能源动力学科研究生培养、思政教育与科研团队建设有机结合——基于十五年的探索

为在能源动力学科领域培养德才兼备的高水平人才,北京工业大学车辆动力装置余热回收与电动化技术团队将研究生培养、思政教育与科研团队建设有机结合,进行十五年的探索与实践,如三全育人抓落实、胸怀大局真育才、校友资源强助力、吴仲华奖树标杆,及早为研究生的学业发展注入驱动力或强化责任感、重视培养研究生的批判性思维能力、尊重研究生的科研工作与研究成果、倡导和谐的团队氛围和风清气正的团队文化、构建混合型研究团队以及强化学术道德建设和研究生心理建设等。通过团队师生的共同努力,在研究生思政教育、研究生培养质量、科研成果等方面都取得明显的成效,科研团队建设进入良性发展轨道。

基于就业的“2+3+2”贯通学生的教育思考——以北京工业大学能源与动力工程贯通培养项目为例

2015年,北京市实施“2+3+2”高端技术技能人才贯通培养项目,第一批学生经过七年的培养于2022年毕业走上了工作岗位。基于对北京工业大学能源与动力工程专业贯通培养学生的特点以及就业过程中存在的问题开展深入分析,建立与用人单位协同、辅导员班主任与毕设教师协同、与原高职院校协同、家校协同的“四协同”工作机制,帮助学生挖掘自身优势,力促学生成功就业。基于此,提出对贯通学生大学阶段的教育思考,以期对今后贯通培养有较强的借鉴意义。

天然气发动机燃烧循环变动特征参数分析研究

通过天然气发动机燃烧循环变动试验,获得了不同工况下天然气发动机缸内压力时间序列。以此为基础,分析了不同燃烧循环变动程度工况下,天然气发动机燃烧循环变动特征参数间的相关性。结果显示,缸内峰值压力pmax与平均指示压力pi有稳定的线性关系。同时,在平均指示压力循环变动系数小于9%的工况下,分别利用pmax与pi进行天然气发动机燃烧循环变动影响因素研究,得到了类似的趋势。最后,通过对缸内压力时间序列进行相空间重构,进一步分析了利用pmax准确表征天然气发动机燃烧循环变动的条件。

稀燃天然气发动机燃烧循环变动影响因素研究

通过对一台点燃式多点电喷稀燃天然气发动机进行试验,获得了不同工况下的平均指示压力循环变动系数,以此为基础研究了燃空当量比、节气门开度、转速及点火时刻对稀燃天然气发动机燃烧循环变动的影响趋势。结果表明:混合气燃空当量比越小,燃烧循环变动越明显,当燃空当量比降低到一定值时,平均指示压力循环变动系数的增长会突然加大;节气门开度越小燃烧循环变动越明显,节气门开度小于30%后,其对燃烧循环变动影响更加明显;燃烧循环变动量随转速上升有增加的趋势,在高转速工况下燃烧循环变动的加强尤其明显;在工况一定的条件下存在一个最优的点火时刻可使稀燃天然气发动机的燃烧循环变动最小。

稀燃天然气发动机缸压数据采集及循环变动分析

运用虚拟仪器技术开发了天然气发动机缸内压力信号采集和分析系统.系统以软件为核心代替了大部分硬件功能,采集精度达到0.18°CA,并能够有效滤除信号中的噪声,满足连续多循环采集与分析的要求.利用计算燃烧循环变动系数与重构缸内压力时间序列相空间的方法对当量比对天然气发动机燃烧循环变动的影响进行了研究.结果表明,当量比越小燃烧循环变动越明显,缸内压力相空间中曲线簇的发散现象就更加明显.

车用发动机燃用天然气与氢燃料的对比研究

日益严重的环境问题与能源危机促使人们不断加大对车用发动机替代燃料的研究力度,天然气与氢就是其中最受关注的两种替代燃料.本文对天然气与氢的基本燃烧特性分别进行了探讨,并着重分析比较了天然气与氢在车用发动机中的燃烧过程与排放特性,并对这两种替代燃料在车用发动机领域的应用前景进行了阐述.

