参数对燃烧和传热特性的振动线性引擎发电机

文摘

一个振荡的线性引擎发电机(齐墩果)有可能克服热,机械,给出传统引擎燃烧遇到的不足。线性发动机活塞往复运动转换成电力,从而消除不必要的曲轴连杆和旋转运动。随着死点位置没有明确标识与曲轴引擎,线性发动机展品不同中风和压缩比每一辆自行车,应该管理不利事件像失败一样,快速的负载变化,overfueling没有飞轮的储能。此外,设备控制和管理策略是困难齐墩果相比传统发动机和取决于燃烧动力学事件影响翻译。在本研究论文,MATLAB®/ Simulink单缸的数值模型,机械弹簧辅助,2-stroke天然气燃料,点火的齐墩果研究提高耦合系统的感知。燃烧和传热特性的影响在翻译动力学和齐墩果的性能进行了分析通过使用Wiebe形式因素,燃烧持续时间和传热的相关性。Wiebe形式因素的变化揭示了有趣的见解译者耦合系统的动力学和热力学缸内。高翻译速度,加速度,和更高的传热速率的低燃烧持续时间。

1。介绍

紧缩的废气排放和温室气体发动机制造商规定的地方大压力满足监管和消费者的要求。此外,化石燃料的有限的资源和能源价格的上涨需要高效的替代引擎技术的调查1]。考虑这些挫折,最理想的发动机应该高效,耐用,便宜,和社会接受,而边际改善像复杂的控制,增加压缩比,可变气门压缩和高压燃油喷射是可用的。这些前沿技术特点的改进需要维持的范围要求。尽管许多研究人员认为,混合动力汽车是一个令人满意的解决问题的办法,他们仍然依赖传统曲轴引擎技术的功率密度和可靠性(2]。

的发动机效率、燃料灵活性,成本和复杂性,建议去新技术,能实现权力和消费者的需求。振荡的线性引擎发电机(齐墩果),将活塞的往复运动转换为电力,被认为是一种可行的选择实现权力和消费者的需求。翻译杆的运动决定仅仅是作用于它3]。此外,洋橄榄操作只在几个移动部件,也就是说,译者杆和机械弹簧。消除曲轴连杆的设计允许无限制的活塞运动,从而表现出不同的中风和可变压缩比每一辆自行车4,5]。

快速增长的原因和日益增长的兴趣在引擎中齐墩果调查研究社区规定如下:(我)结构简单:机械联系限制给出传统发动机的活塞运动中消除齐墩果的设计,从而减少移动部件的数量和复杂性的设计(2)低摩擦损失:减少移动部件的数量齐墩果设计减少摩擦损失的设备。此外,理想的齐墩果设计没有活塞侧向力诱导的曲柄滑块机构。更大比例的摩擦损失是由于活塞环摩擦损失(6](3)燃料灵活性:各种替代燃料用于燃烧在齐墩果小硬件改变(3](iv)高热效率:相对于齐墩果曲柄滑块引擎,具有更高的效率和更高的功率密度,由于减少了体重。此外,短期居住的活塞上死点中风(TDC)和更快的扩张有利于减少传热损失,从而提高热效率(7](v)最小的振动:消除曲轴机械联系减少了部队和齐墩果系统时刻相关,从而削减了齐墩果的振动系统相比,发动机曲轴。然而,所有的齐墩果配置,配置以同样的活塞对置活塞大众喜欢最小的振动所带来的好处,而单缸齐墩果是更容易振动(5,7]。双气缸的振动配置躺在单缸和对置活塞之间的配置。然而,对于单活塞和双活塞洋橄榄配置,平衡问题由于安装发动机需要解决

尽管齐墩果技术被认为是一个可行的选择更换曲轴技术,有一定的挑战与此相关技术:(我)开始:齐墩果不能调,就像传统的曲轴引擎,需要特殊的方法来启动。大多数洋橄榄设备启动发电机作为电动机运行,直到达到所需的压缩比(5](2)不点火:由于没有飞轮,快速负载变化和无能将影响译者动力学为即将到来的中风和最终导致发动机的停止8](3)设备控制:齐墩果展览周期循环变化,误时的燃油喷射和点火结果等不利事件发展的无能和摊位7]

