Research on Measurements for Temperature and Stress of Pistons in Internal Combustion Engine

In both numerical simulation and experimental research for the piston of internal combustion engine, the verification foundations are always insufficient. The reason is the measurements for its transient temperature and stress under actual operation conditions are very difficult. A multi-channel measurement-storage technology is used in the engine bench experiment to measure the piston temperature and stress in real time. The temperature and stress changes in the engine operation process are obtained. They provide reliable instructive criteria for numerical analysis and experiment of the piston working state.

“内燃机原理”课程研究型教学改革探索

在传统能源与动力工程专业的新工科改造背景下,结合“双一流”建设,打造“金课”建设,进行研究型教学课程改革探索,突出以学生为中心,侧重学习能力、认知能力、创新意识、解决实际问题能力的培养。通过探索传统课程“内燃机原理”的理论教学和实践教学相结合的研究型教学改革模式,充分发挥课程研究对象的特殊性,结合北京理工大学在内燃机领域的科研积累,将科研成果转化为教学案例融入研究型课堂,以案例式教学为主线实现理论教学和实践教学的融合,以达到培养学生实际能力的目的。

甲醇燃料在船舶内燃机动力中的运用

随着能源危机的日益加深和环保意识的提高,寻找替代传统燃料的可持续能源成为全球关注的焦点。甲醇燃料作为一种清洁、可再生的能源,具有燃烧效率高、排放少等优点,被广泛应用于船舶内燃机动力系统中。本文通过对甲醇燃料的特点和在船舶内燃机中的应用进行研究,分析了甲醇燃料在船舶行业的前景和挑战。

内燃兰金循环氨氢发动机热力学特征参数的模拟与分析

为实现氨氢燃料在内燃机上的应用,基于Cantera平台建立了氨氢燃料内燃兰金循环模型,进行了不同氨氢掺混比例、过量空气系数和喷水量等条件下内燃兰金循环氨氢燃料发动机燃烧过程数值模拟,从热力学循环效率和典型污染物排放两方面分析和评价不同边界条件对燃烧特性的影响。结果表明:过量空气系数和缸内喷水量增加分别提升热力学循环效率2.66%和7.00%,喷水的作用效果更显著;氨氢燃料燃烧终了排放污染物NOx主要以NO为主;缸内喷水有利于氨氢发动机氮氧化物排放量降低,应用喷水技术后,燃烧产物中NO和NO2的排放体积分数降低幅度达到37%。

基于甲醇燃料的航空燃料电池内燃机混合动力系统性能分析

为了实现航空碳减排的时代需求,亟需在航空燃料体系和航空动力系统方向实现技术革新。本文提出了基于甲醇燃料的航空燃料电池内燃机混合动力系统方案,甲醇通过机载在线催化重整制氢为燃料电池供氢,燃料电池和内燃机发出的电能带动电动螺旋桨进行工作。进行了模块化建模方法和混合动力系统性能仿真分析研究,结果表明:混合动力系统的发电效率达到了55%,相比甲醇内燃机有了15%绝对值的效率提升,有助于降低燃料消耗。进行了混合动力系统性能参数影响规律分析,结果表明:混合动力系统的效率随着压比的增大而提高,随着燃料利用率的提高而呈现先升高后降低的效果。进行了混合动力系统的?分析,结果显示:混合动力系统中?效率最高的部件是燃料电池,?损最大的部件是重整器。质量分析结果表明:混合动力系统的功率密度达到0.488 kW/kg。

绿氢内燃机及其在边无海岛地区的供电系统应用前瞻

氢内燃机实现依托内燃机完成零碳排放,其采用可再生能源制取的绿氢并结合储氢系统可以实现长期稳定能量输出。基于目前氢内燃机的关键技术和工作特性,该文创新提出将其应用于边远无人海岛地区(简称边无海岛)供电系统实现零碳发电。该系统通过氢内燃机替代柴油内燃机发电,制氢及储氢系统替代原有柴油和部分储能电池,达到充分利用边无海岛的可再生能源,实现海岛零碳可自身持续供能,摆脱外界输入能源依赖。该系统具备推广和应用前景,为未来边无海岛零碳自持供电系统建设提供参考。

船舶电站发电原动机技术特点分析及选型研究

该文概要介绍船舶电站及其对发电用原动机的技术要求,相应阐述汽轮机、柴油机及燃气轮机等几类热力发动机的技术特点,重点对几类发动机的技术特点进行对比,并对其在船舶电站发电原动机领域的应用前景及选型进行分析。柴油机工作效率高,无需锅炉和冷凝器等设备,在船舶电站领域有着广泛的应用。无论哪一种船舶,应急发电机组都用柴油机作为原动机。汽轮发电机组运转稳定且功率较高,但由于辅助设备较多,致使工作可靠性较低,因此,为实现快速备航和提高生命力,也需要安装柴油发电机组作为备用机组。燃气轮机具备尺寸小、重量轻的优势,由于技术和经济性等原因,目前除少量军用舰船外,少有民用船舶采用燃气轮发电机组,但考虑到其技术优势,仍有一定的发展前景。

