在转速为412 r/min时有最大扭矩0.15 N·m,最大输出轴功6.47 W,最大制动热效率2.9%.     

燃气机热泵热水器季节运行模式及其性能实验

针对燃气机热泵热水器在全年制取生活热水的同时可满足对建筑冬季供暖夏季供冷的需求,对系统不同季节运行模式下的性能进行了实验研究,并利用季节一次能源利用率(SPER)的评价方法对系统性能进行评价.结果表明:夏季供冷兼制生活热水模式下,系统SPER为2.16,比单纯制取生活热水模式季节性能提高了46.9%;春/秋自然通风兼制生活热水模式下,转速为1,000,r/min时系统SPER最高为1.99;冬季供暖兼制生活热水模式下,系统SPER为1.82,比单纯制取生活热水模式季节性能提高了15.9%.     

燃气机热泵系统的制冷性能

对燃气发动机驱动的空气．水热泵系统进行了制冷性能的实验研究．在充分回收发动机余热的情况下,在大范围工况下对影响系统性能的几个重要因素即蒸发器进水温度、蒸发器进水流量、燃气发动机转速以及环境温度等进行了实验研究．结果表明：环境温度31．2℃,蒸发器进水温度由12℃升高到23℃时,室内侧制冷量增加20．4％,系统一次能源利用率提高13.2％;另一方面,当发动机转速由1300dmin升高到190Cr／min时,系统一次能源利用率先增加15．2％,而后降低7．5％,在1600r／min出现峰值．最后获得燃气机热泵系统制冷的最优工况．     

太阳能燃气热泵供暖系统余热回收性能研究

目的研究太阳能燃气热泵供暖系统中余热回收,分析发动机和缸套冷却器以及排烟余热回收器的匹配性.方法以沈阳某小区一单体住宅建筑为研究对象,通过基准建筑的负荷对太阳能燃气热泵供暖系统的各部件进行选型设计,并建立燃气发动机、缸套冷却器及排烟余热回收器等主要部件的模型.结果发动机转速每增加100 r/min时,相应的冷却水流量增加0.285~1.21 g/s,供暖循环水温度提高2~5℃,温度提高后为47~50℃;以额定功率为基础,排烟废热回收率为0.7时,可获得最大的能源利用;保证额定功率不变时,需控制排烟换热器的阻力小于190.27 k Pa;发动机转速每增加100 r/min,余热回收器的面积需增加0.173 m2.结论合理地回收燃气机的余热,既能回收可观的热量,又能保证发动机的高效率,而且也提高了能源利用效率.     

电动汽车空调制热系统设计及研究

针对纯电动汽车空调系统制热功耗高且低温环境工况下制热效果差的问题,提出一种通过回收电机余热为乘客舱制热来减少制热功耗的空调系统.运用AMESim软件建立了电机余热循环系统模型并通过电机余热制热试验验证了该模型的准确性,建立了热泵空调制热系统模型并通过热泵空调制热试验验证了该模型的准确性,结合两个系统建立了带有电机余热回收的热泵空调系统仿真模型,分析了电机余热制热性能和电机余热辅助热泵空调制热性能.试验结果表明,电机余热单独制热在中等车速、环境温度高于10℃的工况下能够满足制热需求;电机余热辅助热泵空调制热能够有效提高制热效率,在电机转速为3000 r/min、压缩机转速为4000 r/min、环境温度为-5℃的工况下,等效制热能效比能够达到3.4,比同工况下热泵空调单独制热模式的能效比提高了约48％.该系统可以有效提高纯电动汽车的能源利用率,改善空调系统的制热性能.     

甲醇缸内直喷复合导流分层燃烧系统的优化研究

综合缸内直喷发动机壁面引导、喷雾引导和气流引导分层燃烧系统的特点,在一台柴油机改造的火花点火发动机上,开展了甲醇缸内直喷复合导流分层燃烧的研究.对影响燃烧系统性能的导流面位置、火花塞伸出缸盖的距离、涡流比、供油提前角、点火提前角、喷油器启喷压力、喷油嘴形式等主要参数进行了优化.优化后的甲醇发动机可以实现过量空气系数为2.23的分层燃烧,在1 500r/min时扭矩为135 N·m(是同工况下原柴油机的65.5%),热效率达到29.7%,较好地实现了分层燃烧系统的优化匹配.     