基于上述分孰优孰劣的齐墩果,许多调查单和双筒类型已发表(3,5,7- - - - - -9]。在目前的调查,单缸设计辅助机械弹簧使用数值模拟研究。

2。报道洋橄榄原型

的想法最初自由活塞发动机的发展归功于佩斯卡拉,他于1922年开始他的工作,开发出第一个佩斯卡拉压缩机基于SI燃烧1925年和第二佩斯卡拉压缩机根据CI燃烧1928年(10,11]。一个广泛的理解在齐墩果技术的发展世纪,Aichlmayr编译事件的完整时间线(12]。

1995年,卡拉汉等人从德克萨斯大学评估的范围自由活塞发动机作为辅助电源的混合动力电动汽车不同的引擎和发电机配置(13]。根据他们的发现,量身定做的观察带来的效率提升交流发电机发电机的基础上翻译速度剖面。1998年,奈杰尔·克拉克等人从西弗吉尼亚大学(西弗吉尼亚大学)发表的两个研究论文涉及线性发动机的基本分析和实验验证。第一篇论文描述翻译动力学的建模使用牛顿第二定律和瞬时热量放出,除了使用奥托循环5]。最后的二阶微分方程是解决分析活塞运动速度,揭示重要见解译者动力学。成功的原型的插图由西弗吉尼亚大学研究小组在1998年图所示1。

第二个出版物描述了原型模型由现成的组件和操作在二冲程,火花点火燃烧周期允许的最大压缩比8:1。有用的输出功率为316 W是通过稳定运行的引擎开发(14]。

同时,范Blarigan等人从桑迪亚国家实验室(SNL)调查的使用均匀电荷压缩点火(HCCI)与一个广泛范围的燃料不同的化学计量比和初始温度(15]。在HCCI情况下观察到显著的性能改进。相同的研究后,氢燃料HCCI燃烧是化学动力学建模使用单一区域[16]。迭代模拟显示快速HCCI燃烧和提高热效率降低相比于传统的曲轴发动机排放。

在2000年,一家德国公司,FEV引擎技术,探索了几个辅助电源混合动力系统和确定洋橄榄引擎是一个可行的选择与参考替代燃料电池成本和效率(17]。2002年,Shoukry从西弗吉尼亚大学从事四冲程齐墩果的概念,通过建立详细的模型。综合模型分析了化学计量比的重要性,摩擦,翻译质量,系统的几何,注入时机对频率和发动机热效率(18]。2002年,Van Blarigan在KIVA SNL研究团队开发了一个loop-scavenged系统软件和旨在清除参数的优化来最大化性能(19]。

在2003年,澳大利亚公司Pempek系统。有限公司展示了他们的第三个原型引擎发电机FP3。他们的出版物报道25千瓦自由活塞发电机系统热效率为50%和93%的转换效率。此外,他们的设计包括特殊气体交换通道与传统港口设计(20.]。

从2007年开始,Mikalsen Roskilly从纽卡斯尔大学发表了一篇文章描述了一个全面审查的历史,发展,自由活塞发电机的应用(21]。在2009年,同一组从纽卡斯尔大学开发了一种计算流体动力学(CFD)模型来计算引擎废气排放从线性设备和评估一个同样比例的柴油发动机。在2010年,他们提出了他们的工作在调节活塞运动使用前馈的预测上死点位置为了控制燃料流量(22,23]。

丰田正在开发一个单缸,10千瓦,气弹簧辅助,对置活塞发动机作为辅助混合动力电动汽车电源。陪同出版物报道丰田作为补充信息(这里介绍9,24]。另一个LEA一直由Tatarnikov等人从莫斯科理工大学和产生16.87千瓦25]。

在西弗吉尼亚大学从2014年开始,研究人员开始一个新的考试旨在高频的发展,弹簧辅助原型作为热电联产(CHP)发电机在国内水平(26]。基于二冲程工作原型,天然气燃料,点火的单缸发动机辅助机械弹簧。原型开发的插图西弗吉尼亚图所示2。

这里提到的大多数洋橄榄原型使用二冲程热力循环。2002年,Van Blarigan在KIVA SNL研究团队开发了一个loop-scavenged系统软件和旨在清除参数的优化来最大化性能(19]。分析了不同的选项和for循环相比,hybrid-loop和单流式清除方法与不同的交付选项。CFD结果表明单流式清除低进气压力达到最佳几何引擎效率和排放特征(27]。2011年,毛泽东等人讨论了清除自由活塞发动机通过改变发动机的性能有效的中风,气门正时,进气压力。他们的模拟结果表明,更高的捕获和扫气效率获得了低生中风方面的结合比例较低的发动机进气压力,阀门重叠时间长(28]。