舰用柴油机技术特点及未来发展趋势研究

介绍柴油机的技术特点及其在舰船中的应用,详细阐述其优势、劣势与动力型式。重点阐述不同舰船对柴油机的技术特点要求,重点对其舰用柴油机未来发展趋势及当前动向进行展望。随着技术的逐步完善,柴油机将在军用舰船上发挥更重要的作用。

水翼船动力装置技术特点及未来发展趋势研究

本文介绍了水翼船的技术特点及我国水翼船行业的发展,以船舶动力装置为论题切入点,阐明了蒸汽机、汽轮机、汽油机、柴油机、燃气轮机、核动力装置及联合动力装置的技术特点,重点对柴油机及燃气轮机两类动力装置在水翼船领域的应用及发展进行了研究。柴油机具有较高的经济性及技术成熟度,曾长期在水翼船动力领域占据重要地位,但考虑到当前水翼船动力性及轻量化等方面的特性要求,航空改型燃气轮机目前在水翼船上有着更好的应用前景。

用于芯片工厂的模块化高频UPS的配电拓扑分析

本文论述了用于极高可靠性供电要求的场合如芯片工厂的配电架构改良,单独内燃机驱动的柴油发电机组(下文简称柴发)作为后备电源进行供电保障优化为结合储能以及不间断电源(Uninterrupted Power Supply,下文简称UPS)相组合的供电保障,UPS的接线拓扑分析以及采用预充磁装置对优化的拓扑进行进一步改良。

人防工程内部电源利用电动汽车蓄电池可行性初探

人民防空工程平时常见于地下汽车库,是战时保障物资输送和人员安全重要组成部分。在现代信息化战争条件下,人防工程战时内部电源可靠性显得尤为重要。为了保证战时电源的安全性、可靠性,本文着重阐述了人防工程电动汽车蓄电池作为战时电源的可行性,该方案与通常在其内部独立设置柴油发电机组作为内部电源有着本质的区别。平时工程内部停放着大量的电动汽车,战时利用其蓄电池组作为内部电源,是难得的战略资源,可大幅度降低工程造价,为赢得现代信息化战争打下坚实基础。

基于船舶总能系统及余热利用的主机选型研究

以主推进发动机(又称“主机”)的定义及类型作为切入点,本文介绍了汽轮机、柴油机及燃气轮机等几类常规热力发动机,以及相关联合动力装置的技术特点。考虑到对民用船舶的经济性要求,开发充分利用余热的总能系统势在必行,从几类主机的技术特点出发,重点对其在总能系统中的应用可行性进行了分析。就目前而言,燃气轮机虽然单机热效率较低,但由于具有较高的排气温度及较大的流量,在船舶总能系统领域有着较好应用前景。燃气轮机与汽轮机联合组成的燃气-蒸汽联合动力装置(COGAS型联合动力装置)能显著提升系统热效率,达到与低速柴油机相近的水平。

大功率内燃机低合金高强度结构钢车底架焊接裂纹控制研究

为研究大功率内燃机车底架焊接裂纹的控制方法,以Q460E材质车底架为研究对象,对一种常用药芯焊丝频发结晶裂纹的主要原因进行分析,借助实心焊丝ER50-6作为打底对这种常用药芯焊丝的焊接工艺进行改良。结果表明:常用药芯焊丝中Ni含量的高低可以直接影响焊道裂纹出现的频率,加入实心焊丝ER50-6作为打底并采用不同工艺优化后,焊接表面裂纹率可以由37.7%降低为5.1%。

坦克装甲车辆动力装置技术特点及选型研究

动力装置是坦克装甲车辆实现全域和机动作战的核心部件,其性能和可靠性至关重要。在常用热力发动机中,燃气轮机具有高比功率、低机油消耗等优点,但制造成本和燃油消耗率高,主要应用于美国M1型和俄国T-80坦克。目前,坦克装甲车辆动力型式仍以高增压柴油机为主,燃气轮机尚无法取代。汪克尔发动机因功率和密封性问题发展受限,绝热发动机虽有前景但需材料研究突破。Strv103型坦克的双主机动力型式类似水面舰船的柴-燃联合动力装置,但因复杂性高未广泛推广。油电混合动力型式是新型坦克的重要发展方向,同时液压自由活塞发动机、摆盘式发动机等新型动力装置也在研究中,有望提升坦克动力性能。总之,坦克装甲车辆动力装置需具备良好动力性能、高可靠性和适应性,以满足现代战争对地面突击装备的需求。

GT-POWER在内燃机设计中的应用

在计算机技术发展越来成熟的今天，利用计算机辅助工程人员进行设计能大大提高工程人员的工作效率，该文主要对GT—POWER在内燃机设计方面的应用进行介绍。在GT-Power中建立了一台涡轮增压发动机的仿真模型，并对仿真模型进行了校验，以对进气岐管的优化和不同压缩比对发动机性能的影响为例进行了简单探索。

