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自由活塞发动机电动压气机优化及熵产分析 被引量：3
1
作者 陈雪康 施新 胡晨星 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期78-86,共9页
为了使设计工况下匹配的增压器性能更优从而提高系统能量利用率,针对自由活塞发动机匹配的电动压气机,采用遗传算法对原压气机进行了优化,研究了优化前、后压气机内部流场特性,以熵产分析的方法量化了3种不可逆因素导致的流动损失,并将... 为了使设计工况下匹配的增压器性能更优从而提高系统能量利用率,针对自由活塞发动机匹配的电动压气机,采用遗传算法对原压气机进行了优化,研究了优化前、后压气机内部流场特性,以熵产分析的方法量化了3种不可逆因素导致的流动损失,并将优化前、后压气机熵产和涡度分布对比分析,进一步明确了压气机的优化策略.结果表明:叶轮和扩压器中湍流耗散、传热耗散和黏性耗散的比例近乎为6∶3∶1.不可逆损失主要集中在叶顶间隙和叶片压力面,损失来源为间隙泄漏流与部分主流掺混形成的反向涡团.压壳中湍流耗散占比超过85%,具体表现为局部损失和沿程损失.优化后压气机等熵效率提高了6%,流道内涡团的范围、幅值大幅减小,不可逆流动损失降低.上述工作揭示了压气机流场中不同耗散机制的不可逆因素对能量损失的影响机理,为压气机气动优化设计提供指导. 展开更多
关键词 自由活塞发动机 电动压气机 不可逆流动损失 熵产 涡度
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水蒸气对微型氢气HCCI自由活塞发动机燃烧和NOx排放特性的研究
2
作者 马仪 黄学良 +2 位作者 伏军 袁文华 吴逸峰 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3998-4006,共9页
为了解决微型均质压燃自由活塞发动机燃烧温度和压力过高、尾气排放氮氧化物浓度高的问题,采用数值模拟的方法,建立微型均质压燃自由活塞发动机的数值模型,并通过与试验结果的对比验证模型的正确性。在此模型基础上,以水蒸气为稀释剂,... 为了解决微型均质压燃自由活塞发动机燃烧温度和压力过高、尾气排放氮氧化物浓度高的问题,采用数值模拟的方法,建立微型均质压燃自由活塞发动机的数值模型,并通过与试验结果的对比验证模型的正确性。在此模型基础上,以水蒸气为稀释剂,研究燃料稀释和进气稀释对微型氢气均质压燃自由活塞发动机燃烧和氮氧化物排放特性的影响。研究结果表明:水蒸气的存在会延迟着火时间;在燃料稀释方式下,当稀释率由0增加至0.1时,最高燃烧温度降低145 K,最高压力降低1 MPa,氮氧化物排放浓度降低69%,但同时平均有效指示压力下降了0.11 MPa;而在进气稀释方式下,最高燃烧温度和氮氧化物排放下降的幅度较小,且最高燃烧压力呈现先增加后减少的趋势。因此,在降低燃烧温度、压力和氮氧化物排放方面,燃料稀释的效果较好,但发动机的做功能力会随燃料稀释率的增大而降低。 展开更多
关键词 均质压燃 自由活塞发动机 氢气 水蒸气稀释
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自由活塞发动机关键设计参数及其性能的仿真优化研究 被引量：21
3
作者 栾延龙 李理光 +3 位作者 王哲 邓俊 吴志军 吴旭陵 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期15-21,26,共8页
针对拟开发设计的用于混合动力汽车的自由活塞发动机-发电机系统,对其自由活塞发动机的关键设计参数(活塞组件质量、压缩比、点火提前角及其经济性和动力输出特性),进行了仿真优化研究。研究结果表明:经参数优化后的自由活塞发动机标定... 针对拟开发设计的用于混合动力汽车的自由活塞发动机-发电机系统,对其自由活塞发动机的关键设计参数(活塞组件质量、压缩比、点火提前角及其经济性和动力输出特性),进行了仿真优化研究。研究结果表明:经参数优化后的自由活塞发动机标定功率为7.42 kW,相比原机的标定功率提高了1.17 kW;最低燃油消耗率为313.4 g/(kW·h),相比原机节省燃油34%。 展开更多
关键词 内燃机 自由活塞发动机 设计参数 性能 模拟优化
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单活塞式液压自由活塞发动机运动特性研究 被引量：14
4
