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GT-Power的排气轰鸣噪声控制与优化研究

针对某1.5T三缸发动机车型排气尾管噪声在1 280 r/min、1 550 r/min转速下出现轰鸣声的问题,对其排气系统消声器结构进行优化设计,从而达到消除该轰鸣声的目标。分析了排气尾管轰鸣声的产生原因,并解释了轰鸣产生的机理,得出该轰鸣声是消声器在96~116 Hz下消声量不足的结论。通过GT-Power软件基于传递损失仿真结果优化了排气系统消声器结构,并建立发动机模型,与优化后的排气系统模型进行噪声仿真,仿真结果满足优化要求。在整车半消声室中进行了排气尾管噪声测试试验,测试结果验证了分析结果的准确性,且优化方案排气尾管轰鸣声消失,中高转速下噪声降低2 dB(A)

高原环境对车辆动力舱温度场及红外特性影响研究

高原环境下,发动机、冷却系统等部件的运行状况发生较大变化,对动力舱室热环境产生影响,给目标的红外特性预测带来困难。对高原环境下动力舱及内部柴油机的运行状况进行仿真,采用GT-POWER软件建立一维传热模型,对柴油机在西藏贡觉县运行时的状况进行模拟,并将结果与高原环境下三维目标温度场模型进行耦合,获得动力舱的三维温度场分布情况。基于此建立目标红外辐射特征模型,对动力舱的辐射特性进行计算。结果表明:相较于平原地区,高原地区柴油机的燃烧状况较差,功率及扭矩分别降低160 kW和782 N·m,有效燃油消耗率增大46 g/(kW·h);动力舱室表面温度有不同程度降低;排烟及周围部位的温度场及红外特征更为明显。

基于压缩空气起动的柴油机瞬态特性仿真研究

利用一维仿真软件GT-Power建立大功率船用柴油机稳态模型,在此基础上对系统进行改进,增加高压气瓶、管路、空气分配器、起动空气阀模块,构建基于压缩空气分配器起动的柴油机起动过程瞬态模型,并试验验证2种模型的准确性。系统分析了环境压力、滑油温度和起动系统参数等对柴油机起动过程性能的影响,结果表明,该压缩空气系统驱动柴油机起动时间为2.6 s,能够实现连续6次起动,满足柴油机起动性能要求;选取压缩空气压力为30 bar、气瓶容积为350 L、空气管路直径为36 mm、供气起始角为-5° CA能够有效提高柴油机起动性能;从100%负载突加突卸计算结果来看,该柴油机瞬态调速率达到4.67%,不超过5%的指标要求,转速恢复到额定转速±2%的恢复时间增加至0.57 s,满足指标要求。

加装谐振腔的巴哈赛车进气系统设计

为了提高赛车发动机的充气效率,进而提高发动机的性能,同时兼顾安全性,对小型越野巴哈赛车的进气系统进行了设计。首先依据波动效应计算进气管直径和长度;再依据发动机原机参数在GT-Power仿真软件中建立发动机原机模型,增设谐振腔,依据谐振腔对发动机有效功率的影响,选择出最佳谐振腔直径;最后设计进气口防水部件,使赛车具备较好的防水性能,以面对越野赛道恶劣的环境。

船舶低速机故障预测与健康管理技术研究及应用

为了提高船舶低速机运行的稳定性和可靠性以及船舶航行安全性,构建了船舶低速机故障预测与健康管理系统,利用GT-POWER软件搭建了低速机仿真模型数据库,提出了基于性能仿真、油液分析以及振动分析相融合的故障诊断方法。以此为基础,成功研制出船舶低速机故障预测与健康管理系统并完成台架试验,自主设计和开发的系统样机及客户端已成功应用于某6.2×10^(4)t多功能纸浆船,安全稳定运行超过6000 h,完成了相关实船验证,实现了对船舶主机的全生命周期管理,该系统为智能船舶的安全运维开辟了新的方向,对智能船舶的建设具有积极的推动和引导意义。

大功率船用柴油机空气电机启动过程瞬态特性仿真

为提升大功率船用柴油机启动性能,采用GT-power软件建立船用柴油机稳态模型,增加空气电机启动系统模块,构建柴油机启动过程瞬态模型。基于仿真结果,分析环境排气背压、润滑油温度和压缩空气系统参数等对柴油机启动性能的影响规律。仿真结果可为基于空气电机启动的大功率船用柴油机的系统参数设计和性能评估提供依据。

多次预喷射策略对柴油机燃烧噪声的影响

为降低柴油机的燃烧噪声,建立台架试验平台,分析一次预喷和二次预喷策略下缸压、压力升高率和噪声的变化规律;利用GT-Power软件建立燃烧仿真模型,分析二次预喷策略下,不同预喷角和预喷油量对燃烧噪声的影响。试验结果表明:相比一次预喷策略,二次预喷策略的缸压和压力升高率峰值下降,压力升高率最大峰值约降低0.1 MPa/(°),燃烧噪声下降5.2 dB;仿真的缸压和压力升高率与试验结果相近,表明仿真模型精确;第一次预喷曲轴转角为-20°、预喷油量为1.4 mg,第二次预喷曲轴转角为-11°、预喷油量为1.2 mg的喷油策略对应的台架试验燃烧噪声明显低于原始试验噪声。

