液氮發(fā)動機(jī)理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨兩大問題,能源與環(huán)境.為此,人們不斷尋求高效、節(jié)能的清潔汽車動力.液氮發(fā)動機(jī)的儲能介質(zhì)有較高的能量密度;在其運(yùn)行中不會引入重金屬等二次污染;甚至可以成為城市凈化器;其最具吸引力的特點(diǎn)是液氮發(fā)動機(jī)可以對工業(yè)副產(chǎn)品之一的液氮進(jìn)行優(yōu)化利用.本文以液氮發(fā)動機(jī)為研究對象,其工作以國家自然科學(xué)基金委福特基金第三期項(xiàng)目"氣動汽車發(fā)動機(jī)探索性研究"(No.50122115)、浙江省重大科技項(xiàng)目"壓縮空氣發(fā)動機(jī)研究"(No.021

2、101759)、國家教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目"液氮發(fā)動機(jī)理論與實(shí)驗(yàn)研究"(No.20020335079)為依托,在以下方面對液氮發(fā)動機(jī)進(jìn)行了深入研究.第一、循環(huán)優(yōu)化分析:采用經(jīng)典熱力學(xué)研究了等壓再熱與等容再熱對循環(huán)功的影響;采用有限時間熱力學(xué)深入研究了恒溫?zé)嵩?匾溫冷源和變溫?zé)嵩?恒溫冷源液氮發(fā)動機(jī)朗肯循環(huán)、布雷頓循環(huán)和斯特林循環(huán)的優(yōu)化和對比;著重研究了工質(zhì)導(dǎo)熱率與熱機(jī)換熱器總導(dǎo)熱率之比對循環(huán)性能的影響、高溫側(cè)換熱器導(dǎo)熱率與低溫側(cè)換熱器導(dǎo)熱

3、率之比對循環(huán)功率的影響等內(nèi)容;得到了一些對循環(huán)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義的結(jié)論.第二、效率分析平臺:首次建立了液氮發(fā)動機(jī)效率評價平臺,其主要內(nèi)容包括對實(shí)驗(yàn)用液氮發(fā)動機(jī)開式朗肯循環(huán)效率進(jìn)行了分析,將換熱器與發(fā)動機(jī)對效率的影響區(qū)分開來;對液氮發(fā)動機(jī)開式朗肯循環(huán)與液氮制取制冷循環(huán)復(fù)合循環(huán)的效率進(jìn)行了分析,更加深入的探討了液氮發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性;分析了液氮發(fā)動機(jī)循環(huán)的熱力學(xué)第二定律效率,并進(jìn)行了(火用)損失分析;整體上揭示了液氮發(fā)動機(jī)效率的影響因素

4、.第三、工作過程建模和優(yōu)化:結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),首次建立了應(yīng)用于液氮發(fā)動機(jī)的變質(zhì)量過程熱力學(xué)缸內(nèi)進(jìn)氣、膨脹、排氣過程數(shù)理模型.第四、實(shí)驗(yàn)研究:首次對液氮發(fā)動機(jī)速度特性、負(fù)荷特性進(jìn)行了研究,為基于運(yùn)行工況的液氮發(fā)動機(jī)控制策略提供實(shí)驗(yàn)依據(jù);首次對進(jìn)排氣相位對液氮發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性能和動力性能的影響進(jìn)行了分析;通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì);通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了液氮發(fā)動機(jī)缸內(nèi)膨脹變質(zhì)量系統(tǒng)熱力學(xué)模型的正確性.本文研究成果證明,液氮發(fā)動機(jī)采用布雷頓循