在这个调查中,气体交换过程是通过使用扫气和排气端口(29日]。扫气过程是受雇于清除端口的开启和关闭,而排气泄压过程是通过使用排气口的开启和关闭。这些扫气和排气端口开启和关闭的位置根据译者的地位。这些端口的位置和几何维度作为输入提供了数学模型。扫气的质量流率和排气过程建模通过使用理想气体混合模型基于压差法(26)和各自的进气和排气焓变提供了本文的数值模型部分。低效率由于清除气体交换过程分为燃料能源损失。尽管存在这些损失的轻微变化对本文提出的概念,他们不是足够重要引擎相比其他损失。

3所示。基本物理模型

类似于双气缸系统的基本分析(8),简化假设的基本模型是用于分析单缸发动机线性系统。单缸振荡的原理图线性发动机发电机(齐墩果)研究如图3。

一个振荡的线性引擎发电机(齐墩果)在图3包含四个主要组件:内燃机,线性电机,翻译杆,和机械弹簧。它工作的原则把线性活塞运动转换成电能通过使用线性电机集中安装。此外,译者杆和弹簧是唯一移动部件的运动系统和翻译杆决定仅仅是求和的力。让代表长度从发电机住房中点到汽缸,而代表了长度从发电机住房中点发动机活塞顶8]。假设翻译杆移动的距离x向左边,在任何时候,瞬时发动机汽缸体积可以发现使用上面定义的几何参数。 假设在发动机汽缸的压力当翻译零交流发电机住房中点(即匹配。,x = 0) and by modeling the expansion and compression, using polytropic equation yields in-cylinder pressure and cylinder pressure forces as shown in the following equations: 在(3)和(4),下标mp和共青团代表中点和缸,而条款γ、b和x表示比热比,圆柱孔,分别和翻译位移。

同样,弹簧力是由以下关系: 在(5),下标l r, spr和fl代表左和右相对于发电机住房的中点,弹簧和弹簧自由长度,而k表示弹簧刚度。对系统的基本认识,燃烧引擎遵循奥托循环。以下假设是整合的基本模型由于复杂性:(我)加法和拒绝的热量在顶部和底部死中心发生瞬间。(2)气缸的气体都被认为接受多变压缩和扩张。(3)工作产出仅仅是空间相关的配置文件的特点,由译者杆动力学的影响。

而瞬时加热和热拒绝只是基本了解翻译的动态,在即将到来的部分数值模型考虑更详细的版本的加热和热拒绝。提高翻译速度,缸内压力和系统效率的瞬时加热的假设。

与上面提到的假设,当活塞在上死点逆转方向(TDC)发动机汽缸,定容加热发生。通过使用封闭系统的热力学第一定律和理想气体状态方程,显示了供热以下方程: 在(6)和(7条款), , , ,P, V, T, R表示热量输入,油缸的质量内容,定体积比热,压力,体积,温度,和气体常数,分别。自加热发生在体积恒定,初始和最终数量是相等的。 在哪里代表翻译搬到达到的距离上死点的发动机汽缸。

用(8)(7)和重组最终压力产生以下方程: 通过多方关系和缸内压力在上死点,任何译者地位的缸内压力和气缸压力给出了以下方程: 利用牛顿第二运动定律,力平衡的二阶微分方程是写如下: 这个词包括摩擦工作和有用的交流发电机输出。简单的弹簧力压缩和扩张都由左和右弹簧力。的方程和介绍如下: 摩擦力包括活塞环摩擦力和粘滞阻尼力。假设活塞环摩擦力作为上下压差的函数的戒指。摩擦力提供相应的方程如下: 条款 , , ,b,代表压力低于活塞环,活塞环刚度力,轴向厚度活塞环,发动机缸孔,分别和翻译杆速度。摩擦系数计算基于布莱尔取决于发动机操作和几何的关系。 C,条款 ,和主要特征系数、波及体积和平均引擎在赫兹的频率。领先的系数在目前的调查被假定为0.06研究成果的基础上,德国航空航天中心(DLR) [30.]。

