基于流场结构特征识别的高膨胀比径流涡轮流动损失分析及参数化优化

1

作者 徐冬 刘瑞 +2 位作者 杨名洋 张慰 丁占铭 《车用发动机》 北大核心 2025年第3期1-8,39,共9页

涡轮负荷增加会强化激波结构,进而致使涡轮内部流动损失显著增加。探明高膨胀比涡轮内部激波导致的流动损失机制和规律对涡轮性能优化设计至关重要。开展高膨胀比涡轮内部关键流动结构损失定量分析的熵产识别方法研究,并基于该方法探讨... 涡轮负荷增加会强化激波结构,进而致使涡轮内部流动损失显著增加。探明高膨胀比涡轮内部激波导致的流动损失机制和规律对涡轮性能优化设计至关重要。开展高膨胀比涡轮内部关键流动结构损失定量分析的熵产识别方法研究,并基于该方法探讨某型自主开发高效增压器的高膨胀比涡轮流动损失分布特征和流动机理。研究表明,设计点工况下喷嘴内激波诱导二次流损失占涡轮总损失的80%,其中泄漏流和其他主要二次流结构在各工况下均为主导损失。膨胀比从2.8增加至4.0,泄漏流损失降低至38%,但激波损失占比从0.4%急剧增加至12.4%。基于上述损失规律与机制,结合涡轮性能的响应面代理模型,构建了高膨胀比涡轮局部参数化模型并实现参数化优化设计。结果表明,优化后的涡轮激波强度与诱导损失明显降低,涡轮效率相对提升了1.88%。 展开更多

关键词 高膨胀比 径流涡轮 激波 损失分析 参数化优化 响应面

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径流/混流涡轮性能及流动损失机理对比

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作者 倪庆明 薛颖娴 +3 位作者 杨名洋 丁占铭 吴新涛 邓康耀 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期271-278,共8页

针对径流涡轮高效运行域相对狭窄,无法适应发动机变海拔运行时对涡轮宽域高效运行范围的需求问题,结合试验和仿真方法对比分析了相同流通能力的径流涡轮与混流涡轮的性能特征与流动损失机理,结果表明:混流涡轮效率较径流叶轮全工况下平... 针对径流涡轮高效运行域相对狭窄,无法适应发动机变海拔运行时对涡轮宽域高效运行范围的需求问题,结合试验和仿真方法对比分析了相同流通能力的径流涡轮与混流涡轮的性能特征与流动损失机理,结果表明:混流涡轮效率较径流叶轮全工况下平均提高4.5%,且混流涡轮性能随着负荷变化的趋势更为平缓,全工况下效率变化范围较径流叶轮下降30%~50%.损失分布研究表明,混流涡轮在叶尖附近区域损失较径流叶轮下降约60%.流动机理分析表明,不同负荷下混流叶轮的气流角分布更为均匀,尤其是低负荷时叶尖附近的气流角较径流叶轮明显降低,叶尖泄漏涡的尺寸和造成的损失大幅下降,因而混流涡轮的低负荷涡轮性能明显改善,变工况适应性有效提高. 展开更多

关键词 径流涡轮 混流涡轮 损失分析 性能 流动机理

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机电复合增压技术研究进展综述 被引量：9

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作者 胡超 杨名洋 +2 位作者 邓康耀 邢卫东 张俊跃 《车用发动机》 北大核心 2019年第1期1-6,15,共7页

传统内燃机近30%的燃油能量被排气带走而浪费,因而高效的余热利用技术是实现内燃机节能减排的核心举措。机电复合增压是基于涡轮增压技术、具有较高潜力的内燃机余热回收技术之一,针对机电复合增压技术的国内外研究进展进行了详细分析... 传统内燃机近30%的燃油能量被排气带走而浪费,因而高效的余热利用技术是实现内燃机节能减排的核心举措。机电复合增压是基于涡轮增压技术、具有较高潜力的内燃机余热回收技术之一,针对机电复合增压技术的国内外研究进展进行了详细分析。阐述了现有机电复合增压技术的方案布局及其特点、适用范围,讨论分析了该技术与内燃机的匹配方法及控制策略研究进展,介绍了机电复合增压的主要部件(涡轮、压气机和电动机/发电机)研究概况,综述了机电复合增压技术在内燃机节能减排中的优势、发展趋势和须要重点关注的技术难点。 展开更多

