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[硕士论文] 陈阳
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着人类科学技术的进步发展,传统能源已不能满足社会的需求,新能源技术发展迅速,已在现代电力系统中已占据了了相当大的比例。其中,光伏发电因其清洁、储存量巨大、分布广泛等优势,更是受到了众多国家的广泛应用。但是由于光伏电池发电容易受到外部因素的影响,其输出功率会出现无规律的波动,这使得其难以稳定的提供电能。飞轮储能是一种利用驱动电机带动飞轮旋转将电能转换为飞轮动能的新型储能方式,相比传统化学储能方式,其具有储能密度高,工作时限长,运行时不造成污染等特点,具有很大的应用潜力。本文以独立太阳能飞轮储能系统为研究对象,针对在储能阶段太阳能飞轮储能系统的效率问题,对利用飞轮系统稳定光伏电池阵列直流母线电压为负载提供稳定电压,并将供给负载过后剩余的能量存储到飞轮系统中的控制方法进行了研究。
  本文首先,对飞轮系统的结构及原理进行了介绍,通过对比各种常用飞轮电机优缺点,结合光伏发电的特点选择结构简单、容易维护且性价比高的异步电机作为飞轮驱动电机。
  其次,根据光伏电池的原理及其不同条件下的输出特性搭建了光伏电池的仿真模型;对比各种常用最大功率追踪算法,提出了一种基于粒子群算法整定PID参数改进的扰动观察法作用于光伏电池,实现对光伏电池的最大功率追踪控制;接着,根据光伏发电输出功率多变的特点,飞轮电机控制方法选择具有较快响应性且对电机参数依赖较小的直接转矩控制技术,对其原理进行了分析,并在Matlab/Simulink中建立了异步电机直接转矩控制仿真模型;对飞轮系统储能阶段的控制进行了研究,根据光伏阵列输出功率、负载功率及直流母线实时电压作为参考计算异步电机直接转矩控制的参考转速、参考磁链,使得飞轮系统在储能过程中能够跟踪光伏阵列输出功率的变化,在保证直流母线电压稳定条件下,使得负载功率、光伏发电功率及飞轮储储能之间维持平衡;当异步电机转速达到其额定转速时,对电机进行弱磁控制,实现恒功率下的电机加速旋转,最大化的将多余的能量转存到飞轮系统中,提高光伏发电电能的利用率。
  最后,在Matlab/Simulink中建立了太阳能飞轮储能控制系统模型并进行仿真,结果表明本文所提出的控制方法能够较快的响应外界环境的变化,提高了能量利用率,具有一定的实用性。
[硕士论文] 苏飚
机械工程;车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:排放是发动机性能的重要指标,使用替代燃料是一种降低发动机排放的有效方式。多种替代燃料的混合使用,可以通过合理选择燃料和掺烧比例以及优化发动机喷油进气等参数,在发动机动力性损失不大的情况下,保证发动机的排放性能,且通常替代燃料的经济性高于传统燃料。
  因此,本文在调研分析多燃料发动机的研究背景、意义以及发展现状的基础上,研究了不同物态多种燃料确定最佳掺烧比例的理论与方法和最佳掺烧比例下多燃料发动机排放和性能,并分析最佳掺烧比例下多燃料发动机进气过程中进气道和缸内的速度场与湍动能场,具体工作如下:
  首先,根据原机主要结构参数,利用CATIA和ICEM软件分别建立了发动机几何模型和网格模型。根据均匀设计的思想,设计了15种不同工况的均匀实验,通过分配燃空比实现多燃料掺烧比例的分配,利用有限体积法和动网格技术,借助FLUENT对多燃料发动机进行数值模拟,得出15种不同工况下发动机扭矩值以及CO、NOx、HC、Soot排放值。
  其次,利用打分法确定了低转速中等负荷、中等转速中等负荷、高转速中等负荷三个工况下扭矩、CO、NOx、HC、Soot各项功能指标的权重。根据价值工程基本原理,计算出三种工况下成本系数和功能系数,得出价值系数,从而得到了三种工况下的最佳掺烧比例。采用这三种工况下各自的最佳掺烧比例,选取发动机负荷为50%,与原机的动力性与排放相比,扭矩略差于原机,但动力性损失不大,CO、NOx、HC、Soot排放均较原机有所改善,排放性能提高。
  最后,通过对进气过程中进气道和缸内的速度场与湍动能场的分析,得到了发动机进气过程中进气道和缸内的涡流变化。进气门杆两侧产生的两个流速较大的涡流和进气门杆下方形成的流速较小的涡流,对发动机缸内气体的混合和燃烧起着非常有利的作用。
[硕士论文] 于硕