光伏太阳能热泵/环形热管复合热水系统性能模拟

针对光伏太阳能热泵/环形热管(PVSA-HP/LHP)复合热水系统建立数学模型,对该系统在热泵(HP)模式独立运行、环形热管-热泵(LHP-HP)复合模式运行下的性能进行对比模拟。基于压缩机耗能最少的原则,分析太阳辐照强度和环境温度的变化对LHP-HP模式下合理切换时刻的影响,并以此为基准计算系统在复合模式下全年各月份的运行状况。研究结果表明:在春、秋季典型晴天工况下,将150 L水从15℃加热到50℃的运行过程中,LHP-HP模式的平均热效率和电效率分别比HP模式低37.00%和6.88%,但节约40.60%的电能;随着太阳辐照强度的增强以及环境温度升高,LHP-HP模式下切换时刻的冷凝水温升高,压缩机所消耗的电能减少。在3~11月份晴天工况下,应尽量优先采用LHP-HP复合模式运行以节约电能;在冬季或太阳辐照较低时,则采用HP模式独立运行。     

Atkinson循环发动机燃油经济性与排放性试验

在外特性及汽油机常用工况点下,研究了高压缩比Atkinson循环发动机的燃油经济性与排放特性.研究表明:Atkinson循环发动机在外特性工况下,扭矩降低5%,有效燃油消耗率降低5%~8%左右;在2 000 r/min,0.2 MPa与3 000 r/min,0.3 MPa常用工况点下,扭矩损失较小,泵气损失分别降低34%与24%,有效燃油消耗率分别降低9.0%与7.5%;负荷越低,泵气损失减少越明显;在排放特性上,NO_x排放分别降低了65.0%与31.5%,HC排放增加23.7%与26.0%.      

基于燃气机驱动的太阳能热泵供热仿真性能研究

目的为缓解能源危机,利用可再生能源太阳能和天然气供热,减轻环境污染和电网的压力,提出一种基于燃气机驱动的太阳能热泵的新型的供热系统,并研究其供热性能.方法利用TRNSYS及Simulink模拟仿真,分析不同参数的变化对系统供热性能影响的变化趋势和规律.结果模拟得到系统的制热能效比可达到4.76,一次能源利用率可达到1.96,当燃气压缩机转数取1 600~2 000 r/min时,系统供热性能和舒适性最好.结论基于燃气机驱动的太阳能热泵和已有的传统电驱动的太阳能热泵系统、空气源燃气热泵系统相比,在系统供热稳定性、节能及经济性方面具有明显优势.     

基于多目标遗传算法的发动机进排气系统优化

采用改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对一单缸汽油发动机的进排气系统进行了优化,以解决该发动机加装触媒催化剂后中速段扭矩明显下降的问题.首先选取发动机进气和排气系统作为优化对象,分析了进、排气管长度、直径等单个变量对发动机扭矩的影响;以发动机在4 500 r/min和5 500 r/min处的扭矩最大为优化目标.运用改进的NSGA-Ⅱ方法进行了多目标优化,优化后的发动机在保证高低速扭矩的同时恢复了中速段扭矩.结果表明,进、排气管长度、直径等对发动机扭矩的影响区域和影响程度都不相同,简单地调整单个变量很难同时满足多个优化目标,而通过加入精英保持策略和去除重复个体算法的NSGA-Ⅱ方法能够在多维区域内快速有效地搜索Pareto解集,实现多目标优化.     

双电机混合动力汽车起步与换挡过程协调控制

针对采用自动变速箱(AMT)的混合动力汽车存在换挡动力中断问题,提出一种新型双电机混合动力驱动系统,该系统主要包括1台发动机、2个电机和1个四挡变速箱。通过控制发动机、电机、离合器与同步器的工作状态,该混合动力系统可实现纯电动驱动、发动机和电机并联驱动、串联驱动、制动能量回收以及行车发电等多种工作模式。采用集中质量法和牛顿第二定律对该驱动系统进行动力学分析,将其等效为质量-弹簧-阻尼系统,并建立动力学方程。通过查表法建立了发动机和电机模型。结合混合动力驱动系统结构特点,设计模式切换和换挡过程的控制策略,在模式切换和换挡过程中,结合发动机和电机的扭矩响应特性,对发动机和电机输出扭矩进行协调控制。采用基于发动机输出扭矩的电机扭矩补偿策略维持汽车驱动扭矩,避免出现换挡动力中断现象。基于AMESim和MATLAB/Simulink软件平台搭建整车模型及控制策略模型,并对模式切换和换挡过程进行仿真分析。研究结果表明:双电机混合动力驱动系统可实现车辆换挡过程中输出扭矩平顺变化,无动力中断现象;通过限制发动机和电机的扭矩变化率,以及离合器和同步器等执行机构的分离接合速度,可将模式切换和换挡过程的冲击度控制在合理范围内。     