某8缸柴油机脉冲增压排气管布置对排气干扰的影响

为解决某直列8缸脉冲增压柴油机各缸排气干扰问题,设计4种排气管布置形式,利用GT-Power软件搭建柴油机模型,分析排气管布置形式对排气干扰的影响,并进行优化和试验验证。结果表明:排气管的布置形式和发火顺序是产生排气干扰的主要因素,各缸扫气不均匀是排气干扰的直接原因,在25%额定负荷时过量空气系数异常降低;4排管结构、增压器双流道、单个流道排气间隔曲轴转角为180°的排气管布置型式在低负荷工况下排气压力会高于进气压力,各缸形成均匀排气干扰;排气门开启曲轴转角由120°推迟至140°后,过量空气系数由1.82提高至2.15,低速性能明显改善。

掺烧二代生物柴油对船用柴油机性能的影响研究

基于TBD234V6型船用增压柴油机,运用GT-Power软件建立其仿真模型,设立推进特性25%、50%、75%、100%负荷率4个工况点,在各工况下对纯柴油和10%、20%、30%、40%共5组二代生物柴油掺混比进行仿真模拟研究,探究不同掺混比例二代生物柴油对船用柴油机性能的影响.研究显示随着二代生物柴油掺混比的升高,柴油机的动力性和经济性得到提升,排放性能中的NO_(x)排放下降.该仿真研究可以为之后二代生物柴油在船用发动机上的实际测试提供一定参考.

二冲程点燃式航空煤油发动机燃油消耗率及氮氧化物排放特性分析

针对某二冲程火花点火式活塞发动机燃烧航空煤油时燃油消耗率及氮氧化物排放特性的研究,采用GT-Power软件进行了数值模拟分析。首先建立了该发动机的整机模型,并利用发动机转速为6000r/min时的全负荷工况的缸内压力的数值模拟结果以及在3500r/min到6500r/min转速范围内的扭矩及功率等数值模拟结果分别跟试验数据进行对比分析,验证了GT-Power数值模拟计算模型的正确性。然后采用该模型对该发动机工作过程中的压缩比、空燃比、点火提前角、进气压力、进气温度等参数的变化对燃油消耗率以及氮氧化物生成量的影响进行了模拟计算。结果表明:在6000r/min工况下,压缩比增大使燃油消耗率降低,进气压力和进气温度增大均使得燃油消耗率升高,空燃比和点火提前角增大均使燃油消耗率呈现出先减小后增大的特点,燃油消耗率在空燃比为15.5和点火提前角为25°CA时出现了极值点;压缩比、进气压力、进气温度和点火提前角增大均使氮氧化物生成量增多,空燃比增大使得氮氧化物生成量出现了先增多后减少的现象,在空燃比为15.5时氮氧化物生成量达到峰值。

基于仿真模型与试验汽车排气消声器多目标优化

安装消声器是降低汽车发动机排气噪声的主要手段,其设计的合理性对降低车辆噪声具有积极意义。针对所研究的某改款车型发动机排气噪声超目标进行优化研究,在GT-Power中建立发动机声学仿真模型,为提高仿真计算效率,提出质量流模型代替发动机模型,并使用试验数据对质量流模型进行修正。根据仿真结果,以2 800 r/min、3 000 r/min发动机转速下二阶声压级和2 200 r/min发动机转速下四阶声压级为优化目标,以后消声器结构参数为变量,使用modeFRONTIER软件联合质量流模型,采用modeFRONTIER软件特有的多策略pilOPT算法对排气消声器进行多目标优化。结果表明修正后的质量流模型可以很好地提高仿真计算精度。通过modeFRONTIER进行优化设计,在特定转速2 200 r/min~3 000 r/min,关注阶次的噪声最大降低1.6 dB(A),满足降噪要求,验证优化方法的有效性得到验证,优化效率也得以提高。

甲醇汽油掺混比对转子发动机性能的影响研究

甲醇有着含氧量高、燃烧性能良好和排放清洁等特点,被认为是理想的发动机替代燃料。以一款周边进气转子发动机为研究对象,提出通用的等效方法,在GT-POWER中建立等效往复式三缸四冲程发动机仿真模型,并对仿真结果进行对比验证。在此基础上,研究甲醇替代比对转子发动机燃烧过程和性能的影响规律,研究结果表明:汽油中掺混甲醇可以提高混合气燃烧速率,可使得转子发动机的缸压提高并且燃烧相位提前。在甲醇掺混比低于50%时,随着掺混比增加,转子发动机性能提升明显,缸压峰值对应的曲轴转角接近上止点,发动机功率和扭矩较纯汽油分别提升13.6%和12.8%。在甲醇掺混比高于50%时,随着掺混比的增加,发动机燃烧相位过于提前,压缩负功增加,发动机动力性提升效果降低,在M100时发动机功率提升仅为5.9%。研究结果可为转子发动机使用甲醇燃料以提升性能提供一定参考。