关键词 内燃机 余热利用 机电复合 涡轮增压

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径流式涡轮出口旋流测量试验

4

作者 谢文平 薛颖娴 +2 位作者 张琨 邓康耀 杨名洋 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期471-479,共9页

高压级涡轮在非设计工况下由于叶轮高速旋转存在强旋流结构,该流场结构作用于低压级涡轮进口,进而导致低压级涡轮性能产生显著异化效应,该异化效应与旋流的形态相关性大,而现有研究未涉及涡轮出口旋流在不同工况的变化机制,基于自主设计... 高压级涡轮在非设计工况下由于叶轮高速旋转存在强旋流结构,该流场结构作用于低压级涡轮进口,进而导致低压级涡轮性能产生显著异化效应,该异化效应与旋流的形态相关性大,而现有研究未涉及涡轮出口旋流在不同工况的变化机制,基于自主设计的X-型二维恒温热线步进机构探明了高压级涡轮旋流的演化规律.结果表明:涡轮出口旋流形态强烈地依赖于膨胀比和转速,旋流强度随转速增加呈先减后增的非单调变化趋势,且在膨胀为1.1、速比为0.1时发生旋流方向逆转现象;此外,旋流轴向速度和周向速度呈现强耦合的关系.旋流强度与周向速度增加,导致轴向速度分布呈现尾流状(Wake-like)的特征.在脉冲来流条件下,涡轮出口速度波动与脉冲来流频率相同,随着脉冲频率的增加,轴向速度逐渐增加,最大增幅约为5%,但周向速度变化较小. 展开更多

关键词 两级增压 涡轮增效设计 出口旋流 脉冲来流

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两级可调增压系统涡轮级间性能耦合机制

5

作者 刘莹 卢炤凯 +3 位作者 杨名洋 潘镭 邓康耀 丁占铭 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期534-540,共7页

采用试验和三维计算流体动力学(CFD)数值仿真方法,研究了某重型柴油机两级可调增压系统中两级涡轮性能耦合作用规律与流动机理.两级可调增压系统中的低压级涡轮性能在涡轮级间耦合作用具有高敏感性.旁通阀关闭时,低压级涡轮性能在高负... 采用试验和三维计算流体动力学(CFD)数值仿真方法,研究了某重型柴油机两级可调增压系统中两级涡轮性能耦合作用规律与流动机理.两级可调增压系统中的低压级涡轮性能在涡轮级间耦合作用具有高敏感性.旁通阀关闭时,低压级涡轮性能在高负荷工况(膨胀比为2.40)时较该级涡轮独立运行工况提升约2.8%;旁通阀开启后,低压级涡轮气动效率急剧恶化,在小膨胀比工况时最高降幅达7.5%.进一步开展阀门状态导致低压级涡轮性能异化的机制分析,结果表明:旁通阀关闭时,高压级涡轮出口旋流效应在低压级涡轮进口产生的流场分布抑制了叶轮叶尖泄漏流损失;但旁通阀开启后,旁通分支气流对该旋流的推挤和掺混作用导致低压级涡轮进口产生反向的强二次涡结构,蜗壳内部流动损失显著增加. 展开更多

