硕士毕业论文 内燃机热平衡研究

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硕士毕业论文 内燃机热平衡研究

摘 要
发动机热平衡研究是缸内传热研究的重要组成部分。所谓热平衡就是分析不同工况下燃油燃烧释放出的总热量分配到有效功率等各部分热量的情况。它是从系统集成的角度分析发动机中的能量转换与流动传热过程，使发动机的各个系统(如进排气系统、冷却系统、润滑系统)与发动机匹配最优化，最大程度地提高发动机的热效率。目前，发动机热平衡的主要研究方法有仿真与试验两种方法。-方面，随着计算机技术的飞速发展，仿真研究可以在虚拟的环境中对研究对象进行热平衡分析，降低产品的研发成本，缩短产品的设计周期。另-方面，现代测试技术水平的发展使试验研究可以获得更为准确的测量参数，为仿真研究提供可靠的依据。本文尝试采用GT-POWER软件进行发动机的热平衡仿真研究通过热平衡试验验证了仿真结果的可靠性，证明了采用该方法进行热平衡仿真研究的可行性。
本文完成的主要工作有:
首先是基于实验数据的发动机热平衡计算，分析各工况下的热量分布。
其次，建立发动机模拟计算GT-POWER模型，进行热平衡仿真研究。用GT-POWER软件对EQD210N-30建立仿真模型，进行仿真模拟。
最后，根据热平衡计算和仿真研究各种参数（掺氢比，点火提前角，燃烧角度，转速和负荷等）对内燃机效率的影响规律:存在-最佳点火角使发动机效率达到最大值;随着负荷的增大效率逐渐增大;转速对发动机性能的影响可以分成两部分考虑：-部分为摩擦损失，其余速度成正比关系。另-部分与点火角的影响是-致的;掺氢比对发动机效率的影响与其他参数存在复杂的关系，在最佳(或任-)点火角下也存在-个最佳掺氢比，在其他掺氢比下其与发动机效率成反比关系。

关键词:发动机，热平衡，GT-POWER软件，试验，仿真

目录
摘 要 I
Abstract II

第 1 章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状[4] 2
1.2.1 零部件仿真模型 3
1.2.2 工作过程的仿真计算 3
1.2.3 缸内部件的传热仿真 4
1.2.4 发动机冷却系统的仿真 4
1.2.5 润滑系的仿真 5
1.2.6 整机仿真 5
1.3 本课题的内容及意义 7
1.3.1 主要内容： 7
1.3.2 意义 9
第 2 章 实验数据的分析 10
2.1 发动机热量随点火角的变化情况 10
2.1.1 1600rpm120MAP未掺氢发动机热量随点火角的分布情况 10
2.1.2 掺氢10%热量分布随点火角的变化 12
2.1.3 掺氢20%热量分布随点火角的变化 14
2.1.4 掺氢30%热量分布随点火角变化 16
2.1.5 掺氢40%热量分布随点火角变化 18
2.1.6 掺氢50%热量分布随点火角变化 20
2.2 1600rpm下掺氢比对热量分布的影响 22
2.3 1600rpm下热量分布随空燃比的变化 26
2.3.1 65MAP下热量分布随空燃比的变化情况 26
2.3.2 87MAP下热量分布随空燃比的变化情况 27
2.3.3 110MAP下热量分布随空燃比的变化 28
2.3.4 132MAP下热量分布随空燃比的变化情况 29
2.3.5 155MAP下热量分布随空燃比的变化 30
2.4 转速对热量分布的影响 31
2.4.1 满负荷下转速对热量分布的影响 31
2.4.2 27%负荷下热量分布随转速的变化 31
2.5 MAP值对发动机热量分布的影响 32
2.5.1 20度点火角下MAP值对热量的影响 32
2.5.2 22度点火角下MAP值对热量的影响 33
2.5.3 24度点火角下MAP值对热量的影响 33
2.5.4 26度点火角下MAP值对热量的影响 34
2.5.5 28度点火角下MAP值对热量的影响 35
2.5.6 30度点火角下MAP值对热量的影响 36
2.5.7 34度点火角下MAP值对热量的影响 36
2.5.8 36度点火角下MAP值对热量的影响 37
2.5.9 38度点火角下MAP值对热量的影响 37
2.5.10 40度点火角下MAP值对热量的影响 38
2.6 本章嗅 38
第 3 章 GT-POWER模型的建立 39
3.1 GT-POWER软件简介 39
3.2 模型的建立 40
3.2.1 发动机的参数 40
3.2.2 发动机的几何参数在GT-POWER中的离散 40
3.2.3 模型正确性的验证 42
3.3 本章嗅 46
第 4 章 仿真模拟及分析 47
4.1 点火角对发动机性能的影响 47
4.1.1 掺氢10%时有效功随点火角的变化情况 47
4.1.2 掺氢20%时有效功随点火角的变化情况 48
4.1.3 掺氢30%时有效功随点火角的变化情况 48
4.1.4 掺氢40%时有效功随点火角的变化情况 49
4.1.5 掺氢50%时有效功随点火角的变化情况 49
4.2 负荷对发动机性能的影响 50
4.3 燃烧角度对发动机性能的影响 51
4.4 空燃比对发动机性能的影响 52
4.5 转速对发动机功率的影响 53
4.6 掺氢比发动机对功率的影响 55
4.7 本章嗅 56
结论 57
致谢 58
参考文献 59
附录 掺氢发动机的热量计算 61