碩士畢業論文 內燃機熱平衡研究
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摘 要
發動機熱平衡研究是缸內傳熱研究的重要組成部分。所謂熱平衡就是分析不同工況下燃油燃燒釋放出的總熱量分配到有效功率等各部分熱量的情況。它是從系統集成的角度分析發動機中的能量轉換與流動傳熱過程，使發動機的各個系統(如進排氣系統、冷卻系統、潤滑系統)與發動機匹配最優化，最大程度地提高發動機的熱效率。目前，發動機熱平衡的主要研究方法有仿真與試驗兩種方法。一方面，隨著計算機技術的飛速發展，仿真研究可以在虛擬的環境中對研究對象進行熱平衡分析，降低產品的研發成本，縮短產品的設計周期。另一方面，現代測試技術水平的發展使試驗研究可以獲得更為準確的測量參數，為仿真研究提供可靠的依據。本文嘗試采用GT-POWER軟件進行發動機的熱平衡仿真研究通過熱平衡試驗驗證了仿真結果的可靠性，證明了采用該方法進行熱平衡仿真研究的可行性。
本文完成的主要工作有:
首先是基于實驗數據的發動機熱平衡計算，分析各工況下的熱量分布。
其次，建立發動機模擬計算GT-POWER模型，進行熱平衡仿真研究。用GT-POWER軟件對EQD210N-30建立仿真模型,進行仿真模擬。
最后，根據熱平衡計算和仿真研究各種參數（摻氫比，點火提前角，燃燒角度，轉速和負荷等）對內燃機效率的影響規律:存在一最佳點火角使發動機效率達到最大值;隨著負荷的增大效率逐漸增大;轉速對發動機性能的影響可以分成兩部分考慮：一部分為摩擦損失，其余速度成正比關系。另一部分與點火角的影響是一致的;摻氫比對發動機效率的影響與其他參數存在復雜的關系，在最佳(或任一)點火角下也存在一個最佳摻氫比，在其他摻氫比下其與發動機效率成反比關系。
關鍵詞:發動機，熱平衡，GT-POWER軟件，試驗，仿真
目錄
摘 要 I
Abstract II
第 1 章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 國內外研究現狀[4] 2
1.2.1 零部件仿真模型 3
1.2.2 工作過程的仿真計算 3
1.2.3 缸內部件的傳熱仿真 4
1.2.4 發動機冷卻系統的仿真 4
1.2.5 潤滑系的仿真 5
1.2.6 整機仿真 5
1.3 本課題的內容及意義 7
1.3.1 主要內容： 7
1.3.2 意義 9
第 2 章 實驗數據的分析 10
2.1 發動機熱量隨點火角的變化情況 10
2.1.1 1600rpm120MAP未摻氫發動機熱量隨點火角的分布情況 10
2.1.2 摻氫10%熱量分布隨點火角的變化 12
2.1.3 摻氫20%熱量分布隨點火角的變化 14
2.1.4 摻氫30%熱量分布隨點火角變化 16
2.1.5 摻氫40%熱量分布隨點火角變化 18
2.1.6 摻氫50%熱量分布隨點火角變化 20
2.2 1600rpm下摻氫比對熱量分布的影響 22
2.3 1600rpm下熱量分布隨空燃比的變化 26
2.3.1 65MAP下熱量分布隨空燃比的變化情況 26
2.3.2 87MAP下熱量分布隨空燃比的變化情況 27
2.3.3 110MAP下熱量分布隨空燃比的變化 28
2.3.4 132MAP下熱量分布隨空燃比的變化情況 29
2.3.5 155MAP下熱量分布隨空燃比的變化 30
2.4 轉速對熱量分布的影響 31
2.4.1 滿負荷下轉速對熱量分布的影響 31
2.4.2 27%負荷下熱量分布隨轉速的變化 31
2.5 MAP值對發動機熱量分布的影響 32
2.5.1 20度點火角下MAP值對熱量的影響 32
2.5.2 22度點火角下MAP值對熱量的影響 33
2.5.3 24度點火角下MAP值對熱量的影響 33
2.5.4 26度點火角下MAP值對熱量的影響 34
2.5.5 28度點火角下MAP值對熱量的影響 35
2.5.6 30度點火角下MAP值對熱量的影響 36
2.5.7 34度點火角下MAP值對熱量的影響 36
2.5.8 36度點火角下MAP值對熱量的影響 37
2.5.9 38度點火角下MAP值對熱量的影響 37
2.5.10 40度點火角下MAP值對熱量的影響 38
2.6 本章小結 38
第 3 章 GT-POWER模型的建立 39
3.1 GT-POWER軟件簡介 39
3.2 模型的建立 40
3.2.1 發動機的參數 40
3.2.2 發動機的幾何參數在GT-POWER中的離散 40
3.2.3 模型正確性的驗證 42
3.3 本章小結 46
第 4 章 仿真模擬及分析 47
4.1 點火角對發動機性能的影響 47
4.1.1 摻氫10%時有效功隨點火角的變化情況 47
4.1.2 摻氫20%時有效功隨點火角的變化情況 48
4.1.3 摻氫30%時有效功隨點火角的變化情況 48
4.1.4 摻氫40%時有效功隨點火角的變化情況 49
4.1.5 摻氫50%時有效功隨點火角的變化情況 49
4.2 負荷對發動機性能的影響 50
4.3 燃燒角度對發動機性能的影響 51
4.4 空燃比對發動機性能的影響 52
4.5 轉速對發動機功率的影響 53
4.6 摻氫比發動機對功率的影響 55
4.7 本章小結 56
結論 57
致謝 58
參考文獻 59
附錄 摻氫發動機的熱量計算 61
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