关键词 重型柴油机 两级可调增压 涡轮 性能耦合

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双通道蜗壳径流涡轮的设计与流动机理研究 被引量：4

6

作者 刘云堃 杨名洋 +2 位作者 邓康耀 陈化 Ricardo Martinez-Botas 《车用发动机》 北大核心 2017年第1期8-13,共6页

低负荷下的扭矩对于小型发动机十分重要,其决定了汽车的驾驶性能。配有双通道蜗壳的涡轮已被证实在瞬态性能和气缸扫气方面具有极大优势。本研究通过数值方法,比较了不同部分进气条件下双通道径流涡轮的性能。设计了一个双通道径流涡轮... 低负荷下的扭矩对于小型发动机十分重要,其决定了汽车的驾驶性能。配有双通道蜗壳的涡轮已被证实在瞬态性能和气缸扫气方面具有极大优势。本研究通过数值方法,比较了不同部分进气条件下双通道径流涡轮的性能。设计了一个双通道径流涡轮,以达到某国外混流涡轮(带有可变喷嘴的涡轮A)的流通能力。借助软件ANSYS-CFX,采用稳态数值模拟方法来实现全部进气和部分进气条件下涡轮的性能预测。基于不同进气条件(叶根进气HI和叶尖进气SI)的性能比较结果进行流动机理分析。结果显示SI比HI具有更好的性能,且传递到叶轮的流动在通道内产生了完全不同的涡流结构。对于HI进气,产生于叶轮叶根处的涡流逐渐迁移到叶尖区域,而SI进气正好相反,这即是HI进气较SI进气具有更高流动损失和更差性能的原因。 展开更多

关键词 涡轮增压 径流涡轮 双通道蜗壳 部分进气 流动分布 仿真

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基于X型恒温热线风速仪的径流涡轮入口旋流试验研究 被引量：2

7

作者 周识略 邹泽成 +3 位作者 杨名洋 丁占铭 黄敏 刘莹 《车用发动机》 北大核心 2022年第5期74-79,共6页

两级可调增压系统具有高度结构紧凑性,系统间存在气流相互干涉产生的强耦合作用,从而导致涡轮性能发生变化。从可调两级增压系统级间流场测量手段展开论述,详细探究了涡轮入口流场测量方法,设计了一种基于X型恒温热线风速仪的全自动步... 两级可调增压系统具有高度结构紧凑性,系统间存在气流相互干涉产生的强耦合作用,从而导致涡轮性能发生变化。从可调两级增压系统级间流场测量手段展开论述,详细探究了涡轮入口流场测量方法,设计了一种基于X型恒温热线风速仪的全自动步进测量方法,测量了35°旋流发生器在径流涡轮入口处产生的旋流。测量结果表明,随着质量流量的改变,旋流角的大小与旋流发生器叶片偏转角度保持一致,稳定在35°~36°之间,旋流的轴向速度与切向速度变化趋势相同,由管壁向管道中心逐渐增大且在圆心处增加至最大。该研究验证了X型二维热线测量涡轮入口旋流的可行性和精确性,为两级可调增压系统管内流动测量方法及管路结构优化设计提供了参考。 展开更多

关键词 流场测量 二维热线风速仪 旋流 两级可调增压

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用于增压器涡轮瞬态特性试验的脉冲发生器设计研究

8

作者 刘国良 诸葛伟林 +1 位作者 杨名洋 张扬军 《车用发动机》 北大核心 2012年第4期6-9,共4页

针对汽油机排气脉冲压力波特点,研制了在增压器试验台上模拟汽油机排气压力波的脉冲发生器,对脉冲发生器进行了试验验证,测量了对应于汽油机不同转速工况下脉冲发生器产生的脉冲压力波形。结果表明,该脉冲发生器可以很好地模拟汽油机的... 针对汽油机排气脉冲压力波特点,研制了在增压器试验台上模拟汽油机排气压力波的脉冲发生器,对脉冲发生器进行了试验验证,测量了对应于汽油机不同转速工况下脉冲发生器产生的脉冲压力波形。结果表明,该脉冲发生器可以很好地模拟汽油机的排气脉冲,为增压器涡轮瞬态特性试验提供了一种有效手段。 展开更多

关键词 涡轮增压器 试验台 脉冲发生器 瞬态特性 排气脉冲

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带喷嘴双通道混流涡轮的性能及流动损失机理 被引量：1

9

作者 薛颖娴 杨名洋 +2 位作者 魏江山 邓康耀 邢卫东 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期426-433,共8页

