對(duì)置式液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的仿真研究.pdf

1、對(duì)置氣缸式雙活塞液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，氣缸與活塞機(jī)采用對(duì)置活塞對(duì)置氣缸(OPOC)式的布局。因工作過程中活塞做鏡像運(yùn)動(dòng)，并用液壓泵裝置代替了曲軸系作為活塞運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，因此在工作過程中無振動(dòng)，無側(cè)向力，活塞與動(dòng)力的輸出零件無剛性的連接，因而壓縮比可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)地變化。輸出的動(dòng)力以高壓的液壓油形式輸出，能高效地實(shí)現(xiàn)熱能向液壓能的直接轉(zhuǎn)化，便于儲(chǔ)存并可以直接驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)構(gòu)。
　　自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)僅受到液壓力和氣體壓力的作用。早期的

2、仿真和試驗(yàn)研究表明，與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，工作周期相同時(shí)，液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中活塞在壓縮過程中用的時(shí)間更長(zhǎng)，在膨脹過程中花費(fèi)的時(shí)間更少。
　　本課題中涉及自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)之前，需要對(duì)其換氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以求掃氣過程的高效進(jìn)行。需要考慮的因素除了氣口的幾何結(jié)構(gòu)外，還有發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，如活塞在下止點(diǎn)的停留時(shí)間。
　　本文中，采用Pro/Engineer軟件和FIRE軟件，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)的三維CAD模型和三維計(jì)算流體

3、力學(xué)仿真模型，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程和換氣過程進(jìn)行了仿真分析，得出如下結(jié)論：
　　相同的燃料濃度以及相同的壓縮比時(shí)，自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)活塞的運(yùn)動(dòng)頻率更加敏感。過高的活塞運(yùn)動(dòng)頻率會(huì)增大燃燒中斷的傾向，造成效率低下。相同情況下的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)則不會(huì)發(fā)生燃燒中斷，通過調(diào)節(jié)頻率可以有效的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程進(jìn)行調(diào)節(jié)，在一定范圍內(nèi)增大活塞運(yùn)動(dòng)頻率，可以有效的降低最高壓力升高率和最高爆發(fā)壓力，同時(shí)取得較高的指示熱效率。
　　燃料濃度增加時(shí)，高溫反

4、應(yīng)的相位提前，最大放熱率大幅增加，放熱持續(xù)期縮短。
　　影響本文中發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣過程的主要參數(shù)包括掃氣口的進(jìn)氣徑向角，掃氣口高度以及活塞在下止點(diǎn)的停留時(shí)間。當(dāng)進(jìn)氣徑向角為5度，掃氣口高度為11.52mm，活塞在下止點(diǎn)的停留時(shí)間為0.0092s時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程的掃氣效率達(dá)到最大值90.7％。
　　發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中沒有考慮滾流，且活塞頂面無凹陷的燃燒室，因此不會(huì)產(chǎn)生擠流，因此在壓縮過程中缸內(nèi)的新鮮充量和殘余廢氣無法充分混