作者 苑士华 吴维 +1 位作者 胡纪滨 荆崇波 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期474-479,共6页
研究单活塞式液压自由活塞发动机运动特性。根据单活塞式液压自由活塞发动机样机结构,采用AMESim建立了发动机性能预测模型并进行试验研究,发动机性能预测结果与试验数据基本一致。单活塞式液压自由活塞发动机稳定工作时输出特性单一,... 研究单活塞式液压自由活塞发动机运动特性。根据单活塞式液压自由活塞发动机样机结构,采用AMESim建立了发动机性能预测模型并进行试验研究,发动机性能预测结果与试验数据基本一致。单活塞式液压自由活塞发动机稳定工作时输出特性单一,运动过程重复性好,循环过程不对称且压缩冲程较膨胀冲程耗时长。活塞运动加速度大,在上止点停留时间短。发动机压缩比可无级变化,其工作频率可控且受极限频率限制,输出流量具有间歇性特征且输出压力基本恒定。 展开更多
关键词 自由活塞发动机 柴油机 运动特性 试验研究
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液压自由活塞发动机——未来的动力之星 被引量：30
5
作者 杨华勇 夏必忠 傅新 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期353-357,共5页
液压自由活塞发动机是近 2 0年发展起来的新型动力 ,是一种有前途的车用特种发动机。本文首先介绍了该发动机的工作原理、结构类型、性能特点 ;其次分析了该发动机物理实现的关键技术问题、应用前景 ;
关键词 液压自由活塞发动机 内燃机 汽车
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液压自由活塞发动机动态特性的仿真研究 被引量：9
6
作者 夏必忠 张辉 +2 位作者 段广洪 傅新 杨华勇 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2005年第11期1331-1333,1386,共4页
液压自由活塞发动机(hydrau lic free p iston engine,以下简称HFPE)是将内燃机和液压泵集成为一体,以液体为工作介质实现动力非刚性传输的一种特种发动机。在左、右动力腔的交替驱动下,HFPE的活塞组件在腔体中作往复直线运动,同时泵出... 液压自由活塞发动机(hydrau lic free p iston engine,以下简称HFPE)是将内燃机和液压泵集成为一体,以液体为工作介质实现动力非刚性传输的一种特种发动机。在左、右动力腔的交替驱动下,HFPE的活塞组件在腔体中作往复直线运动,同时泵出液压油驱动负载工作。与曲轴式发动机不同,由于不受曲柄连杆机构的约束,HFPE活塞组件的运动规律完全取决于其本身的质量及所受到的作用力。本文通过建立所研制的HFPE样机各子系统的数学模型,重点研究了HFPE样机的动态特性,以期为系统的结构及控制系统提供理论依据。 展开更多
关键词 自由活塞发动机 液压 动态特性 仿真研究
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液压自由活塞发动机性能模拟的参数化研究 被引量：10
7
作者 朱涛 汪洋 +1 位作者 熊仟 张中 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2011年第6期869-875,共7页
液压自由活塞发动机的工作过程是在多过程相互耦合作用下进行,活塞动力学与燃烧、扫气、泵油各过程紧密结合。基于Aemsim建立了一维仿真模型,在分析运动特性和热力学特性的基础上,研究了关键性结构和控制参数对发动机性能的影响。仿真... 液压自由活塞发动机的工作过程是在多过程相互耦合作用下进行,活塞动力学与燃烧、扫气、泵油各过程紧密结合。基于Aemsim建立了一维仿真模型,在分析运动特性和热力学特性的基础上,研究了关键性结构和控制参数对发动机性能的影响。仿真结果表明:由于没有机械约束,自由活塞发动机的活塞行程规律与曲柄发动机存在显著的差异;活塞质量是影响热效率和工作频率的最重要因素,效率和频率随活塞质量的变化趋势相反;由于上止点附近停留时间短和工作行程活塞快速下行,在相同结构和运转条件下最优效率略低于曲柄连杆发动机;放热率和活塞惯量的综合作用决定其热效率,压缩比和喷油时刻对效率的影响不如曲柄发动机显著;活塞行程规律可变,通过行程控制可以显著缩短压缩行程占据的时间。 展开更多
关键词 自由活塞发动机 液压 耦合 动力学 热力学