研究了带喷嘴双通道蜗壳的混流涡轮在不同进气条件下的涡轮性能,对比分析了近叶根进气和近叶尖进气两种部分进气工况下的流场分布,探讨了不同进气工况下的流动损失机理.结果表明:近叶尖进气和近叶根进气两种工况的流通能力相同,但后者... 研究了带喷嘴双通道蜗壳的混流涡轮在不同进气条件下的涡轮性能,对比分析了近叶根进气和近叶尖进气两种部分进气工况下的流场分布,探讨了不同进气工况下的流动损失机理.结果表明:近叶尖进气和近叶根进气两种工况的流通能力相同,但后者效率高1.5%~2.5%.损失分布分析表明,近叶尖进气和近叶根进气工况下蜗壳内流动损失基本一致,但前者喷嘴内损失较高,而后者叶轮内的损失高.流场分析表明,近叶尖进气时喷嘴进口气流攻角过大导致吸力面前缘发生高强烈流动分离而产生大范围高熵增,而近叶根进气时叶轮通道内产生大尺度的“旋风涡”并产生高熵增.这两个流通部件内的流场特征差别是不同进气条件下涡轮性能差异的产生机制.该研究为带有双通道蜗壳的涡轮气动优化设计提供了理论基础. 展开更多

关键词 混流涡轮 双通道蜗壳 喷嘴 不同进气条件 涡轮性能

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脉冲气流条件下离心压气机入口流场测量研究 被引量：1

10

作者 张恺悦 杨名洋 +1 位作者 舒梦影 邓康耀 《车用发动机》 北大核心 2020年第3期7-11,共5页

设计一种可用于压气机入口截面流场测量的高频响应全自动步进式测量装置,可使测量探针在入口任意截面的任意测点进行流场测量。将该测量装置配合一维热线风速仪探针,测量离心压气机入口截面的流场分布。将压气机入口剖面分为均布的54个... 设计一种可用于压气机入口截面流场测量的高频响应全自动步进式测量装置,可使测量探针在入口任意截面的任意测点进行流场测量。将该测量装置配合一维热线风速仪探针,测量离心压气机入口截面的流场分布。将压气机入口剖面分为均布的54个测点,径向均布9个测点,每个测点间隔9 mm,周向每30°进行一轮径向测量直至完成整周测量试验,从而获取整个截面的速度分布。测量工况分别为40000 r/min稳态工况近堵塞流量点、最高效率点以及20 Hz频率脉冲背压下近堵塞流量点。结果表明:脉冲背压工况下,离心压气机压比-流量曲线呈现围绕稳态特性的迟滞环;稳态工况下,离心压气机入口截面流场存在显著畸变,速度分布呈现明显的周向非对称性,出现180°~360°周向角范围的高速区;脉冲背压工况下,入口流场呈现较强的非定常特征:在排空段流场存在较强的周向非对称性,但该非对称性在充满段明显减弱。 展开更多

关键词 离心压气机 脉冲气流 流场测量

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船用低速二冲程柴油机机电复合增压技术影响机制研究 被引量：3

11

作者 胡超 杨名洋 +2 位作者 邓康耀 钱跃华 刘博 《柴油机》 2019年第5期21-26,共6页

基于一维数值仿真方法对某型船用低速二冲程柴油机展开机电复合增压技术的电机/发电机功率影响机制研究。研究结果表明:涡轮和压气机的效率是影响机电复合增压柴油机综合效率的关键因素;调节电机/发电机功率可以推动涡轮和压气机的运行... 基于一维数值仿真方法对某型船用低速二冲程柴油机展开机电复合增压技术的电机/发电机功率影响机制研究。研究结果表明:涡轮和压气机的效率是影响机电复合增压柴油机综合效率的关键因素;调节电机/发电机功率可以推动涡轮和压气机的运行工况点向最佳效率圈迁移,从而提高柴油机综合效率;通过应用机电复合增压技术可实现该机型全工况综合油耗降低0.5%~2.1%。 展开更多

