【正文】 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）船舶柴油主機(jī)及其透平增壓器配合特性的仿真研究目 錄摘要 1Abstract 21 緒論 3 國內(nèi)外柴油機(jī)工作過程模擬計(jì)算的現(xiàn)狀與發(fā)展 32 當(dāng)前渦輪增壓器的前景分析 5 船舶渦輪增壓器的發(fā)展歷史及當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r 5 國內(nèi)增壓器行業(yè)的發(fā)展特點(diǎn) 5 63 船舶柴油主機(jī)及其增壓柴油機(jī)的作用與使用方法 9 9 9 104 船舶柴油機(jī)與渦輪增壓器的匹配 11 船舶增壓器匹配中的主要因素 11： 11 12 掃氣壓比與增壓系統(tǒng)及運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系 14 柴油機(jī)渦輪增壓器的匹配 16 16 225 渦輪增壓器配合特性的仿真研究 26 26 26 28 30 32 33 33 34 34 35 386 結(jié)論 39參考文獻(xiàn) 40致謝 42附錄：文獻(xiàn)綜述 43摘要渦輪增壓器作為一種高效、節(jié)能、科技含量高的環(huán)保型產(chǎn)品。由于其具有改善汽車發(fā)動機(jī)尾氣排放污染、提高發(fā)動機(jī)的功率和重量比、提高發(fā)動機(jī)的扭矩特性、降低燃油消耗和發(fā)動機(jī)噪音等優(yōu)點(diǎn)，所以，增壓發(fā)動機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車造船和工程機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)配置。本文主要研究了船舶柴油機(jī)與渦輪增壓器匹配時(shí)的主要問題，如喘振現(xiàn)象的分析等，及其配合特性。最后，通過對配合特性的分析建立匹配的數(shù)學(xué)模型，在數(shù)學(xué)模型上實(shí)現(xiàn)對于工作過程匹配的模擬。建立柴油機(jī)工作過程的數(shù)學(xué)模型。關(guān)鍵詞: 船舶柴油機(jī)；透平增壓器；柴油機(jī)增壓匹配；計(jì)算機(jī)仿真研究AbstractThe turbocharger is the environmental protection product as an efficient, energy saving, high content of scientific and technological. Since it has improved automobile engine exhaust emission pollution and improve the engine39。s power and weight ratio, improve the engine39。s torque characteristic, reducing fuel consumption and engine noise etc, therefore, turbo engine has bee the modern automobile shipbuilding and engineering machinery standard.This paper mainly studies the Marine diesel engine turbocharger match with the main problems, such as surge phenomena and coordination characteristics analysis, etc.Finally, based on the analysis of the coordination characteristics of the mathematical model, establish matching in mathematics model of the working process of the realization for matching modeling. Establishing the mathematical model diesel working processKeywords ：Marine diesel engine。 Turbine supercharger。 Diesel engine turbo matching。 Computer simulation主要符號說明—通過壓氣機(jī)空氣流量 —壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速—壓氣機(jī)進(jìn)口總壓 —壓氣機(jī)進(jìn)口溫度—渦輪增壓器總效率 —渦輪膨脹比—中冷器進(jìn)口阻力 —流量系數(shù)—渦輪噴嘴環(huán)面積 —壓氣機(jī)等熵效率—渦輪的機(jī)械效率 —增壓后壓比—增壓后空氣量 —掃氣重疊角Vs—混合氣體容積流量 Gs—質(zhì)量流量—發(fā)動機(jī)功率 —發(fā)動機(jī)熱效率—燃?xì)獾蜔嶂? —燃?xì)獾拿芏取碚擉w積空燃比 —過量空氣系數(shù)—空氣的密度 Vis——混合氣體容積流量—質(zhì)量流量 i—發(fā)動機(jī)增壓器的個(gè)數(shù) N—發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 —燃?xì)獍l(fā)動機(jī)總排量—掃氣系數(shù) —進(jìn)入氣缸混合氣體密度—增壓后混合氣體密度 —混合氣體壓力M—壓氣機(jī)前混合氣體摩爾質(zhì)量 T—壓氣機(jī)前混合氣體平均溫度K—混合氣體的絕熱指數(shù)—壓氣機(jī)多變系數(shù) —渦輪前廢氣平均溫度—增壓壓力 ——渦輪前壓力—空氣流率 —燃?xì)饬髀省獪u輪前溫度 —渦輪幾何當(dāng)量面積—?dú)飧變?nèi)工質(zhì)質(zhì)量 u—特定內(nèi)能值—?dú)飧變?nèi)壓力 V——?dú)飧兹莘e—燃燒能量 —?dú)飧妆诿鏌釗p失α—曲軸轉(zhuǎn)角 —排氣的焓值C—碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù) H—燃油中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)O—氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù) —燃燒開始時(shí)的角度— 燃燒持續(xù)角 —韋伯常數(shù)—?dú)飧滋诇囟? —活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)氣缸套的溫度—塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)氣缸套的溫度X—相對行程—傳熱因子 —下游溫度—壓氣機(jī)的消耗功率 —壓氣機(jī)的排氣焓值—壓氣機(jī)進(jìn)氣焓值 —壓氣機(jī)的等熵效率— 增壓比 —壓氣機(jī)進(jìn)排氣的平均定壓比熱—渦輪功率 —渦輪流量質(zhì)量—增壓器機(jī)械效率 —渦輪進(jìn)氣溫度1 緒論隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真已成為分析渦輪增壓柴油機(jī)運(yùn)行性能的有力工具。渦輪增壓柴油機(jī)是一種典型的多系統(tǒng)、多層次的復(fù)雜動力裝置，在柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)行中影響柴油機(jī)增壓系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素很多，許多因素又是相互牽連、相互影響的.對于渦輪增壓器，渦輪增壓是一項(xiàng)新技術(shù)，幾十年的發(fā)展歷史有力地表明，渦輪增壓是提高柴油機(jī)功率和改善經(jīng)濟(jì)性的最有效措施，也是柴油機(jī)強(qiáng)化的必然途徑，它已成為當(dāng)前柴油機(jī)發(fā)展的重要方向?qū)?。一臺裝有渦輪增壓器的現(xiàn)代柴油機(jī)的效率比不裝渦輪增壓器的柴油機(jī)效率高4倍以上。渦輪增壓是使柴油機(jī)動力裝置降低成本、縮小體積、減輕重量最成功的方法。增加柴油機(jī)進(jìn)氣密度的方法較多，主要有機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓、復(fù)合增壓、慣性增壓等，柴油機(jī)目前應(yīng)用最廣泛的增加空氣密度的方法是廢氣渦輪增壓。其基本原理是利用柴油機(jī)排出的廢氣的能量，推動增壓器渦輪葉輪旋轉(zhuǎn)。渦輪葉輪帶動壓氣機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，對進(jìn)入氣缸的空氣進(jìn)行壓縮，提高其壓力，從而提高了空氣密度，增加了空氣量，這就可以燃燒更多的燃料，使平均有效壓力提高，進(jìn)而提高了柴油機(jī)功率，同時(shí)還可以改善熱效率，提高經(jīng)濟(jì)性，減少排氣中的有害成分，降低噪聲。 國內(nèi)外柴油機(jī)工作過程模擬計(jì)算的現(xiàn)狀與發(fā)展柴油機(jī)工作過程的數(shù)值模擬是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過程，包括對氣體交換過程、壓縮過程、噴霧霧化過程、燃燒過程、膨脹過程和排放物生成過程的模擬。另外，柴油機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的幾何體，故難以完全確定各點(diǎn)的不穩(wěn)定邊界條件。這就需要建立各種各樣的物理化學(xué)模型使方程簡化。柴油機(jī)工作過程模擬的發(fā)展可以追溯到早期用計(jì)算機(jī)模擬柴油機(jī)的放熱規(guī)律。到了60年代中期，計(jì)算機(jī)的發(fā)展為包括進(jìn)排氣過程在內(nèi)的整個(gè)柴油機(jī)工作過程模擬創(chuàng)造了條件。隨后，柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒模型不斷完善，進(jìn)排氣系統(tǒng)的數(shù)值求解方法也得到比較大的發(fā)展。尤其到了90年代初，一批商用柴油機(jī)工作過程模擬軟件的開發(fā)，如奧地利AVL公司的BOOST，英國Gamma公司的GT Power，美國西南研究所的VIPRE, Ricardo的WAVE及CDAJ的GTPower 等，標(biāo)志著柴油機(jī)工作過程模擬己經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化的程度。國內(nèi)，上海交通大學(xué)內(nèi)燃機(jī)性能學(xué)科組在高增壓柴油機(jī)性能提高方面進(jìn)行了持續(xù)的研究，在CIMAC程序的基礎(chǔ)上改編了“柴油機(jī)缸內(nèi)及進(jìn)排氣系統(tǒng)中的工作過程模擬程序”，并提出使用于高增壓四沖程柴油機(jī)的五種系統(tǒng):(1)二次進(jìn)氣系統(tǒng)(SIP系統(tǒng))。