CNG燃料发动机瞬态性能仿真分析开题报告
2020-02-19 22:28:24
1. 研究目的与意义（文献综述）
汽车工业的快速发展给人们的生活带来了极大便利，但同时也带来了石油危机和严峻的环境污染问题。面对石油资源的日益短缺，各国学者都在积极研究寻找清洁的代用燃料。其中，天然气因其资源丰富、燃料费用低、燃烧热值高、安全性强、经济效益好的众多特点，受到了广泛关注。天然气汽车按汽车的种类和使用情况可分为三种，即单一燃料天然气汽车、两用燃料天然气汽车、和双燃料天然气汽车。天然气主要成分为以甲烷为主的烷烃，因此燃烧热值较高，但是由于其为气体燃料，没有吸热汽化过程，且在进气过程中需要占据较大体积，导致进气充量下降，动力性降低，需要进行优化。本文旨在利用gt-power建立某cng发动机仿真模型，完成瞬态工况设置，输入不同混合比的替代燃料后对发动机的动力性能和排放性能进行对比分析。
在国内，有很多学者已经对相关课题进行了一些研究工作。长安大学阿里·古巴提[4]通过台架试验进行了针对lng/柴油双燃料汽车开展的发动机性能与控制技术的研究。山东理工大学马镇镇[9]利用gt-power软件建立发动机仿真模型，研究了不同压缩比、点火提前角等参数下对天然气发动机的影响规律。昆明理工大学朱明[13]则利用gt-power和converge研究了气道喷射位置、天然气分层形式对燃烧与排放特性的影响。边志鑫等[1]利用gt-power软件建立了柴油/煤层气混合燃料发动机仿真模型，分析了不同工况下煤层气替代率对发动机燃烧过程、排放特性的影响。张飞等[2]利用gt-power软件对cng单燃料发动机模型进行模拟，对模拟产生的动力性下降进行研究分析。张德福等[3]基于gt-power仿真环境，分析不同替代率下混合燃料对发动机的动力性和排放特性的影响。卢瑞军等[5]以一款cng发动机为平台，进行甲醇发动机前期开发的性能研究，实现甲醇发动机的燃油经济性和动力性的最优化。张承维等[6]利用gt-power建立了柴油-天然气双燃料发动机仿真模型，研究燃料替代率和喷油提前角对发动机可靠性和排放的影响。邵毅明等[7]选用四种具有代表性的天然气作为研究对象，建立单缸点火cng发动机仿真模型，运用gt-power进行模拟计算。刘廷等[8]建立车用cng发动机仿真模型，并对增压发动机的点火提前角进行优化，对压缩比和过量空气系数进行计算分析。熊树生等[10]建立天然气掺氢发动机仿真模型，进行过量空气系数和点火提前角与燃用不同掺氢比例的hcng关系的模拟研究。李垂孝等[11]建立当量比发动机一维仿真模型，研究不同egr率对当量比燃烧的天然气发动机不同负荷燃烧规律的影响。孙晓娜[12]利用gt-power搭建了天然气发动机的仿真模型，分析了配气相位对天然气发动机充量系数的影响。姜伟等[14]利用gt-power和converge建立了天然气发动机耦合仿真模型，研究了进气富氧与egr对天然气发动机性能的影响特性。黄勇等[15]提出了一种汽油/cng两用燃料的开发方案。
在国际上，各国学者也进行了大量研究工作。amir hasan kakaee等[16]研究了燃油组分对天然气发动机燃烧与排放特性的影响。xiaoqiang liu等[17]通过试验测量和数值模拟研究了各工况下空燃比对碳氢排放的影响。yan qin等[18]通过gt-power建立cng发动机模型对天然气发动机压缩比和爆震进行了研究。yongqiang han等[19]通过研究建立orc-fpc系统来利用cng内燃式压缩机产生的废气余热。muhammad yusri ismail等[20]通过gt-power建立cng发动机仿真模型，进行了其与de发动机性能和排放的对比分析。putera adam azman等[21]通过建立一维仿真模型分析了燃油-天然气双燃料发动机的排放特性。
2. 研究的基本内容与方案
研究的基本内容为复习发动机原理、设计主要理论，复习并深化工程热物理理论。学习gt-power软件，熟练掌握其功能和使用方法，学习并建立cng发动机仿真模型，并完成瞬态工况设置，通过输入不同混合燃料比进行不同燃料动力性和排放性的计算与对比。
具体内容安排如下：
利用校内图书馆和网络资源，查阅相关文献，学习并掌握cng发动机知识要素和试验研究方法。
3. 研究计划与安排
| 周 次【2019】 | 工 作 内 容 |
| 毕业实习周 （2019.1.6~ 1.18） | 赴校外实习、搜集设计资料，并提交实习日记、实习报告。 |
| 毕业设计预备周 （2019.1.3-2019.1.18） | 确定指导教师人选，对未选好导师的学生进行调剂分配。确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料。 |
| 1~ 2 （2.18~3.1） | 学生提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。 |
| 3~ 4 （3.4 ~ 3.15） | 进行外文翻译，并提交外文翻译译文。 |
| 5~ 6（3.18~ 3.29） | 设计类，下达绘图任务，开始绘图。 研究类，制定试验方案或下达编程任务，开始试验及编程。 |
| 7~ 8（4.1~ 4.12） | 继续完成绘图、试验或编程任务； 撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）。 |
| 9 ~ 11（4.15~ 4.26） | 完成绘图、试验或编程； 完善毕业设计说明书、毕业论文； |
| 12（4.29~ 5.10） | 网上提交毕业设计说明书、毕业论文、绘图等附件材料； 提交答辩申请。 |
| 13~14（5.13~ 5.24） | 教师审阅毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）和（图纸），审查确定学生答辩资格并予以公示。 |
| 15（5.27～5.31） | 根据评阅意见修改毕业设计说明书、毕业论文，并网上提交；准备答辩PPT。 |
| 16（6.3~ 6.7） | 毕业设计答辩。 |
| 备注： | 此表是拟定时间。如有变化，以实际为准。 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 边志鑫，沈洋，王进超.基于gt-power的柴油/煤层气混合燃料发动机燃烧与排放性能研究[j]. 煤炭技术,2016,35(4):298-300
[2] 张飞，严朝勇，张国辉等.基于gt-power的柴油机改cng发动机对比研究[j].机电工程技术,2015,44(7):118-220
[3] 张德福；黄春焱；赵景亮等.基于gt-power的双燃料发动机性能仿真研究[j].中国修船,2018,31(2):1-4