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:板式换热器(PHE)是一种紧凑型换热器,由于其传热效率好、比表面积大等特点,在工业生产中有十分广泛的应用。由于板式换热器板间形成的流道内流动较为复杂,传统的实验研究手段效果较差,计算流体力学非常适用于板式换热器的研究及优化工作。学者对板式换热器工程应用的研究较多,现有对于板间流道的流动特性的有效研究工作较少,同时针对流道内流动对传热影响以及强化传热的研究不够。本文采用了Fluent软件揭示板式换热器流动特性对传热影响的机理,主要工作内容及结论如下:
  (1)建立了满足大涡模拟要求的板式换热器流动计算模型。为了在保证计算精度的同时尽可能的降低计算成本,本文对重复单元数较少的流道模型进行了高分辨率的网格划分,并在模型左右壁面采用了周期边界条件。
  (2)板式换热器流道内湍流边界层的流动特性的研究。引入时间变量,分析不同时刻下板片流道内湍流边界层处的流型、速度、湍流动能分布。并且发现板式换热器流道内的流动存在周期性。
  (3)板式换热器内流动特性对传热影响的研究。板间上下层流道的拖拽作用使得流动介质在流道内旋转向前流动,传热效果较好。泄流区域的传热效果较好,但流动较为混乱,受其影响在附近产生了流动死区。流动死区的传热效果较差,阻力损失大。
[硕士论文] 张亮
控制工程 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:在母管制锅炉机组的控制过程中都会存在以下两方面的问题:1.单炉燃烧问题:单炉燃烧时经常出现锅炉效率偏低和NOx的排放量较高等问题。2.多炉协调问题:多炉协调时经常出现母管的压力不稳定和机组的煤耗量较大等问题。因此,本文以大庆某热电厂母管制锅炉机组为研究对象,针对单炉燃烧优化和多炉协调优化进行深入研究。
  首先,针对锅炉燃烧控制系统的主要任务,分析给煤系统、送风系统、引风系统的调节方案。根据方案中的不足提出利用神经网络建模并通过遗传算法寻优的单炉燃烧优化方法。然后,根据220t/h锅炉的燃烧特性和控制需求,选择合理的输入和输出数据建立锅炉燃烧系统的RBF神经网络模型。在此基础上,以提高锅炉效率,降低NOx排放量为目的,设计锅炉燃烧优化的目标函数,并利用遗传算法进行寻优。寻优得到的各控制变量的最佳设定值提供给锅炉系统的基础控制层,实现单炉的燃烧优化。接着,利用现场运行数据分析母管的压力波动量与需要被调节的蒸汽负荷量之间的关系,求得母管当前所需的蒸汽总负荷。根据母管制锅炉机组的煤耗特性,建立蒸汽负荷分配的数学模型并利用二次规划算法和遗传算法将蒸汽总负荷最优分配给锅炉机组,实现多炉的协调优化。实验仿真和实际运行结果表明,本文针对母管制锅炉单炉燃烧和多炉协调提出的优化方法在提高锅炉效率、降低NOx排放量、维持母管压力稳定、降低机组煤耗量等方面均有较好的表现。
[硕士论文] 王宝刚
动力机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:管式加热炉应用广泛,其燃烧与污染物排放控制技术向来都是国内外学者关注和研究的热点。本文在调研管式加热炉燃烧与污染物排放技术、气体燃烧及其火焰稳定性的基础上,实验研究了喷嘴直径、燃气流速以及不同当量比对气体燃烧火焰特征的影响;建立了燃烧数值计算模型,采用实验验证其有效性,并利用数值模拟研究了管式加热炉的燃烧与排放特性。
  为研究不同当量比对丙烷气体燃烧特性的影响,设计并搭建了封闭空间丙烷气体燃烧实验平台;采用无量纲量火焰高度与无量纲火源热释放速率之间的关系、Delichatsios关联式两种方案对燃烧实验平台的燃料供应系统的可靠性进行了验证;采用实验对比分析,确定了封闭空间壁面仅影响当量比,确保了搭建的实验装置的有效性。
  分析不同当量比丙烷气体燃烧的实验数据,得到了喷嘴直径、燃气流速和当量比共同影响下的无量纲火焰长度和火焰推举高度的表达式,当喷嘴直径和燃料流速都增大时,随着当量比的增加,无量纲火焰长度增加的越来越慢,逐渐趋于平缓,但是火焰推举高度的倒数则增加的越来越快。
  对不同丙烷气体燃烧实验工况进行了数值模拟研究,对比分析了模拟和实验的烟气温度和NO浓度,烟气温度平均偏差约±6.3%,最大偏差小于±9.4%;NO浓度最大偏差小于±6%,验证了所建立的湍流模型、燃烧模型、辐射模型以及NO模型有效。