燃气机热泵变容量调节过热度控制

过热度控制是燃气机热泵系统高效、安全、稳定运行的基础．针对燃气机热泵启动、正常运行工况下的过热度控制策略及燃气机变转速对过热度控制效果的影响进行了研究,提出一种新的基于启动阶段采用前馈．模糊自适应PID和正常运行阶段采用模糊自适应PID实现燃气机热泵过热度控制的控制策略,并将其应用到燃气机热泵实验系统中．实验结果表明：燃气机热泵系统启动阶段过热度最大超调量小于5℃,调整时间为300s左右;正常运行阶段,燃气燃气机转速大范围改变时,模糊自适应PID控制效果优于增益调度控制,高转速时过热度的控制效果明显优于低转速;模糊自适应PID应用于燃气机热泵系统可有效克服系统干扰,提高控制质量．     

汽油直喷发动机燃烧特性分析

通过试验研究了2.0 L汽油直喷(GDI)发动机在中、低转速和部分负荷下的燃烧特性,并与进气道喷射(PFI)发动机的燃烧特性进行了对比,同时分析了滚流比对GDI燃烧特性的影响.结果表明:在转速为2 000 r/min、平均有效压力为0.2 MPa的工况下,GDI发动机的燃烧速度要低于PFI发动机的;发动机在中、低转速工况下,提高气道滚流比可以增强缸内气流运动强度,提高混合气的燃烧速度;当发动机转速达到3 000 r/min时,高滚流比会引起燃烧过程恶化.进气道翻板的应用可以提高低转速发动机的气流运动速度,加快缸内混合气的燃烧,改善低转速发动机的热效率.在转速为2 000 r/min、平均有效压力为0.2 MPa工况下的计算流体力学分析结果显示,进气道翻板的关闭会增强缸内气流运动强度,提高可燃混合气分布的均匀性.     

长沙地区太阳能水源热泵系统冬季工况模拟

为了研究太阳能水源热泵系统供热工况下的运行特性,引入了可再生能源建筑应用工程评价标准中相关方法.通过对长沙地区冬季工况模拟研究和分析,得到太阳能集热系统和水源热泵系统在不同工况下的制热效率.研究结果表明,在引入太阳能后避免了水源热泵机组冬季长时间运行使制热性能下降并频繁进入保护工况,且当蒸发器进口水温为22℃附近时,机组COP较10℃提高了9.13%,达到最优值.     

喷射策略对双燃料发动机热效率影响的研究

为了解决天然气发动机在低负荷下热效率低的问题,在一台六缸天然气-柴油双燃料发动机上试验研究了喷射参数对发动机性能和排放的影响。结果表明：增加柴油喷射压力(DIP),有效热效率(BTE)增加,THC、CO和CO₂的排放减少,但NO_x排放略微增加;提前柴油喷射正时(DIT),BTE增加,CO、CO₂和Soot排放减少,但NO_x排放恶化。在扭矩为400、1600 N·m时,天然气-柴油双燃料发动机与纯柴油发动机相比,NO_x排放分别降低39%和63%,CO₂排放分别降低25%和22%。在大扭矩工况下,当柴油喷射正时在-18°CA ATDC～-5°CA ATDC范围内时,增大DIP或提前DIT能够提高双燃料发动机的BTE,同时改善THC、CO、CO₂和Soot排放;当喷射正时早于-10°CA时,双燃料发动机的BTE高于纯柴油发动机。     

车用电动增压系统的设计及其性能试验研究

采用电动增压器与废气涡轮增压器并联联合工作原理,设计一套电动增压系统,以解决柴油增压技术存在的低转速下急加速冒黑烟和扭矩不足的问题.同时,基于工况划分研制控制策略,运用模糊控制方法实现对电动增压系统的精准控制,改善发动机综合性能.试验结果表明:电动增压系统性能可靠,在低转速中、高负荷时,电动增压系统柴油机最多能降低发动机45%的排气烟度和40%的NOx排放,提高发动机6.7%的输出扭矩,降低14.3%的燃油消耗量.