柴油机两级相继增压系统设计与匹配试验研究

为改善低工况条件下因增压压力不足而造成柴油机缸内燃烧恶化问题,将两级增压(two-stage turbocharging,TST)与相继增压(sequential turbocharging,STC)技术相结合.首先,通过推进特性试验进行两级相继增压与柴油机匹配计算,确定增压器型号;其次,利用GT-power软件得到增压器与柴油机联合运行曲线,验证方案的可行性;最后,进行台架试验,分析推进特性和负荷特性下两级相继增压对柴油机性能影响.试验结果表明:推进特性条件下,在0~50%负荷区间,采用单涡轮增压(1TC)可以改善燃烧恶化问题;在50%~100%负荷区间,采用双涡轮增压(2TC)能够进一步提高空燃比,改善缸内燃烧,尤其在60%负荷下,燃油消耗率相比原机降低8.08%;两级相继增压模式在低转速、全扭矩及中高转速、高扭矩运行区域,可实现增压器的良好匹配.

大功率甲醇发动机爆震的仿真分析与研究

为了研究大功率甲醇发动机的爆震特性,文章采用GT-power软件建立甲醇发动机的仿真模型,通过台架试验数据对仿真模型进行标定并调试爆震模型,对发动机在低、中、高转速全负荷工况下的性能和爆震特性进行仿真分析。结果表明:随着压缩比或点火提前角的增大,发动机产生爆震的趋势明显增大、爆震强度增大、爆震开始时刻提前,其中点火提前角增大引起的爆震使发动机整体性能提高;轻微爆震时,发动机整体性能提高;严重爆震时,峰值缸压急剧升高,发动机整体性能恶化;不同转速下,爆震对发动机性能的影响程度不同,其中,在中转速工况下,严重爆震对发动机动力性及燃油经济性的影响较小。

离心式叶片膨胀机性能影响因素与适应性研究

建立朗肯循环余能回收系统的离心式叶片膨胀机GT-power的仿真模型,研究膨胀机进口工质的温度和压力对膨胀机性能和发动机经济性的影响。通过分析表明:膨胀机入口工质压力越高,膨胀机的输出功率和效率越高。通过对排气温度和质量流量计算换热器的工质质量流量的分析可知,在中高负荷下尾气能量可以满足驱动多个膨胀机的需求。

天然气发动机增压器匹配及试验验证

在概念设计阶段,基于GT-Power软件建立某4缸天然气发动机的整机模型,该模型包括进气系统、缸内燃烧系统、废气再循环(excust gas recircluation,EGR)管路系统,根据工程经验,设置目标EGR率、点火提前角、燃烧持续期、燃烧重心为边界条件,仿真对比不同增压器方案的EGR率、EGR阀开启比例、燃气消耗率、增压器旁通阀放气比例、外特性联合运行线,结合工程应用中的增压器匹配原则,选出合适的增压器方案,并进行试验验证。试验结果表明:所选方案发动机的外特性联合运行线远离喘振线和堵塞区,中、高转速的运行点落在压气机高效区;标定点增压器转速余量大于18%,满足发动机性能要求。

一种排气消声器的声学设计研究

主要介绍了一种排气消声器的声学设计流程,包括周边件布置、挂钩布置、消声包布置等;重点讲述了排气消声器壳体容积计算、排气管管径计算以及消声器声学内组件结构设计、主动电子阀设计、声学GT分析、NVH尾管噪声测试等开发过程。

基于GT-power的DPF捕集效率影响因素研究

DPF是目前人们公认最有效的柴油机后处理装置,同时是柴油机满足国VI以上排放法规的必备装置。在实现其经济性和安全性的同时,提高DPF的捕集效率一直是研究的关键。文章利用GT-power软件搭建DPF仿真模型,研究不同载体直径、通道长度、载体壁厚、壁面渗透率和孔隙率对DPF捕集效率的影响。其研究结论表明DPF的捕集效率随着通道长度、孔隙率、载体壁厚的增加而增大,随着壁面渗透率的增大而下降。

某MPC涡轮增压柴油机排温均匀性分析及优化设计

为提高某8缸直列模件式脉冲转换器(modular pulse converter,MPC)涡轮增压柴油机各缸排温均匀性,采用GT-Power仿真软件,搭建整机热力学仿真模型,对比额定工况下各缸的循环进气量、进气和排气道压力波、扫气压差,分析各缸扫气压差不均的影响因素。提出优化MPC歧管倾角、MPC总管直径、气门叠开角、发火顺序4项优化措施。仿真结果表明:优化MPC总管直径、气门叠开角、发火顺序可显著提高各缸排温均匀性,MPC歧管倾角对各缸排温均匀性影响较小。对不同MPC歧管倾角、不同MPC总管直径的柴油机进行台架试验验证。试验结果表明,歧管倾角对各缸排温均匀性影响甚微;将MPC总管直径缩减至原直径的57%,排温标准差由43℃降至30℃,排温均匀性得到显著提高。