  采用数值模拟对管式加热炉在过量空气系数λ分别为1.05、1.10、1.15、1.20、1.25和1.30等六种工况下炉膛内的温度分布、燃烧器轴向速度分布及NO的分布与排放情况进行了研究,结果表明,在λ=1.10时,炉膛内部温度分布均匀,避免了炉膛内部NO密度局部过高,能够保证管壁均匀受热,且较高的燃烧器轴向速度引起的卷吸效果明显,有利于燃料的充分燃烧以及火焰向周围管壁的热辐射的增强,有效地减少了NO排放量;对管式加热炉在氧化剂中添加水蒸气的体积分数Fwv为0、0.03、0.05、0.08、0.10和0.15等六种工况下炉膛的温度分布、水蒸气的排放量以及NO的分布与排放情况进行了研究,结果表明,当氧化剂中添加的水蒸气的体积分数为0.10时,炉膛内部温度分布均匀,炉膛区域内NO生成量也较低,有效避免了炉膛内部NO密度过高,降低了NO排放量,对应的水蒸气排放量也较少,减少了因水蒸气的排放引起的热损失。
[硕士论文] 杨静
机械电子工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着中国经济的快速稳步发展,煤炭消耗量持续增加,工业锅炉的数量也在与日俱增。由于中国燃煤工业锅炉具有热效率低,污染高,分布广的特点,对生态环境和能源安全带来了巨大威胁。因此,加强对于锅炉能效及排放的监管具有重要意义。
  本文在详细阐述了课题的研究背景、国内外现状以及研究目的后,讨论了现有的无线通信方式和现有的软件网络架构,提出了一种基于433MHz RF技术和GPRS通信技术,以B/S模式实现的锅炉能效及排放远程监测平台。本系统在局域网以433MHz RF技术组建通信网络,在广域网上通过GPRS通信技术与远端服务器相连接,监管人员通过浏览器即可远程监测锅炉的运行情况,通过对能效或排放数据的分析,便于采取相应的措施。
  系统硬件主要由传感器采集模块和集中器接收处理模块两个部分组成,围绕MSP430F149单片机、SI4432射频芯片和SIM900A芯片进行硬件电路的设计。在集中器接收处理模块上集成了433MHz通信子模块和GPRS通信子模块。传感器采集模块直接与传感器相连接,集成了433MHz通信子模块。在软件设计上,系统以B/S为软件网络架构,并将软件设计分为数据采集终端、TCP/IP服务器端和人机交互界面三个模块。在服务器端使用MINA通信框架实现与现场采集硬件的通信,并与MySQL数据库连接完成数据的存储。在人机交互界面模块,采用了EasyUI技术、FLASH技术和百度地图,实现了锅炉运行状态和能效及排放数据的Web页面展示。
[硕士论文] 邢勇强
机械设计及理论 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本文在对国内外生物质成型技术研究现状调研分析基础上,以生物质成型技术为研究背景,为解决当今生物质成型机在制备生物质成型颗粒中存在功耗高、品质差和产量低等问题,进行了生物质成型特性实验研究和理论分析,以期为生物质成型技术的开发、成型设备的研制和成型颗粒的生产提供基础数据和理论指导。
  基于支持向量回归机和热重分析法,构建了预测生物质中纤维素、半纤维素和木质素含量的机器学习模型,该模型对生物质三组分的含量预测拟合度高且误差小,能够较好地预测生物质三组分含量。进而利用该机器学习模型预测毛竹、玉米秸秆和稻草秸秆中三组分含量,可看出该模型对实际生物质三组分含量预测仍具有较好效果。
  应用单纯形格子混料设计法,构建了基于纤维素、半纤维素和木质素质量分数的生物质成型过程中比能耗和松弛密度的回归预测模型,研究了生物质三组分混料比例对于生物质成型特性的影响规律,研究表明该回归预测模型能较好预测比能耗和松弛密度。进一步采用该模型预测了棉花秸秆、毛竹和玉米秸秆成型中比能耗和松弛密度,结果表明该模型对于实际生物质具有良好的预测效果。
  利用自行设计搭建的生物质成型工艺参数实验平台,在考虑生物质组成成分因素下,研究了物料种类、物料粒径、物料含水量、成型速率和保型时间等因素对生物质成型中比能耗和松弛密度的影响规律,综合评估各工艺参数对于生物质成型中比能耗和松弛密度的影响程度,以获得生物质成型中最优工艺参数组合。研究表明生物质成型实验中最优工艺参数:物料种类为棉花秸秆、物料粒径为<0.075mm、物料含水量为20%、成型速率为50mm/mm和保型时间为110s。
  进行生物质成型机成型模孔实验,以降低成型中比能耗和提高生物质颗粒的松弛密度为目标,考虑物料种类、模孔长径比、开口锥角和内壁粗糙度等因素对于生物质成型中比能耗和松弛密度的影响规律。综合分析得出最优生物质成型机成型模孔参数即物料种类为棉花秸秆、模孔长径比设置为7∶1、模孔开口锥角设置为15°和模孔内壁粗糙度设置为3.2。
[硕士论文] 路静波
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:针对发动机生产车间的数据采集不及时、采集的数据无法得到充分利用、纸质文件过多、异常问题处理不及时、员工推脱责任、绩效考核标准模糊等问题,本文提出基于任务驱动的发动机生产车间制造执行系统。