关键词 船用低速柴油机 复合增压 电机/发电机 综合油耗

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高背压环境船用柴油机电辅助增压功率恢复 被引量：1

12

作者 王子仪 马泽泰 +1 位作者 杨名洋 邓康耀 《柴油机》 2022年第3期26-33,共8页

针对柴油机在水下高排气背压环境工作时功率下降问题,开展基于电辅助增压(electrically-assisted turbocharger,EAT)的功率恢复方法研究。构建高背压柴油机的性能预测模型并进行试验验证。对多种拓扑结构的电辅助增压方案进行对比研究,... 针对柴油机在水下高排气背压环境工作时功率下降问题,开展基于电辅助增压(electrically-assisted turbocharger,EAT)的功率恢复方法研究。构建高背压柴油机的性能预测模型并进行试验验证。对多种拓扑结构的电辅助增压方案进行对比研究,结果表明:电辅助增压拓扑结构选型和匹配优化主要受主增压器运行范围的制约。串联低压级电辅助方案能够优化柴油机高背压适应性,实现高背压工况较高的功率恢复水平。在0.135 MPa背压工况下可恢复至原机功率的90.9%,0.165 MPa工况恢复至88.1%,0.185 MPa工况恢复至84.9%。 展开更多

关键词 柴油机 高排气背压 功率恢复 电辅助增压

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机电复合柔性增压系统对柴油机性能影响的研究 被引量：1

13

作者 许康靖 邓康耀 +2 位作者 杨名洋 刘莹 吴新涛 《柴油机》 2021年第3期36-42,共7页

为解决传统涡轮增压发动机低转速增压不足和高转速排气能量未得到充分利用的问题,提出了可实现压气机和涡轮解耦的机电复合柔性增压系统。针对某重型柴油机建立了机电复合柔性增压系统仿真模型,计算分析了该系统对柴油机性能的影响规律... 为解决传统涡轮增压发动机低转速增压不足和高转速排气能量未得到充分利用的问题,提出了可实现压气机和涡轮解耦的机电复合柔性增压系统。针对某重型柴油机建立了机电复合柔性增压系统仿真模型,计算分析了该系统对柴油机性能的影响规律及关键因素。研究表明:该系统在中高转速工况系统综合效率最高可提升2.66%,原因主要在于涡轮发电系统回收利用了废气能量;通过控制涡轮转速可实现全工况最佳涡轮效率,优化后涡轮效率最高可提升1.2%;提高电动压气机功率能显著提升柴油机低速转矩,1100 r/min工况下转矩最大可提升24%,且系统综合效率和燃油消耗率均得到改善。 展开更多

关键词 机电复合柔性增压系统 柴油机 综合效率 转矩

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基于增压发动机耦合仿真的涡轮性能预测模型研究

14

作者 魏江山 薛颖娴 +2 位作者 杨名洋 马泽泰 邓康耀 《内燃机工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期70-76,共7页

针对发动机排气管来流条件下涡轮一维性能预测模型进行深入研究,建立脉动与空间不均匀来流条件下涡轮性能预测模型,该模型预测得到的涡轮流通能力与试验误差小于2.0%。将该模型与发动机性能预测模型耦合,开发增压发动机自主性能仿真软件... 针对发动机排气管来流条件下涡轮一维性能预测模型进行深入研究,建立脉动与空间不均匀来流条件下涡轮性能预测模型,该模型预测得到的涡轮流通能力与试验误差小于2.0%。将该模型与发动机性能预测模型耦合,开发增压发动机自主性能仿真软件,试验验证结果表明发动机整机的性能预测误差小于3.5%。基于该模型,进一步构建了涡轮与发动机耦合匹配方法,并通过双通道涡轮几何优化设计,实现了发动机功率提升2.7%,同时燃油消耗率降低1.6%。 展开更多

关键词 涡轮 增压发动机 一维模型 双通道 性能预测 一体化仿真

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波动高背压环境增压柴油机性能响应特性

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作者 向翰淳 马泽泰 +3 位作者 杨名洋 邓康耀 黄敏 刘莹 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期404-411,共8页

研究了波动背压对柴油机性能响应特性的影响,分析探讨了不同波动特征下性能参数的响应机制.结果表明:波动背压环境下,增压柴油机功率、增压压力、涡轮前排气压力及排气温度均随背压明显波动,呈现显著的迟滞环形状.背压波动周期和时均值... 研究了波动背压对柴油机性能响应特性的影响,分析探讨了不同波动特征下性能参数的响应机制.结果表明:波动背压环境下,增压柴油机功率、增压压力、涡轮前排气压力及排气温度均随背压明显波动,呈现显著的迟滞环形状.背压波动周期和时均值是影响性能响应特性的关键因素.波动周期缩短时,发动机功率、增压压力及涡轮前排气压力迟滞环由狭长状逐渐扩展,非定常度扩至3倍以上,非定常特征逐渐强化.背压时均值减小时,各性能参数在波动条件下的迟滞环呈膨胀趋势,低时均背压时非定常度为高时均背压的2.55倍以上,非定常特性明显加强.进气端性能参数对波动背压的响应明显滞后于排气端,前者非定常度为后者1.9倍以上,波动背压条件下发动机性能响应迟滞特征主要来源于增压器转动惯量. 展开更多