(2)掃氣旁通系統(tǒng)。(3)顧氏系統(tǒng)。(4)自動進(jìn)排氣供油正時(shí)系統(tǒng)(AVIEIT系統(tǒng))。(5)混合式脈沖轉(zhuǎn)換器渦輪增壓系統(tǒng)(MIXPC系統(tǒng))。天津大學(xué)動力機(jī)械及工程學(xué)院建立了直噴式增壓中冷柴油機(jī)工作過程模型，利用MATLAB編制了直噴式增壓柴油機(jī)零維仿真計(jì)算程序，對4102BZLQ柴油機(jī)工作過程進(jìn)行了仿真計(jì)算。大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院在CIMAC程序的基礎(chǔ)上改編了“二沖程柴油機(jī)工作過程計(jì)算程序”，并對大連船用柴油機(jī)廠的DALIANBamp。 W 5 L60MCE柴油機(jī)進(jìn)行了工作過程模擬計(jì)算。又建立了16V240ZJB型柴油機(jī)氣缸、排氣管和廢氣渦輪增壓器物理及數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了變工況模擬計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真。2 當(dāng)前渦輪增壓器的前景分析 船舶渦輪增壓器的發(fā)展歷史及當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r什么增壓器？簡單地說，它就相當(dāng)于一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)，將更多新鮮空氣壓入發(fā)動機(jī)的燃燒室，改善燃燒效率，從而在不改變發(fā)動機(jī)工作容積的情況下提高動力輸出。一臺發(fā)動機(jī)上既然可以存在機(jī)油泵、汽油泵、水泵、轉(zhuǎn)向助力泵等用來“搬運(yùn)”各種液體的設(shè)備，為什么不可以再增加一個(gè)“空氣泵”呢？不過這聽起來好像很淺顯，將其從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過程可就曲折多了。渦輪增壓器是增壓發(fā)動機(jī)上的一個(gè)關(guān)鍵部件，發(fā)展到今天已經(jīng)是一個(gè)集電子、新材料及機(jī)械等多種學(xué)科應(yīng)用為一體的高科技產(chǎn)品，但它并不是一個(gè)新概念，而是有著深遠(yuǎn)的歷史淵源1905 年，瑞士工程師波希在德國申請了渦輪增壓器專利。1925 年，德國MAN 公司將渦輪增壓器裝在船上成功地進(jìn)行了海上試驗(yàn)。1926年，世界上第一家增壓器公司成立，同年德國DEUTZ公司生產(chǎn)出第一批渦輪增壓柴油機(jī)，使柴油機(jī)的功率由423kW 提高到551kW，提高了30%。直到20世紀(jì)30和40年代，首先在歐洲，然后在美國，渦輪增壓器才開始大規(guī)模地生產(chǎn)。20世紀(jì)70年代以來，石油危機(jī)使能源問題異常突出，各國對節(jié)省能源、提高效率的重視促進(jìn)了渦輪增壓技術(shù)的長足發(fā)展。隨后，世界各國日益重視環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展問題，使渦輪增壓器在汽車發(fā)動機(jī)領(lǐng)域獲得了新的發(fā)展。目前，國內(nèi)增壓器生產(chǎn)企業(yè)呈現(xiàn)幾個(gè)趨勢：一是在大陸，獨(dú)資、合資企業(yè)生產(chǎn)增壓器的外資企業(yè)正在增點(diǎn)增產(chǎn)。二是生產(chǎn)增壓器的民族工業(yè)正在體制改革，發(fā)展規(guī)劃的順序正在重新排隊(duì)，2003年的產(chǎn)量順序大體為Honeywell、Holist、天雁、富源、康躍。三是一大批生產(chǎn)增壓器的民族工業(yè)集中在江蘇、遼寧、山東、浙江等地，可以用“雨后春筍”及“前赴后繼”八個(gè)字來描寫。有幾家投資達(dá)幾千萬甚至上億元，不惜成本購置先進(jìn)設(shè)備，高薪聘請人才，來勢之猛不可低估。四是有發(fā)展前途的增壓器廠機(jī)械加工手段經(jīng)歷了普通車床、數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性生產(chǎn)線的過程；兩輪、三殼的毛坯加工工藝也有了很大的改進(jìn)，不少零件已為外資增壓器廠采購。增壓器性能已接近國際水平。五是專業(yè)化生產(chǎn)勢頭越來越明顯，大而全的生產(chǎn)模式已不適應(yīng)，這有得于提高產(chǎn)品質(zhì)量，有利于市場競爭。六是開發(fā)自主產(chǎn)品，提高匹配技術(shù)，注意產(chǎn)品可靠性已越來越被民族工業(yè)的決策集團(tuán)所重視。 國內(nèi)增壓器行業(yè)的發(fā)展特點(diǎn) 渦輪增壓器的特點(diǎn)在于：通過加強(qiáng)易燃性，提高空氣和燃料的混合比，從而大幅度提高發(fā)動機(jī)的輸出功率，改善經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源；適應(yīng)不同海拔，補(bǔ)償高原功率損失，減輕發(fā)動機(jī)排氣污染，減少廢氣中的有害氣體成分，降低發(fā)動機(jī)噪聲。增壓與非增壓發(fā)動機(jī)相比，在發(fā)動機(jī)基本結(jié)構(gòu)不變的情況下，可以大幅提高功率，降低油耗5%～1