壓縮空氣—燃油混合動力的研究.pdf

1、由于石油資源的短缺和環(huán)境保護問題的加重，人們在不斷的努力尋找石油代替能源和零排放新型動力機械。氣動發(fā)動機以液氮和壓縮空氣為工作介質(zhì)，其能量主要由電能轉(zhuǎn)化而來，并且是零排放發(fā)動機，解決了對石油資源的依賴和對環(huán)境的污染問題。但是其功率密度較低，續(xù)駛里程較短，基礎(chǔ)理論研究相對滯后，以及工作過程中從環(huán)境吸收的熱量有限是其缺陷。 而傳統(tǒng)內(nèi)燃機雖然有較高的熱效率，但其工作過程中燃料燃燒產(chǎn)生的能量大部分散入大氣，將這部分能量回收利用逐漸成為研

2、究熱點問題。將傳統(tǒng)內(nèi)燃機和氣動發(fā)動機組成一種新型的動力機械──氣動／燃油混合動力，能有效地改善氣動發(fā)動機做功環(huán)境，提高輸出功率，同時又對傳統(tǒng)內(nèi)燃機散入環(huán)境的熱量有效回收利用，達到節(jié)能的目的。本文論述了這種新型混合動力，確定了混合動力的總體方案，并通過其工作過程的數(shù)學(xué)模型對其節(jié)能效果進行了預(yù)測，具體工作如下： 首先：建立了完整的氣動發(fā)動機工作過程數(shù)學(xué)模型，詳細分析進氣參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣動發(fā)動機缸內(nèi)工作過程的影響，并對排氣管內(nèi)的流動

3、狀態(tài)進行了仿真計算，以便為混合動力的匹配提供依據(jù)。得到以下結(jié)論： 1、 進氣壓力較低時，氣體可用能的利用率較高； 2、 進氣閥在活塞下行到1／4行程時關(guān)閉，發(fā)動機經(jīng)濟性最好； 3、 增加進氣壓力和進氣門開啟持續(xù)角能增加發(fā)動機功率，但是經(jīng)濟性較差； 4、 增加進氣溫度是增加發(fā)動機功率和改善經(jīng)濟性最有效途徑； 5、 增加排氣背壓可減小排氣管內(nèi)不同位置的壓力波和流量波的相位差。 其次，

4、通過對氣動發(fā)動機的詳細的臺架試驗驗證了氣動發(fā)動機工作過程的理論模型，同時測得了氣動發(fā)動機的速度特性曲線和負荷特性曲線。試驗結(jié)果同計算結(jié)果有較好的一致性，但在缸內(nèi)工作過程的排氣階段兩者差異較大，這是由于試驗樣機的漏氣造成的。根據(jù)速度特性和負荷特性得出了氣動發(fā)動機的工作特性： 1、 當(dāng)進氣壓力確定時，氣動發(fā)動機運行在相對較低的轉(zhuǎn)速時，其經(jīng)濟性能和動力性能都較好； 2、與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機動力相比，氣動發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩曲線更陡峭，說明

5、在變阻力工況，氣動發(fā)動機具有較好的運行穩(wěn)定性和良好的操作性能； 3、在一定的轉(zhuǎn)速下，將氣動發(fā)動機的工作點設(shè)計在高負荷區(qū)可以提高經(jīng)濟性能。 再次，確定了空氣利用方式的串、并、混聯(lián)三種混合動力方案，并比較分析了其各自工作特點。 1、串聯(lián)系統(tǒng)最大利用了壓縮氣體可用能，但是對內(nèi)燃機廢熱的回收利用有限、機構(gòu)復(fù)雜； 2、并聯(lián)系統(tǒng)氣體可用能有所浪費，但對內(nèi)燃機廢熱的回收利用較充分； 3、混聯(lián)方式結(jié)合了前面兩種方

6、式的特點，有效解決了續(xù)駛里程問題，但是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜； 4、通過熱力學(xué)方法，對混合動力中利用內(nèi)燃機廢熱實現(xiàn)氣動發(fā)動機分級膨脹輸出更多功進行了分析，證明了采用分級膨脹中間強化換熱能使氣動發(fā)動機輸出功達到等溫膨脹的效果； 5、通過熱力學(xué)方法給出了混合動力中換熱其最佳管長管徑比的關(guān)系式。 最后，通過混合動力中各個組成部分的工作過程理論模型對混合動力定工況工作過程的性能及節(jié)能效果進行了計算。在串聯(lián)方案中氣動發(fā)動機的進氣和缸內(nèi)