液氮發(fā)動機理論與實驗研究.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)動機的儲能介質有較高的能量密度;在其運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是液氮發(fā)動機可以對工業(yè)副產品之一的液氮進行優(yōu)化利用.本文以液氮發(fā)動機為研究對象,其工作以國家自然科學基金委福特基金第三期項目"氣動汽車發(fā)動機探索性研究"(No.50122115)、浙江省重大科技項目"壓縮空氣發(fā)動機研究"(No.021

2、101759)、國家教育部博士點基金項目"液氮發(fā)動機理論與實驗研究"(No.20020335079)為依托,在以下方面對液氮發(fā)動機進行了深入研究.第一、循環(huán)優(yōu)化分析:采用經典熱力學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深入研究了恒溫熱源-匾溫冷源和變溫熱源-恒溫冷源液氮發(fā)動機朗肯循環(huán)、布雷頓循環(huán)和斯特林循環(huán)的優(yōu)化和對比;著重研究了工質導熱率與熱機換熱器總導熱率之比對循環(huán)性能的影響、高溫側換熱器導熱率與低溫側換熱器導熱

3、率之比對循環(huán)功率的影響等內容;得到了一些對循環(huán)和系統(tǒng)設計具有現實指導意義的結論.第二、效率分析平臺:首次建立了液氮發(fā)動機效率評價平臺,其主要內容包括對實驗用液氮發(fā)動機開式朗肯循環(huán)效率進行了分析,將換熱器與發(fā)動機對效率的影響區(qū)分開來;對液氮發(fā)動機開式朗肯循環(huán)與液氮制取制冷循環(huán)復合循環(huán)的效率進行了分析,更加深入的探討了液氮發(fā)動機的經濟性;分析了液氮發(fā)動機循環(huán)的熱力學第二定律效率,并進行了(火用)損失分析;整體上揭示了液氮發(fā)動機效率的影響因素

4、.第三、工作過程建模和優(yōu)化:結合實驗數據,首次建立了應用于液氮發(fā)動機的變質量過程熱力學缸內進氣、膨脹、排氣過程數理模型.第四、實驗研究:首次對液氮發(fā)動機速度特性、負荷特性進行了研究,為基于運行工況的液氮發(fā)動機控制策略提供實驗依據;首次對進排氣相位對液氮發(fā)動機經濟性能和動力性能的影響進行了分析;通過實驗驗證了旋轉閥進排氣機構創(chuàng)新設計;通過實驗數據驗證了液氮發(fā)動機缸內膨脹變質量系統(tǒng)熱力學模型的正確性.本文研究成果證明,液氮發(fā)動機采用布雷頓循