太阳能光伏-内燃机发电及余热利用系统热力学分析

对利用太阳能和生物质能的联合冷热电系统(CCHP)进行热力学分析。系统由内燃机和太阳能光伏电池供电,由吸收式制冷及热水系统进行余热回收。太阳能光伏电池采用五参数模型,内燃机为零维、单区模型。分析转速和压比对内燃机输出功率、排气排放物和气缸内传热的影响。结果显示:太阳能光伏电池效率为14%,日发电量500 kWh;内燃机热效率可以达到37%。转速提高后,整体CCHP电效率提高2.8%,余热利用效率提高10%。内燃机的压缩比增大后,CCHP电效率增大0.52%,整体冷热电效率几乎不变。整个CCHP系统电效率为20%,冷热电联合效率可以达到40%。

基于生物质气化的内燃机-吸收式制冷联合冷热电系统分析

可再生能源发电技术是解决能源短缺和环境污染问题的有效途径之一,本文提出了基于生物质气化的联合冷热电(combined cooling heating and power,CCHP)系统。该系统以生物质气化气为燃料,通过内燃机(internal combustion engine,ICE)发电。为提高燃料的整体利用水平,对内燃机排气的低温余热由吸收式制冷及热水系统进行回收。气化炉模型考虑了热解、还原及氧化反应,内燃机模型考虑了气缸内压力、温度随转角的变化。对于单效溴化锂–水吸收式制冷单元,研究了发生器和吸收器工作温度对制冷量的影响。研究结果表明:采用气化气为燃料的内燃机热效率可达37%。增大内燃机转速使系统电效率提高2%,整体冷热电效率为47%;压缩比的增大使系统电效率提高1%,冷热电效率几乎不变。降低吸收器工作温度和提高发生器工作温度可增大制冷量并提高制冷性能,效能系数可以达到77%。整个联合冷热电系统的电效率为22%,冷热电联合效率可以达到48%,投资回收期为3~4 a。

内燃机余热与燃煤机组复合热力系统的利用特性研究

为提升内燃机与燃煤机组耦合的高灵活性发电系统的能量利用效率,提出了内燃机与燃煤机组相复合的新型热力系统。通过将内燃机烟气和冷却水余热输入燃煤机组热力系统,从而降低燃煤机组发电煤耗率。采用EBSILON软件对复合系统进行建模,以燃煤机组汽耗率和热耗率为评价指标,分析了不同复合方案下燃煤机组的热经济性。结果表明:通过将内燃机余热复合进燃煤机组热力系统,可显著降低燃煤机组的热耗率和汽耗率;内燃机烟气余热复合位置越靠近锅炉,参与烟气换热的给水和凝结水比例越小,机组热耗率、汽耗率越低;当烟气余热一部分加热高压加热器给水,另一部分加热低压加热器凝结水时,分配到给水的余热越多,机组热耗率、汽耗率越低;优化后的内燃机与燃煤机组复合热力系统,热耗率最多可降低6.62%。

燃气轮机现阶段应用与未来发展研究

燃气轮机目前已在火力发电、航空、船舶动力及管道运输等领域中扮演着重要角色。随着相关技术的不断完善,燃气轮机将会得到更广泛的应用。介绍了燃气轮机的技术特点,并重点对其当前在火力发电、航空、船舶、管道运输等领域的应用进行了研究。

内燃机余热驱动的超临界CO_(2)循环非设计工况性能分析

超临界二氧化碳动力循环是一种回收内燃机排气余热的重要方式。为了揭示回收内燃机余热的超临界二氧化碳动力循环在非设计工况下的运行特性,基于热力学第一定律,建立了压缩机、透平、换热器、阀门等系统关键设备的非设计工况热力计算模型,进而构建了整个循环的非设计工况计算模型,并对非设计工况下循环热力学性能进行了分析。结果表明:设计工况下,循环热效率和输出净功率分别为45.00%和200 kW;相比于设计工况,当主压缩机入口温度升高到40℃时,循环热效率和净功率分别降低到11.54%和24.50 kW;当透平入口温度降低到450℃时,循环热效率和净功率分别降低到39.00%和162.43kW;当主调阀阻力增加到6.84 MPa时,循环热效率和净功率分别降低到37.18%和116.97 kW;针对两种系统负荷调节方式,当负荷率由100%降低到60%时,转速控制方式和阀门控制方式下,循环热效率分别降低至44.25%和38.00%。总体上,主压缩机入口温度的升高、透平入口温度的降低和主调阀阻力的增大均会导致循环性能降低;其中,主压缩机入口温度变化对循环性能影响剧烈,故应尽可能维持在设计温度运行;转速控制方式调节系统负荷时,系统循环性能变化较小,具有较高的热经济性。