自由活塞内燃发电系统换气过程研究

《自由活塞内燃发电系统换气过程研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、自由活塞内燃发电系统换气过程研究姜一通2015年01月中图分类号：TK441UDC分类号：621.4自由活塞内燃发电系统换气过程研究作者姓名姜一通学院名称机械与车辆学院指导教师刘福水教授答辩委员会主席马朝臣教授申请学位工学硕士学科专业动力工程及工程热物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年01月StudyontheScavengingProcessoftheFree-pistonEngineGeneratorCandidateName：YitongJiangSchoolorDepartment:

2、SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.FuishuiLiuChair,ThesisCommittee：Prof.ChaochenMaDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ThermalandPowerEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教

3、师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要自由活塞内燃发电系统（Free-pistonenginegenerator，FPEG）作为一种新型的动力装置，通过高效的转化方式，将燃料化学能转化为清洁的电能。其摩擦损失少、结构紧凑、能量传递路径

4、短等优点迎合了当前世界节能与环保的需要，是国内外研究的热点。本文以自然吸气式自由活塞内燃发电系统的换气过程为研究对象，开展了台架试验与数值模拟的相关分析。单缸怠速试验表明，自由活塞内燃发电系统在低速模式缸内燃烧并不稳定，呈现间隔循环着火。为了探究其原因，构建了系统CFD（计算流体力学）模型，对比分析了自由活塞内燃发电系统换气过程与传统二冲程内燃机换气过程之间的差异，通过计算解释了试验中着火不稳定现象，得到了换气过程中影响换气效果的关键因素是扫气箱容积变化率的结论。随后探寻改善自由活塞内燃发电机换气系统的设

5、计策略，在计算模型中进一步研究了动子直径、扫气箱容积、进气增压压力、扫气口比时面值以及排气口比时面值对换气过程的影响。研究表明：减小动子直径与缸径比、对进气增压能显著改善其换气效果，而扫气箱容积与排量比改变对换气效果影响不大；在既定参数设计范围内，设计扫气口比时面值时应有针对性地应向上界修正，排气口比时面值则应向下界修正。最后对运行工况变化对换气过程的影响进行了探索。研究发现，运行工况变化对换气过程的影响并不显著：系统运行频率加快，扫气效率略有降低而使燃料捕捉效率有所提高；压缩比增大，扫气效率略有提高而燃

6、料捕捉效率降低。关键词：自由活塞；内燃发电机；换气；扫气箱；计算流体力学；系统仿真IAbstractFree-pistonenginegenerator(FPEG),asanewpowerplant,convertschemicalenergyintoelectricenergybyanefficientway.Ithasattractedconsiderableresearchinterestforitslowmechanicalloss,compactstructureandshortenergytr

7、ansferpathwhichmeansenergyconservationandenvironmentalprotection.ThispaperfocusedontheresearchaboutscavengingprocessofFPEG.Theresearchmethodologywasbenchtestsandsystemsimulation.Theresultsofexperimentsshowedthat:thecombustionprocessofFPEGvariatedcycletocy

8、cleatlowspeedoperationconditionfortheinstabilityofscavengingprocess,howeverintraditionalmodetheenginethatweusedperformedverywell.InordertoanalyzethedifferencesbetweenFPEGandtraditionaltwo-strokeengineonscavengingpro