典型工况下的稀燃天然气发动机燃烧循环变动研究

通过分别记录稀燃天然气发动机在怠速、低速大负荷及高速大负荷工况下的缸内压力数据,提取并计算各工况下缸内燃烧特征参数的循环变动率,进而研究各工况下稀燃天然气发动机燃烧循环变动的特性。结果表明:在怠速工况下,天然气发动机燃用稀混和气时,燃烧循环变动十分明显;与低速大负荷工况相比,稀燃天然气发动机在高速大负荷工况下的平均指示压力燃烧循环变动系数上升了一倍。

促研究性学习 提高人才培养质量

介绍了该校着眼于培养本科生的创新精神与实践能力,以研究性学习为重要途径,实施了多项教育教学改革措施,主要包括:科研促进教学,实现科研、学科与教学的良性互动;采取"0.5+0.5"毕业设计模式;全面开放实验室;实行4年一贯导师制;组建混合型研究团队;组织并鼓励学生积极参加科技竞赛;建设高水平的教师队伍、建设合理的保障与激励机制,引导科研与学科优势转化为教学优势;加强课程建设、提高课堂教学质量;建设研究性学习氛围等。通过上述教改措施,显著提高了人才培养质量。

变工况下车用柴油机排气余热有机朗肯循环回收系统

为回收车用柴油机的排气余热设计了一套带回热器有机朗肯循环系统,采用纯工质R245fa作为工作介质。通过实验研究了车用柴油机变工况下排气余热的变化规律,分析了不同工况下带回热器有机朗肯循环系统的运行性能,讨论了过热度对带回热器有机朗肯循环系统运行性能的影响。针对车用柴油机-有机朗肯循环联合系统提出了余热回收效率、发动机热效率提升率、单位工质输出能量密度3个评价指标。研究表明,带回热器有机朗肯循环系统的净输出功率、余热回收效率、发动机热效率提升率最大分别可以达到43.74 k W、14.93%、13.58%。

构建新能源科学与工程专业开放性实践教学体系

北京工业大学新能源科学与工程专业着力培养本科生的科学实践能力和创新创造精神。通过向本科生开放实验室,提供与课程配套的课外自主实践活动,结合"星火基金项目"和"北京工业大学大学生节能减排社会实践与科技竞赛"等活动,构建集课内教学与课外自主学习为一体、理论教学与实践教学为一体、科研与教学为一体的实践教学体系,使学生具备扎实的基础知识、较强的工程应用能力和深厚的后续学习潜力。

抽气回热式有机朗肯循环系统热力学分析

为了实现发动机排气余热能的高效回收与利用,设计了抽气回热式有机朗肯循环(ORC)系统。在Matlab环境下,分析了抽气压力、蒸发压力、膨胀机入口温度等因素对系统性能的影响,并利用热力学第一定律及第二定律将抽气回热式ORC和基本ORC进行对比。研究结果表明,在固定蒸发压力下,抽气回热式ORC系统的热效率、效率随抽气压力的增大而先增大后减小,工质质量流量随抽气压力的增大而逐渐增大,蒸发器换热量随抽气压力的增大先减小后增大;与基本ORC系统相比,抽气回热式ORC系统的热效率、效率均有提高,损率降低,因此抽气回热式ORC系统余热回收效果更明显。

快速压缩机试验台架设计与性能试验

设计了一套快速压缩机试验台架,并进行了压缩性能试验。在分析液压缓冲、驱动压力等因素对快速压缩机试验台架性能的影响,并进行压缩性能优化后,快速压缩机压缩平均速度大于8 m/s,燃烧缸内压缩温度的可控范围为650～1 120 K。使用DME-O2-N2混合气进行了快速压缩机的燃烧性能试验,观察到了混合气两阶段放热现象与两阶段着火延迟期。在不同的压缩比、压缩温度与压缩压力条件下,对DME-O2-N2混合气两阶段着火延迟期、总着火延迟期的变化规律进行了研究。试验结果表明：在相同初始压力下,随着燃烧缸内压缩温度与压缩压力的增加,DME-O2-N2混合气的第一阶段着火延迟期与总着火延迟期均缩短;在相同压缩温度下,燃烧缸内压缩压力的增加导致混合气第二阶段着火延迟期与总着火延迟期均缩短,混合气第一阶段着火延迟期略有缩短。

柴油机全工况下抽气回热式有机朗肯循环系统分析

针对一台车用柴油机的排气能量变化规律,建立了抽气回热式有机朗肯循环(RORC)系统,分别采用纯工质R245fa和非共沸混合工质Mix(异戊烷与R245fa按照摩尔比例7∶3组成的混合工质),研究了抽气压力这一参数对RORC系统净输出功率、系统热效率、工质质量流量等性能的影响;进而确定Mix抽气压力1.15 MPa,R245fa抽气压力1.2 MPa,在柴油机全工况范围内,对比分析了采用2种工质的RORC系统的净输出功率、效率、工质质量流量等性能随柴油机转速和转矩的变化情况,结果显示,在柴油机全工况范围内,与采用R245fa的RORC系统相比,采用Mix作为工质的RORC系统的余热回收效果更佳。