  首先,本文根据发动机生产车间的生产特点和存在的问题,构建了基于任务驱动的发动机生产车间制造执行系统的系统架构、体系结构、功能结构和运行模式。其次,对生产过程中产生的数据进行分类,并构建了一个包括作业信息、质检信息、人员信息、设备信息、物料信息、异常信息的六维度发动机生产车间生产任务流的全过程信息模型,根据全过程信息模型将车间任务划分为拉料任务、三坐标送检任务、返修/报废任务、质检任务、订单超期任务、设备故障任务、设备点检任务、设备维护保养任务、质量异常任务等九种任务类型。然后,本文建立了一种基于时间资源规划的任务流管控流程,并针对不同的任务类型设计各自的任务流程。
  最后,基于以上研究结果,参与设计和开发了一套基于任务驱动的制造执行系统,并在某汽车公司发动机车间进行了实施和应用,并取得了很好的实际的应用效果。
[硕士论文] 刘文宪
动力机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:缸内直喷汽油机具有极其优异的经济性、动力性、低排放,但实现方式带来了工况的复杂。为了实现缸内直喷汽油机的在变工况下的轨压控制,就必须依赖电控单元(ECU)应用层控制软件的设计。因此,轨压系统的控制策略是实现工况切换、实现低压燃油喷雾的良好雾化性与高压情况下防止超压的重点。轨压系统是一个具有强扰动的非线性动态系统,而缸内直喷汽油机的共轨压力的波动会影响喷油器喷油特性的改变,导致实际喷油量与期望喷油量直接的偏差,加大了轨压控制的复杂性。因此轨压系统的控制算法设计是消除轨压偏差实现轨压控制的良好跟随性的重点。
  本课题研究设计缸内直喷汽油机的轨压控制策略和算法,并构建面向控制的缸内直喷汽油机共轨系统数学模型作为验证控制策略与算法的对象,利用MATLAB/Simulink软件建立与轨压控制相关的模型,利用试验数据对缸内直喷汽油机共轨系统的数学模型与控制策略进行验证。主要内容如下:
  (1)轨压控制策略及算法设计。为了防止发动机变工况情况下对于轨压的影响,设计的轨压控制策略部分实现了不同工况下不同燃烧模式和轨压设定值Map的选择,得到当前工况下的轨压设定值;而针对轨压控制中实际轨压与轨压设定值产生的偏差,设计了PI控制算法计算轨压调整量;针对轨压系统在仿真过程中产生的静态偏移,采用轨压前馈控制算法计算了泵油补偿角以抵消静态偏移量。
  (2)共轨系统数学模型建模。根据燃油压力的产生与传递的物理过程和共轨管的储油特性,高压电磁阀-高压油泵-共轨管-喷油器的燃油流量和压强关系,建立面向控制的缸内直喷汽油机轨压系统数学模型。在保证轨压数学模型合理准确地基础上,对于影响轨压较小的部分进行合理的简化。
  (3)轨压模型与策略的仿真验证。比较分析怠速、稳态、加减速和加减负载工况下的仿真轨压、目标轨压与实际轨压偏差,验证了所设计的轨压控制策略与算法在怠速和稳态工况下的准确性与稳定性,以及轨压阶跃的响应性、跟随性。
[硕士论文] 糜梦星
动力机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:通过不同升温速率下的热重试验,分别研究了梧桐叶及其热解炭、水热炭的燃烧特性。结果表明:梧桐叶和水热炭燃烧DTG曲线呈4个质量损失峰,热解炭呈3个峰。升温速率对样品燃尽度影响较小,对燃烧速率影响较大。梧桐叶和水热炭的综合燃烧特性指数SN较高,且着火点及燃尽温度较低。由于水热炭更易于保存和运输,因此更适合用作生物质燃料。基于分布式改良Coats-Redfern积分法分析样品燃烧动力学,结果表明:燃烧过程中活化能分布呈‘N’型。低温燃烧区活化能较高,高温燃烧区活化能较低。随升温速率提高,样品活化能均发生小幅降低,但整体趋势保持不变。
  基于随机森林回归模型,分别构建梧桐叶混煤、热解炭混煤以及水热炭混煤活化能预测模型。结果表明:3种活化能预测模型的R2均在0.9716~0.9847,说明预测值与试验值正相关性较强。MSE在2.0956~5.9433,MAE在1.1763~2.3000,说明模型预测误差较小。EVC在0.9743~0.9858,说明模型可解释性较强。
  利用管式炉试验系统在不同的升温速率下进行CO和NO排放试验,分别研究样品种类、掺混比例以及反应温度对CO和NO排放的影响。700℃时,梧桐叶和水热炭的CO排放明显小于热解炭和煤,900℃时,CO排放则明显更高。当燃烧温度为700℃/800℃/900℃时,煤的NO释放始终最高,梧桐叶、热解炭和水热炭的NO释放总量相差不大,约比煤少40%。梧桐叶及其生物炭与煤按照50:50混合时,温度为700℃/800℃/900℃时,随着温度上升,混合样品CO释放无论从强度还是持续时长上都大大降低。而NO释放随着温度升高先增大再减小,但变化幅度都较小。