交流发电机输出假设工作空间配置文件,取决于译者杆速度。Aichlmayr在他的论文建议标准交流发电机工作概要线性自由活塞发动机(12]。以下表格的工作概要文件被选中目前调查。 工作振幅(A)与发电机匹配计算引擎的输出负载。结合所有的方程和用他们(12)产量(17)。力平衡的二阶微分方程(17)解决获得翻译动力学(即封闭的解。,翻译之间的关系位置、速度和加速度)。燃烧参数解释的变化数值模型中详细地描述。

4所示。数值模型描述

管理和控制的解释洋橄榄取决于复杂的数值模拟。虽然有多种方法来建模一个单独的子模型,模拟多个周期的操作所需要的总时间是由于高速计算和成本并不可行。例如,一个模型可以以不同的方式活塞环的摩擦特性。一个可能的方法是使用iteration-based雷诺兹水动力方程应用到多个区域在活塞环。然而,该方法计算昂贵和耗时。克服障碍,许多研究人员仅仅假设摩擦力作为活塞速度的函数和缸内和埋葬压力之间的压差。同样,已经取得了实质性的努力将一个健壮的和复杂的燃烧模型没有限制极端的尝试计算需求。

尽管fundamental-physics-based模型为齐墩果的操作和行为提供了有价值的感知,更现实的模拟包括高度复杂的加热,热量放出,交流发电机模型。自封闭的解决方案不太可能存在更详细的建模,基于MATLAB / Simulink模型开发理解线性发动机的行为特征。

就像在上面提出的基于物理模型,牛顿第二运动定律用于定义翻译动力学。以适应更准确的供热和传热的数值分析,表达的缸内压力阶差压方程,显示如下: 条款P, V, , , , , ,和表示压力、体积比热比,由于燃烧释放热量,汽缸壁之间的传热和天然气,入口焓,出口焓,分别和时间。进口和出口焓变依赖质量流率由于扫气和排气泄压过程中,温度,和特定的加热。扫气和尾气排放质量流率计算使用完美的混合模型,基于压差(26]。漏气损失也包括在焓损失流出气缸。

压缩天然气(CNG)被选中作为燃料的调查。具体在恒压和恒容热天然气成分依赖于温度和根据定义表。天然气的组分选择这次调查如表所示1。

一阶微分方程的传热发动机汽缸的所示(19)。这个词表示墙温度和假设活塞顶的温度都是一样的,墙,汽缸。墙的温度在当前调查改编自一个曲柄滑块可用西弗吉尼亚试验台。 对流传热系数()可以评估使用一些相关的经验公式定义的霍恩(31日,32],Woschni [33],Annand [34]。上面介绍的相关性为曲柄滑块驱动引擎。实证模型变量和不寻常的运动线性引擎并不可用,但给出模型可以适应一些信心。基本情况,霍恩热系数公式,而Woschni Annand公式是用于比较的调查。类似的比较采用双气缸和罗宾逊是重复的单缸设备(35]。霍恩的对流传热系数与几何参数和操作参数的关系提供了以下方程: 在(20.), , , ,和表示在 ,酒吧在K温度,压力,活塞平均速度在m / s,分别。条款 , , , ,和经验常数,其值是130,-0.06,-0.4,0.8,和0.8的顺序。

供热在燃烧室取决于复杂的压力波动态,火焰传播,淬火,提前点火,使工作流体的特征。线性发动机模拟详细化学动力学不能给准确的结果在合理的计算时间。进一步,与多个子系统和多周期的耦合系统建模、不可行的使用详细的化学动力学模型考虑计算时间和成本。克服障碍的计算时间和费用,基于时间的经验Wiebe函数模型被用于建模的速度燃烧(在目前的调查36]。此外,提前点火的潜力,把被忽视。 燃烧效率()是提供作为输入变量,从曲轴箱试验台调谐。这95%的燃烧效率是写实的,类似规模的天然气和获得了曲轴箱试验台实验。燃烧效率是自由活塞发动机系统中受到许多因素的影响,所以建模这篇论文研究的范围。进一步,Wiebe形式的变化因素和燃烧持续时间不是伴随着燃烧效率的变化,燃烧效率偏差的影响被发现小曲轴箱调查的基础上类似的大小。形式因素“a”、“b”时间Wiebe函数设置为5和2,分别为(36]。术语“”表示燃烧持续时间设置为1毫秒的基本情况。然而,燃烧持续时间的变化是研究在即将到来的部分本文的比较。燃烧的总热值(高压)电荷依赖燃料在燃烧室和等价的比例的混合物。

