壓縮空氣—燃油混合動(dòng)力的研究.pdf

1、由于石油資源的短缺和環(huán)境保護(hù)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(dòng)力機(jī)械。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，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(jī)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(diǎn)問題。將傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)和氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)組成一種新型的動(dòng)力機(jī)械──氣動(dòng)／燃油混合動(dòng)力，能有效地改善氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)做功環(huán)境，提高輸出功率，同時(shí)又對傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)散入環(huán)境的熱量有效回收利用，達(dá)到節(jié)能的目的。本文論述了這種新型混合動(dòng)力，確定了混合動(dòng)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(jìn)行了預(yù)測，具體工作如下： 首先：建立了完整的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)分析進(jìn)氣參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)工作過程的影響，并對排氣管內(nèi)的流動(dòng)

3、狀態(tài)進(jìn)行了仿真計(jì)算，以便為混合動(dòng)力的匹配提供依據(jù)。得到以下結(jié)論： 1、 進(jìn)氣壓力較低時(shí)，氣體可用能的利用率較高； 2、 進(jìn)氣閥在活塞下行到1／4行程時(shí)關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性最好； 3、 增加進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣門開啟持續(xù)角能增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率，但是經(jīng)濟(jì)性較差； 4、 增加進(jìn)氣溫度是增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率和改善經(jīng)濟(jì)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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的詳細(xì)的臺架試驗(yàn)驗(yàn)證了氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的理論模型，同時(shí)測得了氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性曲線和負(fù)荷特性曲線。試驗(yàn)結(jié)果同計(jì)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(yàn)樣機(jī)的漏氣造成的。根據(jù)速度特性和負(fù)荷特性得出了氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性： 1、 當(dāng)進(jìn)氣壓力確定時(shí)，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在相對較低的轉(zhuǎn)速時(shí)，其經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能都較好； 2、與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力相比，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線更陡峭，說明

5、在變阻力工況，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)具有較好的運(yùn)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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)設(shè)計(jì)在高負(fù)荷區(qū)可以提高經(jīng)濟(jì)性能。 再次，確定了空氣利用方式的串、并、混聯(lián)三種混合動(dòng)力方案，并比較分析了其各自工作特點(diǎn)。 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(jī)廢熱的回收利用有限、機(jī)構(gòu)復(fù)雜； 2、并聯(lián)系統(tǒng)氣體可用能有所浪費(fèi)，但對內(nèi)燃機(jī)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(diǎn)，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(dòng)力中利用內(nèi)燃機(jī)廢熱實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)分級膨脹輸出更多功進(jìn)行了分析，證明了采用分級膨脹中間強(qiáng)化換熱能使氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功達(dá)到等溫膨脹的效果； 5、通過熱力學(xué)方法給出了混合動(dòng)力中換熱其最佳管長管徑比的關(guān)系式。 最后，通過混合動(dòng)力中各個(gè)組成部分的工作過程理論模型對混合動(dòng)力定工況工作過程的性能及節(jié)能效果進(jìn)行了計(jì)算。在串聯(lián)方案中氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和缸內(nèi)