[硕士论文] 洪锦
机械设计及理论 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:活塞环是内燃机的重要部件之一。随着社会发展,人们对活塞环性能提出了更高的要求。由于活塞环性能直接影响到整机的运行状态,国内外学者对活塞环的强度和热传导部分进行了深入研究。CAE技术已经在工业产品设计、研发过程中得到了广泛应用,文中便以此作为工具对活塞环进行有限元分析。
  为解决ANSYS软件操作界面不友好、分析过程繁琐,提高多种活塞环数值模拟的效率,文中以Java语言为开发平台,通过对ANSYS参数化设计语言APDL进行二次开发,制作相应有限元分析系统。该系统将每个活塞环的参数化建模、网格划分、边界条件的施加、模拟计算以及结果显示等过程封装在后台,用户无需进入软件操作界面就可以进行有限元分析。此外,编写的不同种类活塞环的热分析、强度分析命令流模板保存于模板库中,随着活塞环分析类型不同而调用不同模板以达到随调随用的目的。当环种类增加还可以通过扩充模板库而实现活塞环分析种类的扩展。
  文中首先阐述了活塞环强度、热传导及有限元分析理论,在保证分析结果可靠的基础上,运用APDL参数化设计语言,借助JAVA编程平台,制作了界面友好的活塞环强度与热传导分析系统。最后以某型号发动机活塞环强度分析为例,对比试验数据,验证了分析系统计算结果的可靠性,同时展示了系统友好的界面,简捷的操作,极大的提高了效率。
[硕士论文] 卜建
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:中国的再制造在近二十多年的发展过程中,取得了重大的突破和长足的进步,在节约资源能源和环境保护方面,做出了很大的贡献。本文针对当前内燃机主动再制造在时机决策方面遇到的难点,以及当前主动再制造设计多是从单一关键零件出发,未能兼顾多个零件的设计问题,重点研究了内燃机关键零部件主动再制造时机确定,关键零部件接触耦合模型建立与验证,具体的主动再制造时机调控方法等内容。
  首先,阐述了主动再制造理论在内燃机产品应用中的相关设计研究和存在的困难点,提出基于冗余强度值变化规律的关键零部件主动再制造时机确定方法。其次,提出关键零部件主动再制造时机调控方法,即通过分析关键零部件再制造状态,确定时机调控目标,对内燃机产品进行以功率为性能表征的特性分析,结合敏感度计算,构建功率与特征结构映射模型,对关键零部件进行以冗余强度为再制造性能表征的特性分析,构建了冗余强度值与特征结构映射模型,建立关键零部件接触耦合模型,确定耦合特征参数、关联特征参数和独立特征参数归属,并以整机功率作为优化目标,各关键零部件冗余强度和装配要求作为约束条件,建立时机调控函数,进行多个关键零部件的联合优化设计,使得内燃机产品和组成的各关键零部件之间趋于协调。最后,以某型号单缸柴油发动机为例,对以上研究和方法进行了验证。
  关键零部件经过主动再制造时机调控后,一方面实现各关键零部件之间,以及零件与产品之间的最优配合,为零件“提前再制造”和“滞后再制造”问题提供了新的解决途径,为再制造关于时机决策和方案选择方面提供了指导,另一方面,避免了单一零件优化对其余零件和产品所造成的负面影响。
[硕士论文] 徐瑞根
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:柴油机氧化转化器(Diesel Oxidation Converter,DOC)和催化型颗粒捕集器(Catalytic Diesel Particular Filter,CDPF)可以有效处理柴油机排放的颗粒物,但如何优化工作效率,降低使用成本,提升能量、空间利用程度以及系统耐久性,成为亟待解决的问题。
  本文提出了“热管理+缸内后喷+催化再生”的CDPF主动再生方法,设计了再生过程控制策略,运用AVL FIRE软件研究了DOC、CDPF的工作温度、压降变化、转化效率及温度梯度等问题,并搭建发动机试验台架,对高怠速再生过程进行研究。