基于时间的Wiebe函数中的重要变量的预测燃烧(SOC)的开始。自齐墩果系统在当前勘探建模火花点火燃烧循环,开始燃烧预计通过火花代信号作为触发启动点火系统。火花控制器信号生成当翻译杆速度超过一个阈值。阈值速度提供作为控制器的输入变量,可以修改实现早期点火或晚点火或根据实验最佳点火。一旦触发火花,燃烧发生根据Wiebe热释放相关基于定义的形式因素和燃烧持续时间。

数值模型遵循相同的模型中的摩擦损失如前所述fundamental-physics-based分析部分。线性发电机发电机设计与永久磁铁与译者杆为了发电造成的往复运动燃烧的燃料。一个等效电路交流发电机线圈的方法用于定义的能量输出线性交流发电机。交流发电机力由两部分组成:电磁和接头的力量。电磁力建模为翻译速度的函数,而齿槽力是交流发电机的推力,需要克服从永久磁铁磁场的相互作用。它是作为输入提供的表从有限元分析获得不同的翻译职位。交流发电机的电磁力的关系提出了下列方程(37]: 这个词表示常数通量变化取决于译者杆位置。的重量控制器()尺度交流发电机力根据压缩比的变化。如果增加发动机的压缩比,更高的交流发电机力是应用,而发电机负载降低压缩比相应的减少。这个控制器体重力量洋橄榄系统操作目标压缩比在一定范围内,从而保证稳态操作。

齐墩果的稳定性是由翻译管理负载方程动力学与燃烧事件的管理。如果更多的净能量释放过程中燃烧比被损失和交流发电机,与所有其他条件不变的情况下,发动机将在随后的周期获得更高的压缩比。如果这个过程继续下去,将获得额外的能量系统和翻译速度中间冲程周期之前相比会更高。这是类似于存储更多的能量,高速度的往复式组件和飞轮在传统引擎,如果输出功率超过应用负载。

同样,如果燃料不足是交付给引擎或者燃烧效率差,在燃烧释放的热量减少,连续周期的压缩比降低。然而,实际的操作、管理和稳定的可变压缩比发动机线性依赖于大量的事件发生在整个alternator-engine-springs系统。优化控制线性发动机稳定运行的问题需要更多的研究。

5。MATLAB / Simulink仿真模型的结果

本文提出的建模结果表现出的变化的操作齐墩果Wiebe形式因素,燃烧持续时间,和传热参数修改。首先,介绍基本情况的仿真结果数据4- - - - - -9。基本情况,热释放和传热建模通过使用基于时间的Wiebe函数和霍恩的相关性,分别。输入和稳态参数表列出了基本情况2。

数据4和5解释单缸发动机线性发电机系统的动态特性。图4代表了译者杆速度的变化对译者位移。翻译的不对称特征速度图4是由于缸内燃烧力量的显性效应在译者动态系统。碎片的速度剖面,速度是相当小的,由于没有燃烧的力量。陡峭的自然速度剖面的死点解释短期居留的活塞在齐墩果死中心。图5显示了加速度对翻译速度的变化。陡峭的上升在上死点的加速度是由于燃烧起始一旦翻译速度超过阈值火花定时器速度。

翻译上的各种力杆在图绘制与时间6。传说中的“压力”这个词代表气缸压力作用于译者杆。很明显,汽缸燃烧力量主导下峰值部队(即。、机械弹力)4 - 5倍。外形奇特交流发电机部队在图6是由于两极的并列。由于机械弯曲视为简单的可压缩弹簧,弹簧力量本质上是正弦。基本情况的p - v图呈现在图7。

补充上面的情节了,热通量的变化与缸内温度如图8。仔细看看热流图8表明,热通量的快速增长是由于汽缸温度上升与燃烧热释放有关。的传热通量取决于瞬时可用面积,缸内温度和缸壁温度下降在膨胀冲程由于瞬时面积增加。此外,温度决定传热也遵循相同的趋势,直到开始排气和充电过程。