天然气混氢发动机稀燃极限影响因素试验研究

为了研究点火提前角、掺氢比、节气门开度、发动机转速、机油和冷却水温度对天然气混氢发动机稀燃极限的影响,在一台点燃式发动机上开展了台架试验。试验转速1 500～3 000 r/min,节气门开度10%～40%,机油温度75℃～95℃,冷却水温度65℃～85℃.试验用燃料掺氢比0～40%,点火提前角条件为稀燃最佳角。结果表明:过大和过小的点火提前角都使发动机的稀燃极限减小;稀燃极限随燃料中掺氢比增加而显著提高;随节气门开度增加略有上升;随发动机转速增加而减小;随机油温度升高先减小后增大;随冷却水温度升高而略有上升。

不同点火时刻取值方式对CNG发动机燃烧循环变动特性的影响

首先讨论点火时刻对平均指示压力变动系数的影响,同时对比了采用固定点火时刻和采用平均指示压力变动系数最小值的点火时刻时,不同因素对CNG发动机燃烧循环变动特性的影响规律.结果表明,在其他工况参数与控制参数不变时,存在平均指示压力变动系数最小的点火时刻.采用固定点火时刻研究循环变动特性规律时,点火时刻取值的差异会导致CNG发动机燃烧循环变动特性规律的差异;采用平均指示压力变动系数最小值点火时刻时,燃烧循环变动特性规律具有唯一性.

CNG发动机运转参数对燃烧放热模型计算结果的影响

为了探讨压缩天然气(CNG)发动机运转参数对不同放热模型计算结果的影响,并确定各模型的适用范围,根据点燃式CNG发动机的缸内压力、曲轴转角等测试结果,采用3种放热率模型(Gatowski et al模型,Apparent heat release模型和R-W(Rassweiler-Withrow)模型)分别计算了燃烧放热率、已燃质量分数等参数,并进一步分析了发动机运转参数对不同放热模型计算结果的影响规律。研究结果表明,采用Apparent heat release模型和R-W模型计算所得到的燃烧放热率、已燃质量分数差异很小,二者可通用;点火提前角和过量空气系数对3种模型的计算结果差异影响很小;当节气门开度较小时,3种模型的计算结果差异很小;与其他两种模型相比,Gatowski etal模型的计算结果受发动机转速的影响更加明显;当节气门开度较小或者发动机转速高时,这3种模型可通用;当发动机转速较低时,与其他两种模型相比,采用Gatowski et al模型更加理想和精确。

天然气发动机稀燃工况燃烧循环变动特性研究

对一台点燃式多点电喷天然气发动机在稀燃工况下进行试验，获得了各工况下的连续循环缸内压力数据，并计算了每循环与压力相关的燃烧循环变动特征参数及循环变动系数，进而研究了稀燃工况下天然气发动机的燃烧循环变动特性。结果表明，在稀燃条件下，每循环缸内峰值压力与平均指示压力有稳定的线性相关关系，每循环缸内峰值压力出现时刻与峰值压力和平均指示压力的线性相关关系随当量比的减小，均出现了由负相关到正相关的转变，并且混合气当量比越小，天然气发动机的燃烧循环变动越明显，在当量比为0．60～0．65时，平均指示压力变动系数有加速增长的趋势。

CNG发动机火核形成和发展的三维数值模拟研究

本文利用三维燃烧模型对CNG发动机的燃烧过程进行数值模拟,研究过量空气系数的循环变动对CNG发动机火核形成和发展及燃烧各阶段的影响。研究结果显示,过量空气系数的变动对初始火核参数的影响非常小,对燃烧过程三个阶段的影响程度也不同。主燃烧阶段受过量空气系数的变动的影响最大,火核形成和发展阶段受过量空气系数的变动的影响很小。过量空气系数的变动不是火核形成和发展产生变动的主要原因。

高校能源动力类专业服务高中生素质教育的探索

为切实发挥高校的社会服务功能并助力北京市高中生的素质教育活动,北京工业大学能源动力类专业充分发挥专业优势,全面利用实验室、科研课题、教学活动、教师、研究生以及本科生等多方面资源,积极参与北京市的翱翔计划,为高中生开设素质教育选修课,开放实验室以接待高中生参观与实践。通过上述系列活动,促进了大学与高中的深入合作,使高中生对大学生活和相关专业学习有了更深刻的了解,从而在素质教育方面有了更多收获,并且增进了社会和高中生对北京工业大学的认同感。

天然气发动机缸内压力信号采集及分析系统的开发

介绍运用虚拟仪器技术开发的天然气发动机缸内压力信号采集和分析系统,系统以通用PC为平台并利用软件代替了大部分硬件功能,能够进行连续多循环采集,录制示功图并实现缸内的燃烧分析。着重探讨缸内压力数据的采集方式、存储方式、滤波处理及它们的软件实现方法。