  研究结果表明:DOC入口温度从200℃至300℃,HC转化效率不断升高,到280℃时HC转化效率升至95.41%;CDPF的过滤体在再生开始和中止的过程中温度梯度较高,且随着碳载量的增加,温度梯度升高,为了提高燃油经济性和过滤体材料的耐久性,要将碳载量和再生时间间隔控制在一定范围内,本文将CDPF碳载量设置为3g/L;通过进气节流等热管理方式及缸内后喷(Post Injection,PI)可以提升尾气排放温度至DOC工作温度,通过缸内次后喷(Late Post Injection,LPI)可以将CDPF的入口温度稳定控制在设定的再生温度;在高怠速再生试验中,随着再生时间、温度的增加,再生效率不断上升,在500℃、20min条件下,颗粒物再生效率达到98%,载体内部温度较为稳定,峰值约为560℃,出口温度稳定在约480℃,满足应用要求;测量尾气在200~450℃范围内、不同位置的NOx浓度,得出DOC和CDPF从300℃开始可以将部分NO转化成NO2,NO2的比例随着温度的升高不断上升,有利于CDPF和SCR中催化反应的进行。
[硕士论文] 周强强
制冷及低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:太阳能光热利用的领域十分广泛,平板型太阳能集热器以其承压性好、与建筑一体化程度高等优点逐渐受到重视,但其初始投资成本高且在夜间闲置。本文利用有限元软件对一种兼具白天太阳能集热与夜间辐射制冷功能互补的复合系统(Solar Heating-Radiative Cooling,SHRC)进行分析,探究了辐照强度、入口温度等不同因素对SHRC复合系统性能变化规律的影响,获得了其在白天集热和夜间制冷两种工况下的性能关系式。本文的主要研究内容和结论如下:
  1、建立了SHRC复合系统的归一化温度数学模型,利用Fluent研究了不同因素对其集热性能的影响规律,并进行了实验验证。集热工况下复合装置瞬时截距效率实验结果和数值解分别为63.6%和60.3%,两者间的均方根误差为2.84%。此外,以合肥为例探究了不同季节典型日SHRC复合系统的集热效率和热损失系数分别随辐照强度和入口温度等条件的变化规律,结果表明夏季系统可靠性最高。
  2、选择Fluent辐射模型研究制冷工况下SHRC复合系统的性能变化规律,获得装置制冷功率与(Tm-Ta)间的关系式,并与文献实验结果进行了对比。模拟值较实验值偏高,两者间均方根误差为13.85%,理论截距制冷量可满足夏季夜间普通房间制冷需求的45%左右,在一定范围内可利用上述关系式对SHRC复合系统制冷性能变化进行预测分析。
  3、利用典型气象年数据,结合性能关系式,选取纽约、新加坡、堪培拉、北京、伦敦和里约热内卢六个不同气候类型代表城市进行SHRC复合系统全年性能分析。结果表明:由于不同气候类型地区的辐照条件和环境温度不同,复合系统集热能力相差较大,除了热带雨林气候的新加坡全年得热量和制冷量分布较均匀外,其余各城市均随季节而变化。年得热量最多的城市为堪培拉(4048.73MJ/m2),与得热量最少的城市纽约相差1257.39MJ/m2。此外,还对系统性能偏低的季节或地区提出了相应改善建议。
[硕士论文] 王秦燕
动力机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:面对能源危机和环境污染两大世纪难题以及越来越严格的排放法规,对缸内常规燃烧技术的研究已经不能满足广大研究学者的需求,国际上发动机燃烧过程的组织结构正在发生革命性的变革,发动机燃烧技术正向高密度、高稀释和超高压等极端条件方向发展。本文以一台缸内直喷汽油机为原型建立了天然气发动机模型,通过仿真计算分析,研究了高密度高稀气条件下各点火参数对天然气燃烧和排放的影响规律,优化极端条件下点火系统,以实现高效稳定燃烧,达到高动力性、高经济性和低排放、低排气温度的目标。
  首先,利用样机的实验数据对燃烧模型进行有效性验证;其次,研究了不同点火方式、双火花塞位置、点火正时、点火能量对高密度高稀气条件下天然气发动机燃烧排放影响。结果表明:采用双火花塞点火与单花塞点火相比,可以缩短火焰传播距离,提高火焰传播速率,提高发动机的热效率,但是需要配合合适的点火正时,以达到更好的效果。在研究双火花塞位置的影响时发现当A=2/3时,燃烧速度最快,燃烧持续期最短。双火花塞距离过小或过大,都会降低发动机的燃烧速度,增加燃烧持续期,导致经济性变差,污染物排放增多。在不同的工况下,均存在最佳点火正时,其中当量比为0.6时,最佳点火正时为695℃A,当量比为0.55时,最佳点火正时为685℃A,研究表明通过优化点火正时可以弥补高稀气条件下造成的动力性不足。最后,对点火能量研究表明,增大点火能量可以促进火核生成,缩短火焰发展期,但点火能量增加到一定值后,继续增大点火能量,对发动机性能的改善不大。在高密度高稀气条件下当量比为0.6时,最小点火能量为45mJ,当量比为0.55时,最小点火能量为35mJ。因此通过优化点火系统,可以实现在高稀气条件下已更低的点火能量实现更高效的燃烧。