图9稳态的分项数字齐墩果能量平衡为一组操作变量。整个系统效率是近似输入16.48%与22%和39%的燃料缸内传热和废热能量损失,分别。圆柱体传热是第二个主要能量损失具有显著影响译者动力学和齐墩果系统重要的效率。燃料能源损失代表进气系统中的流动损失由于摄入和压差发动机汽缸,而燃烧损失表示损失与燃烧效率低下有关。如果缸内压力大于曲轴箱压力,然后燃料空气混合物流入曲轴箱,这称为漏气损失。这些漏气损失是基于压差法计算后关闭排气和进气端口。

5.1。Wiebe形式的变化因素

调查了解翻译的变化进行动态和性能不同Wiebe形式因素,同时保持所有其他参数不变(36]。进一步,它是极其重要的研究各种形式因素的值以得到一个好的匹配实验缸内压力的痕迹。燃烧燃料的质量分数定义为基于时间的Wiebe函数将永远不会达到统一。在给定的时间等于燃烧持续时间,地铁消防队小于团结的一个因素 。例如,在时间等于燃烧持续时间,如果“a”的价值是5,地铁消防队的数量对应于0% - -99.32%;同样,= 4,地铁消防队的数量对应于0% - -98.16%。“a”形式的变化因素是不伴随着燃烧效率的变化。规定的燃烧效率的模型,热释放速率的变化是使用质量分数燔照顾。形式参数扫描结果提供有趣的见解译者杆动力学和齐墩果系统的性能。

数据10- - - - - -17结果建模对不同情况下的变化形式因素。数据10和11代表的翻译速度剖面的变化形式“a”“b”变异和形式变化。增加“a”的形式因素增加了翻译速度由于质量分数增加燃烧接近统一,从而增加了缸内压力。另一方面,“b”的形式因素的增加降低了翻译速度。这是由于这一事实,在任何时间步骤,将烧毁的质量分数高对低形式“b”。It is evident from the mass fraction burned (MFB) profile plot for different values of form factor "b" which is shown in Figure12。例如,在时间步,63.3%的质量分数是燃烧形式“b”值为1.5,62.1%的质量分数是燃烧值为2.0,和60.2%的质量分数是燃烧值为2.5,分别。这些变化引起的地铁消防队的缸内压力和热释放率的变化。

作为翻译获得加速度的基于时间的分化速度,译者加速度也遵循相同的趋势。缸内压力的变化轨迹为不同值的形式因素“a”、“b”数据所示13和14。随着大众派系燃烧变得接近团结,放热输入随形状系数的增加,从而导致压力的增加和缸内温度。温度决定热流导致热通量遵循相同的趋势,从图可以看出15。同样,增加“b”的形式因素减少质量分数的价值随时烧步骤相比,较低的值的形式“b”。Further, the gradual rise in the MFB burnt at higher form factor "b" reduced the heat release rate, thereby reducing the in-cylinder pressures at higher form factors. The heat flux also follows the same trend and is provided in Figure16。齐墩果的主要损失系统的参数扫描研究Wiebe形式因素呈现在图17。传热损失增加了增加形式“a”由于高温相关值更高的“一个”。此外,略有增加与提高系统效率是观察Wiebe形式因素。

5.2。燃烧持续时间的变化

这个调查的燃烧特性的特点是使用Wiebe形式因素和燃烧持续时间。此外,燃烧持续时间的变化并不伴随着燃烧效率的变化。据推测,燃烧持续时间的减少会导致立即释放热量,从而提高系统效率。就像稳态参数表中给出2,许多稳定的解决方案是可能的成功操作齐墩果;这里介绍一个这样的解决方案。数据18- - - - - -22目前的仿真结果对不同燃烧时间。

图18显示了不同的变化速度剖面燃烧持续时间。更高的速度实现较低的燃烧持续时间。这是由于瞬时加热引起的快速上升的压力几乎恒定体积较低的燃烧持续时间。更高的燃烧持续时间、热释放率的上升是渐进的,而不是瞬时的。瞬时加热,实现更高的压力较低的燃烧持续时间和从图很明显19。高等翻译杆频率观察到较低的燃烧持续时间,这是明显的从图20.。