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液压自由活塞发动机活塞运动规律动态仿真研究 被引量：9
8
作者 刘嘉 黄英 +1 位作者 张付军 赵振峰 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期88-92,共5页
为研究液压自由活塞发动机(HFPE)的活塞运动特性,建立了液压自由活塞发动机动态仿真模型,针对循环供油量、喷油定时、气门正时、压缩压力、负载压力等主要控制变量对活塞运动情况的影响进行了规律性研究。结果表明:各控制变量的变化影... 为研究液压自由活塞发动机(HFPE)的活塞运动特性,建立了液压自由活塞发动机动态仿真模型,针对循环供油量、喷油定时、气门正时、压缩压力、负载压力等主要控制变量对活塞运动情况的影响进行了规律性研究。结果表明:各控制变量的变化影响活塞受力的变化,进而使活塞的下止点位置和压缩比发生变化,并影响发动机的正常运转和性能;循环油量与活塞膨胀行程长度、压缩能量与压缩比均近似呈线性关系;HFPE循环工作是一个多参数耦合和能量重新分配的复杂过程;执行器滞后引入的正时控制误差将是影响控制精度的重要因素。 展开更多
关键词 内燃机 液压自由活塞发动机 运动规律 动态仿真
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液压自由活塞发动机的能量平衡分析 被引量：18
9
作者 夏必忠 傅新 杨华勇 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期76-80,共5页
液压自由活塞发动机是将一次动力机—内燃机与二次动力机—液压泵的集成为一体 ,以液体为工作介质 ,利用油液压力能来实现动力非刚性传输的复合发动机。针对稳态运转的液压自由活塞发动机 ,分析了其能量输入、耗散、分配及输出情况 ,给... 液压自由活塞发动机是将一次动力机—内燃机与二次动力机—液压泵的集成为一体 ,以液体为工作介质 ,利用油液压力能来实现动力非刚性传输的复合发动机。针对稳态运转的液压自由活塞发动机 ,分析了其能量输入、耗散、分配及输出情况 ,给出了各能量组分所占的比例 ,并估算了活塞的最大运动速度和负载压力。为HFPE的结构设计、控制和效率提高指明方向。 展开更多
关键词 液压自由活塞发动机 动力传输 能量平衡分析
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一种新型混合动力系统:液压自由活塞发动机整体推进系统 被引量：14
10
作者 赵振峰 赵长禄 张付军 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期773-778,共6页
液压自由活塞发动机整体推进系统集内燃机技术、液压技术、电子控制技术于一体的一种新型混合驱动动力系统,由于其具有体积小、重量轻、高度柔性布置、燃料适应范围广等特点,具有容易实现无级变速、无级转向、制动能回收等功能,是一种... 液压自由活塞发动机整体推进系统集内燃机技术、液压技术、电子控制技术于一体的一种新型混合驱动动力系统,由于其具有体积小、重量轻、高度柔性布置、燃料适应范围广等特点,具有容易实现无级变速、无级转向、制动能回收等功能,是一种有前途的车用混合动力传动装置。本文在介绍液压自由活塞发动机的工作原理、结构特点的基础上详述了液压自由活塞发动机整体推进系统的系统方案、关键技术、应用前景,提出了发展该整体式推进系统的对策。 展开更多
关键词 动力机械工程 液压自由活塞发动机 整体推进系统 混合动力
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液压自由活塞发动机起动过程的能量分析 被引量：5
11
作者 夏必忠 徐兵 +1 位作者 傅新 杨华勇 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期1-3,38,共4页
液压自由活塞发动机的起动系统由起动蓄能器、液压换向阀、位置传感器及控制单元等组成 ,其中作为起动系统能源和油源的起动蓄能器直接关系起动的成败。分析了液压自由活塞发动机起动的前提条件 ,研究了起动过程中混合气的组织和能量的... 液压自由活塞发动机的起动系统由起动蓄能器、液压换向阀、位置传感器及控制单元等组成 ,其中作为起动系统能源和油源的起动蓄能器直接关系起动的成败。分析了液压自由活塞发动机起动的前提条件 ,研究了起动过程中混合气的组织和能量的流动、耗散及传递等 ,并在此基础上给出了选择起动蓄能器的理论依据。 展开更多