[硕士论文] 朱保宇
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:热声发动机可以将热能转换成高振幅声波,这种声波可以应用于发电、制冷除尘等领域。世界各国对热声技术的关注度越来越高,原因在于这种技术几乎零排放,成本低,可靠性高,且热声发动机的振荡气流可以直接驱动脉管制冷机,从而实现无运动部件的冷却系统。
  驻波热声发动机由于结构简单,体积较小,制造成本低,受到人们的青睐。本文从热声理论、模拟和性能实验方面开展了对驻波热声发动机的研究工作,主要针对目前主流的两种驻波热声系统,即开口式和对称式驻波热声发动机进行研究。主要工作由以下几部分组成:
  分析和介绍了热声热机和热声学基础理论,从热声连续性、动量和能流方程的角度,探讨了线性热声理论,推导出驻波热声系统模拟仿真的基本数值方程。
  通过自行设计的驻波热声系统性能试验以及DeltaEC仿真模拟相结合的方式,研究了板叠结构参数(间距、板厚、位置、长度)和谐振管长度对开口驻波热声系统性能的影响。结果表明:适当增加板叠长度和板叠内部的孔隙率,可有效改善板叠内部工质气体的换热,提高系统的性能。
  在对开口驻波系统研究之后,利用现有的实验和仿真模拟条件,对对称式驻波系统也进行了研究,探讨了运行参数和结构参数对发动机性能的影响。结果表明:热声系统的压力振幅随着谐振管长度、工质气体密度和充气压力的增加而加大;热声系统的起振温差与操作参数有关,且随着谐振管长度的增加而减小。
[硕士论文] 李照远
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着汽油机的功率密度不断强化,增压直喷汽油机在低速、高负荷工况下出现了一种新的爆震模式——超级爆震,可瞬间破坏发动机。近年来,大量的研究结果表明润滑油是超级爆震发生的重要诱发源之一。本文对铝合金和石英玻璃两种材料上的润滑油膜以及不同混合比例的润滑油/汽油油膜的蒸发特性与传热机理进行试验研究,并结合相关的传热机理建立了油膜的质量损失速率的预测模型。
  本文设计了一个热辐射油膜蒸发实验台,利用相关仪器设备分别测量了润滑油膜和混合油膜在不同辐射强度、油膜厚度、依附材料下的质量、温度、热辐射等数据,通过分析发现:
  1、热辐射条件下润滑油膜的蒸发过程分为缓慢蒸发阶段、急速蒸发阶段和蒸发凝胶阶段,在稳定蒸发阶段,油膜的质量损失速率几乎保持恒定,且在该阶段的油膜质量损失速率(m)"与油膜表面接收到的净热流密度qnet、油膜厚度δ呈正比例关系,与试验板的导热系数λ呈反比例关系,并且(m)"与qnetδ/λ呈线性关系。
  2、研究了润滑油/汽油油膜蒸发特性的热传递机理,混合油膜的蒸发过程分为三个阶段:瞬态加热阶段,平衡蒸发阶段,蒸发凝胶阶段。在初始阶段,混合油膜的质量损失速率(M)1"与掺混比例α呈正比例关系,并得出(M)1"与eαQallδ/λ存在正比例的线性拟合关系;混合油膜在平衡蒸发阶段的试验特性与润滑油膜类似,但该阶段的质量损失速率(M)2"随着掺混汽油比例的增加而降低,结合相关理论以及数据分析,得出(M)2"与(1-α)Qnetδ/λ存在线性耦合关系,且该阶段的净热流量对拟合关系存在重要的影响。
[硕士论文] 龚震
动力机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:增压直喷汽油机的超级爆震现象是热点自燃和未燃混合气爆轰引发的,实现扫气可降低缸内热负荷、清除爆震诱发源,从而抑制超级爆震。论文就不同发动机结构和DVVT策略对扫气的影响进行了仿真分析,并就DVVT对燃烧的影响进行了试验研究。结果表明:位于气缸中心且较浅的活塞凹坑,进、排气门阀座倒角为45°,可加强扫气气流,较少的新鲜充量直接流入排气道,扫气得到优化喷油器和火花塞容积很小,对扫气影响非常小。IVO对扫气的影响远大于EVC;气门叠开角越大并且越早出现,越利于实现高效扫气;将最优的结构和DVVT策略结合,扫气效率和清除颗粒物比例分别可达99.5%和61.7%,最少的高温废气和颗粒物进入下一循环燃烧,超爆发生的可能性最低。IVO对燃烧的影响远大于EVC,随着IVO提前,进气压力和喷油量增加,点火时刻和燃烧相位推迟,功率、燃烧压力、油耗率、燃烧持续期长短和排温增加。在较早的两种IVO时刻下,随着EVC推迟,进气压力、喷油量、功率、油耗率、燃烧压力和排温均增加,燃烧持续期缩短;在较晚的三种IVO时刻下,随着EVC推迟,燃烧特性基本不变。IVO对扫气和燃烧起到了决定作用,扫气优劣是决定燃烧的一个关键因素。组织高效扫气能够抑制超爆并提升动力性,因此扫气对改善汽油机性能意义重大。