关键词 增压柴油机 波动背压 波动周期 时均背压

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船用低速柴油机贯入式排气管性能及损失机理研究

16

作者 段少远 邓康耀 +2 位作者 杨名洋 王真 钱跃华 《柴油机》 2018年第3期1-5,共5页

采用三维计算流体力学方法(CFD)对某型低速船用柴油机的贯入式排气管系统开展性能预测及流动损失机理研究。研究结果表明:支管相对贯入深度及其末端扩张角对管路系统压力损失系数有显著影响,损失随贯入深度增加逐渐降低,但存在损失最小... 采用三维计算流体力学方法(CFD)对某型低速船用柴油机的贯入式排气管系统开展性能预测及流动损失机理研究。研究结果表明:支管相对贯入深度及其末端扩张角对管路系统压力损失系数有显著影响,损失随贯入深度增加逐渐降低,但存在损失最小的最佳扩张角;流场分析显示,支管内气流与总管壁面相互作用形成的涡结构是支管几何结构影响流动损失的主要原因。 展开更多

关键词 船用低速柴油机 贯入式排气管 CFD 流动损失

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船用柴油机涡轮预测模型建模及工作过程耦合分析

17

作者 董思艺 王新权 +2 位作者 刘瑞 杨名洋 薛颖娴 《柴油机》 2023年第2期1-5,共5页

针对目前船用增压器计算模型把涡轮简化为当量喷嘴而不考虑涡轮内流动的不足,基于涡轮内流动相关几何特征参数建立预测模型,该模型考虑了涡轮不同部位流动的差异,具有更强的预测能力。采用Simulink建立涡轮一维预测仿真模型,并基于GT-Po... 针对目前船用增压器计算模型把涡轮简化为当量喷嘴而不考虑涡轮内流动的不足,基于涡轮内流动相关几何特征参数建立预测模型,该模型考虑了涡轮不同部位流动的差异,具有更强的预测能力。采用Simulink建立涡轮一维预测仿真模型,并基于GT-Power/Simulink对某型船用柴油机的工作过程进行耦合分析。仿真结果显示,采用涡轮预测模型后,整机工作过程计算模型仿真结果和实际更为吻合,能更好地指导工作过程优化和增压器匹配。 展开更多

关键词 柴油机 增压器 涡轮预测模型 喘振

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波动高背压环境下的船用柴油机性能

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作者 王子仪 马泽泰 +1 位作者 杨名洋 邓康耀 《柴油机》 2022年第2期1-6,共6页

针对波动高背压环境下的柴油机性能异化问题开展背压对柴油机性能影响规律研究,构建波动高背压环境的船用柴油机性能预测模型,并基于试验测量结果进行标定。基于该模型研究在不同背压环境下柴油机性能与关键参数的变化规律。结果表明:... 针对波动高背压环境下的柴油机性能异化问题开展背压对柴油机性能影响规律研究,构建波动高背压环境的船用柴油机性能预测模型,并基于试验测量结果进行标定。基于该模型研究在不同背压环境下柴油机性能与关键参数的变化规律。结果表明:高背压显著影响柴油机输出功率,在背压为165 kPa时降幅高达69%,且排温快速达到限制值;在背压波动工况下,柴油机性能及运行参数呈现出围绕准稳态性能的迟滞环特征,该非定常迟滞效应在波动周期及背压时均值降低时均明显强化。柴油机配气系统内流体的气动惯性及涡前能量对背压的敏感度差异是造成在背压波动工况下柴油机性能迟滞效应的原因。 展开更多

关键词 柴油机 波动高背压 性能异化 性能迟滞

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