关键词 液压自由活塞发动机 起动过程 能量分析 液压蓄能器 起动蓄能器 液压换向阀 位置传感器
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四冲程自由活塞发动机仿真与实验 被引量：8
12
作者 徐照平 常思勤 黄玲 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期1-6,共6页
为实现清洁高效利用燃料发电,提出并研究了四冲程自由活塞发动机。基于活塞组件的动力学方程、燃烧室内的气体状态方程以及代用燃烧放热规律,建立系统仿真模型,对系统动态特性进行仿真研究,重点讨论了压缩比和膨胀比对系统性能的影响。... 为实现清洁高效利用燃料发电,提出并研究了四冲程自由活塞发动机。基于活塞组件的动力学方程、燃烧室内的气体状态方程以及代用燃烧放热规律,建立系统仿真模型,对系统动态特性进行仿真研究,重点讨论了压缩比和膨胀比对系统性能的影响。在仿真分析的基础上,研制了一台缸径为62 mm的原理性样机,对样机实验结果进行了分析,并利用仿真模型对样机的性能参数进行了回归分析。研究结果表明:目前样机的发电效率为34%左右,优化后四冲程自由活塞发动机的发电效率在45%左右,比传统小型汽油发电机组有明显的性能优势。 展开更多
关键词 自由活塞发动机 直线发电机 四冲程 仿真 实验
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液压自由活塞发动机AMESim/MATLAB仿真 被引量：8
13
作者 荆崇波 吴维 苑士华 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第23期7681-7685,共5页
介绍单活塞式液压自由活塞发动机的工作原理,分析了该类发动机的特点。利用AMESim/MATLAB联合仿真技术建立单活塞式液压自由活塞发动机模型,进行了工作过程的动态特性仿真,分析了一个周期内气缸压力、液压腔压力和单向阀与频率控制阀流... 介绍单活塞式液压自由活塞发动机的工作原理,分析了该类发动机的特点。利用AMESim/MATLAB联合仿真技术建立单活塞式液压自由活塞发动机模型,进行了工作过程的动态特性仿真,分析了一个周期内气缸压力、液压腔压力和单向阀与频率控制阀流量变化特性,研究了活塞动力学特性并进行了试验研究。根据对仿真与试验结果的分析,论述了该发动机有工作频率可控和运动速度不对称的特点,频率控制阀要求频响高流量大。这为所研制的液压自由活塞发动机原理样机的设计提供了理论指导。 展开更多
关键词 自由活塞发动机 动态特性 仿真研究 AMESIM MATLAB
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液压自由活塞发动机工作过程仿真模型研究 被引量：5
14
作者 吴维 苑士华 +1 位作者 荆崇波 郭凯 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1059-1064,共6页
为建立单活塞液压自由活塞发动机工作过程仿真模型,根据单活塞液压自由活塞发动机的系统特征,基于热力学、液压流体力学和动力学基本理论,给出了单活塞液压自由活塞发动机稳态工况工作过程的数学描述,并对结果进行了试验验证。结果表明... 为建立单活塞液压自由活塞发动机工作过程仿真模型,根据单活塞液压自由活塞发动机的系统特征,基于热力学、液压流体力学和动力学基本理论,给出了单活塞液压自由活塞发动机稳态工况工作过程的数学描述,并对结果进行了试验验证。结果表明:给出的考虑了液压系统构件动态特性影响的单活塞液压自由活塞发动机仿真模型,在活塞动力学特征、气缸气体压力特征和液压腔压力特征上具有较高的仿真精度。模型适合于单活塞液压自由活塞发动机系统参数确定、优化以及系统工作特征的模拟。 展开更多
关键词 流体传动与控制 自由活塞发动机 动态模型 试验研究 液压系统
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泄漏对微自由活塞发动机工作过程的影响 被引量：4
15
作者 柏金 王谦 +1 位作者 谢强 张彭岗 《江苏大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期14-19,共6页