[硕士论文] 张梦圆
动力机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:当前传统内燃机正朝着更高压力、低火焰温度和稀薄燃烧等方向发展。作为第四种物质聚集状态,等离子体可与燃料分子碰撞,产生高温和催化效果以加速燃料氧化,有效缩短点火延迟时间,提高火焰传播速度,从而实现强化点火和助燃的目的。本文通过数值模拟平台对等离子体对甲烷/空气点火和燃烧特性的影响进行研究,主要研究内容和结论如下:
  首先,利用开源CFD软件OpenFOAM,根据需求进行子模块自主编程,从软件理论基础、组成和应用等方面进行介绍,建立对冲层流预混模型并分析燃烧过程。结果显示:等离子体分布与甲烷燃烧过程关系密切,促进点火和助燃。
  其次,以详细的化学反应机理GRI-MECH3.0为基础,利用化学反应动力学软件CHEMKIN探究等离子体种类和浓度变化对甲烷燃烧过程中的点火延迟、燃烧特性和放热率变化的影响规律。结果表明:等离子体的加入有助于缩短点火延迟时间、提高缸内最高压力和温度,并且O自由基的作用效果优于H。通过比较浓度分别为0.5%、1%和1.5%的自由基O对甲烷燃烧特性的影响,表明增大O浓度可以使缸内燃烧温度和压力升高,促进燃烧反应进程,但O浓度过大对点火助燃效果提升不明显。自由基的加入会使着火时刻提前,各分区之间的放热间隔减小,放热过程更加集中。
  最后,在上述燃烧机理的基础上,耦合天然气与臭氧(O3)反应机理并作适当简化,探究了微量添加剂O3对天然气HCCI发动机燃烧特性的影响,并在一定臭氧浓度条件下研究进气压力、压缩比等初始参数变化对燃烧特性和排放特性的影响规律。研究表明:加入臭氧可明显改善发动机燃烧特性,缩短点火延迟时间并提高温度和压力峰值。在O3浓度为40ppm条件下,提高进气温度、进气压力和增大压缩比均可使着火时刻提前,但当量比升高会推迟着火时刻。此外,增大臭氧浓度和提高进气温度会使NOx生成量大幅上升。
[硕士论文] 齐景晶
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:能源危机和环境问题使节能环保成为内燃机发展的主题。缸内直喷技术(GDI)配合可变气门正时技术(VVT)和废气涡轮增压技术是被认为最有前景的技术,可以实现汽油机的高效清洁燃烧。
  本文基于某配有DVVT的1.5T缸内直喷汽油机,利用试验台架和三维数值模拟方法,研究了在气门开启持续期不变的情况下,该发动机在2000r/min时,不同进排气VVT策略对发动机缸内流场、燃油雾化、燃烧过程和排放的影响。
  在发动机台架上以原机气门正时为零点。调节进、排气VVT,以最佳燃油消耗率为目标。结果表明,当将原机的进气门正时推迟时,发动机的燃油消耗率先减小,后增大,但是均要小于原机,同时扭矩也下降。当将排气门正时正时改变时,提前开启排气门可以使得发动机油耗降低,但功率也会随之下降;延迟开启排气门会使发动机的油耗恶化,而扭矩并无明显改善。
  在CFD软件中,独立调节进气门1或者排气门1的正时,使两个进气门(或排气门)的正时不同步,实现非同步气门正时。结果表明,采用非同步排气门止时时,缸内的流场与原机均不同。湍流动能均呈现“三峰”变化,而且缸内的平均湍流动能均大于原机的(排气门1提前20℃A开启时变化最大),缸内的气体的平均流速均大于原机,并使得燃油蒸发加快,在上止点时缸内的混合气更加均匀,但会使得缸内的残余废气质量增大。综合考虑排放和爆压,排气门1提前20℃A开启有很大的动力和排放优势。
  将进气门1的正时延迟或者提前后,非同步进气门正时下缸内流场的变化更加复杂。在进气行程,非同步进气门正时下缸内的平均湍流动能均略大于原机的。但是在压缩行程进气门1延迟20℃A开启使缸内湍流动能小于原机。非同步进气门正时下的滚流比要略大于原机的,且在进气行程时,滚流比峰值出现的位置要略早于原机。进气门1延迟20℃A开启也使燃油蒸发率要小于原机。非同步进气门正时下缸内的残余废气质量与原机相差不多,但是其燃烧速率会明显小于原机。在排放方面,进气门1提前20℃A开启使NOx排放优于原机,CO排放较原机差;而进气门1延迟20℃A开启时的排放则与之相反。
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