同样,较高的温度达到减少由于燃烧持续时间造成更大的传热速率,在图所示21。图22显示了齐墩果的重大损失的分布对不同燃烧时间。由于较高的缸内温度达到降低燃烧持续时间、高传热损失低燃烧持续时间。此外,瞬时加热由于低燃烧持续时间减少了排气热能损失,而增加了燃烧持续时间增加了排气热能损失的排气排水发生后中风。建模为一个函数的摩擦损失的翻译速度和燃烧持续时间的增加减少。从图22很明显,减少燃烧持续时间在一定程度上增加了整个系统的效率。降低燃烧效率进一步降低了整体系统效率将明显影响传热损失相比其他损失。在更高的燃烧持续时间、排气热损失更突出即使传热和摩擦损失减少。这种明显的效应排气热损失减少整个系统效率更高的燃烧持续时间。

5.3。传热变化相关性

数据23和24显示不同的传热的影响相关性用于定义洋橄榄系统热量损失。在这三个案例中,提高系统效率,降低热损失是观察霍恩相关性,而高温与Annand相关损失和低效率。热损失的差异与热力学关系,在缸内压力领域的异同,译者动力学上微妙的变化”。

6。摘要/结论

振荡的线性发动机发电机(齐墩果)已经研究了几十年的无情地由于在传统的曲轴引擎提供的好处。增加洋橄榄经营管理的理解,基本基于物理模型被描述。的协助下体格健美的数值模拟,参数进行了探索研究燃烧和传热特性对译者的影响动力学和齐墩果的性能。

燃烧特性的特点是使用Wiebe形式因素和燃烧持续时间。增加“a”的形式因素增加了质量分数燃烧接近团结,这进一步增加了翻译速度,汽缸压力,温度,传热速率。在相同的注意,低价值的形式“b”导致的最大质量分数燃烧在任何时间步相比更高价值的“b”,从而表现出压力和传热速率急剧上升。此外,略有增加与提高系统效率是观察Wiebe形式因素。

燃烧持续时间对翻译有强烈影响动力学、缸内压力,和齐墩果行为。翻译速度高、加速度、最大燃烧室压力上升的低燃烧持续时间。减少燃烧持续时间在一定程度上提高了系统效率。减少燃烧效率进一步降低了系统效率将明显影响传热损失相比其他损失。在更高的燃烧持续时间、排气热损失更突出即使传热和摩擦损失减少。这种明显的效果的排气热损失减少了系统效率更高的燃烧持续时间。

变化在传热计算建模通过使用霍恩Woschni, Annand的相关性。温和传热变化、缸内压力和气体温度被观察到的相关性都依赖于燃烧热释放,进一步依赖于燃烧时间和持续时间。

尽管存在只有一个正确的地铁消防队表示实验缸内压力曲线跟踪特定的弹簧刚度,至关重要的是研究各种形式因素的值为了得到一个好的匹配实验痕迹。进一步,如果特别设计的机械弯曲弹簧刚度的不同,不同的缸内压力的痕迹,并从本研究获得的结果将用于匹配的缸内压力曲线。即使没有获得实验数据在这一时刻,相信这次调查将添加一些价值对于那些正在调查频率越高齐墩果系统80赫兹以上频率运行尚未探索的许多研究人员。

7所示。未来的研究范围

最大的和有用的方向理解齐墩果的操作和战略控制是实验验证数值模拟得到的数据。这是主要的座右铭线性引擎西维吉尼亚大学的研究人员。燃烧和传热信息将来自齐墩果试验装置,用于研究偏差和差异在传统slider-crank-based实证模型用于建模。最后,传热和燃烧研究的优越性源于这个调查将提高发展中更健壮,现实和复杂的数值模型。

附录

参见图4- - - - - -24。

缩写

齐墩果:	振动线性发动机发电机
如果:	火花gnition
置信区间:	压缩gnition
西弗吉尼亚大学:	西弗吉尼亚大学
SNL:	桑迪亚国家实验室
HCCI:	均匀电荷压缩点火
CFD:	计算流体动力学
共和人民党:	结合热力和电力
TDC:	上面筒子,输入
BDC:	底含铅进入
经销商:	德国航空航天中心
地铁消防队:	质量反应的燃料缸
求得:	低发热

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究是在西弗吉尼亚大学的振荡进行线性发动机发电机(齐墩果)项目。它是由美国能源部arpa - e系列项目西弗吉尼亚大学(DE-AR0000608)。作者欣然承认能源部arpa - e资助这项工作的支持。作者也承认的支持和资金从西弗吉尼亚大学乔治·b·贝瑞椅子养老。

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