注蒸汽涡轮增压系统的研究
A study of steam injected tubocharged system
本文提出了一种新型的改善涡轮增压柴油机低工况性能的方法:利用涡轮增压器的排气余热产生水蒸汽,在涡轮前注入涡轮增压器,由于水蒸汽在相同的温度和压力下具有比燃烧产物较高的比热,因此可以提高涡轮增压器的空气流量、压比、转速,进而改善涡轮增压器在低工况时与柴油机的匹配情况,可以克服涡轮增压柴油机在低工况时增压压力不足、燃烧不充分的固有特性,减小柴油机油耗率和排气污染,并且可以提高柴油机功率. 本文通过对注蒸汽涡轮增压柴油机循环的分析,建立了气缸、排气管、涡轮增压器、中冷器、蒸发换热器的热力计算模型.并对具有不同压比的不同的涡轮增压柴油机进行了注蒸汽后的热力学计算和分析.并针对某一型涡轮增压柴油机进行了不同汽气比(蒸汽质量流量与燃气质量流量之比)和水蒸汽温度的热力学分析和计算,分析了注蒸汽对不同工况下的涡轮增压柴油机的压比、空气流量和转速影响,并分析了对涡轮增压柴油机的油耗率和功率的影响. 本文简介了计算三维流场、温度场的数值计算方法,建立了计算注蒸汽涡轮增压柴油机排气管内气体流动的三维数值模型,采用κ-ε方程模型建立了三维控制方程组,推导出离散表达式.经过三维数值计算,给出了涡轮前的排气管注水蒸汽后排气管内气体混合及混合气体中速度、静压、总压、温度、水蒸汽组分的分布. 本文介绍了注水蒸汽系统的原理和基本结构,并对注水蒸汽的涡轮增压器与柴油机的匹配进行了研究.对某型涡轮增压器进行了计算,得出了不同汽气比时的涡轮流量特性曲线和效率特性曲线的变化. 本文针对应用于注蒸汽涡轮增压柴油机系统的蒸发换热器进行了研究,认为采用光面板翅式结构是可行的.建立了板翅式蒸发换热器的数学模型,给出了其计算公式.相对应某注蒸汽涡轮增压柴油机,设计了应用于此柴油机的板翅式蒸发换热器.对矩形窄通道板翅式结构进行了热力学分析. 建立了注蒸汽涡轮增压柴油机试验台,进行了首次涡轮前注蒸汽试验,得出了不同柴油机工况下,不同水蒸汽流量和温度对涡轮增压器的压比、空气流量、压气机后空气温度、膨胀比、涡轮增压器转速、柴油机油耗率的影响,并进行了分析.
- 作者：
- 陆犇
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 轮机工程
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2003年
- 导师姓名：
- 闻雪友
- 关键词：
- 柴油机；注蒸汽；涡轮增压柴油机
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