为了研究泄漏对微发动机工作过程产生的影响,对自由活塞单次冲击压缩着火过程进行了可视化试验,得到不同漏气工况下微发动机的着火特性.在此基础上,建立了耦合自由活塞运动与燃烧过程的多维计算模型,对微HCCI燃烧过程进行了数值模拟.结... 为了研究泄漏对微发动机工作过程产生的影响,对自由活塞单次冲击压缩着火过程进行了可视化试验,得到不同漏气工况下微发动机的着火特性.在此基础上,建立了耦合自由活塞运动与燃烧过程的多维计算模型,对微HCCI燃烧过程进行了数值模拟.结果表明:混合气泄漏对着火时刻影响不大,但对活塞运动特性影响很大,漏气使得微燃烧室内压力降低,活塞返回速度变小,微发动机动力性能降低;泄漏间隙和泄漏长度是影响混合气泄漏程度的2个主要因素,也影响微压缩燃烧过程,泄漏间隙越大,最大压力与活塞末速度越小,动力性能越差,而泄漏长度增加,最大压力有所提高,有助于动力性能的提高;在微发动研究与设计过程中,应重视气缸/活塞间的密封效果. 展开更多
关键词 微自由活塞发动机 泄漏 可视化试验 HCCI 自由活塞 数值模拟
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自由活塞发动机活塞环密封特性研究 被引量：5
16
作者 袁晨恒 冯慧华 +1 位作者 王梦秋 左正兴 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期151-156,共6页
为获得自由活塞发动机活塞环密封特性,基于热力学方程和一维等熵流动方程建立了工作过程活塞环密封数学模型,对比发动机静态密封试验数据对模型进行了修正。运用所建密封模型和已有工作过程计算模型分析了自由活塞发动机和传统发动机活... 为获得自由活塞发动机活塞环密封特性,基于热力学方程和一维等熵流动方程建立了工作过程活塞环密封数学模型,对比发动机静态密封试验数据对模型进行了修正。运用所建密封模型和已有工作过程计算模型分析了自由活塞发动机和传统发动机活塞环密封特性之间的差异,并研究了相关参数对自由活塞发动机漏气损失的影响规律。研究发现:一个循环时间内,自由活塞发动机活塞环密封工作的时间较传统发动机长,但缸内气体泄漏质量较少;压缩过程中,自由活塞发动机缸内气体泄漏质量较多,但燃烧过程和膨胀过程泄漏的质量较少;选取适当的压缩比、活塞环间距和电磁负载有助于减小漏气损失。 展开更多
关键词 内燃机 自由活塞发动机 活塞环 密封 漏气损失
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液压自由活塞发动机的节能方式研究 被引量：6
17
作者 夏必忠 周华 +2 位作者 傅新 杨华勇 杨开传 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期8-10,14,共4页
液压自由活塞发动机是将内燃机和液压泵集成于一体 ,实现动力非刚性传输的复合发动机。本文从其内部能量转换及外部能量回收两个方面 ,详细地分析和阐明了液压自由活塞发动机各种节能方式和实现途径。以液压挖掘机为例 ,强调液压自由活... 液压自由活塞发动机是将内燃机和液压泵集成于一体 ,实现动力非刚性传输的复合发动机。本文从其内部能量转换及外部能量回收两个方面 ,详细地分析和阐明了液压自由活塞发动机各种节能方式和实现途径。以液压挖掘机为例 ,强调液压自由活塞发动机作为中心液压站 ,结合二次调节及液压变压器技术 ,简单方便地实现群控节能。 展开更多
关键词 液压自由活塞发动机 节能 发动机
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液压自由活塞发动机起动过程的实验研究 被引量：4
18
作者 赵阳 徐兵 +2 位作者 杨华勇 夏必忠 周盛 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期424-428,共5页
为研究液压自由活塞发动机(HFPE)的起动性能,对HFPE样机的典型起动方式进行了实验研究.根据HFPE的起动能源和激励方式的不同,给出了恒压阀控、恒压位控、起动蓄能器(SHA)阀控以及SHA位控四种起动方式.测试了恒压起动方式中活塞组件的位... 为研究液压自由活塞发动机(HFPE)的起动性能,对HFPE样机的典型起动方式进行了实验研究.根据HFPE的起动能源和激励方式的不同,给出了恒压阀控、恒压位控、起动蓄能器(SHA)阀控以及SHA位控四种起动方式.测试了恒压起动方式中活塞组件的位移特性、扫气腔压差、动力腔压差以及HFPE泵腔压差这4个起动性能参数随供油压力变化的曲线,分析了SHA方式下上述四个起动性能参数分别和初始蓄能压力的关系.讨论了四种起动方式在激励方式、能量补充方面的差别.结果表明,位控起动的起动性能较阀控方式优良,适宜用于工作功率较高的场合,而阀控方式只能用在一些中低起动频率场合中. 展开更多
关键词 液压自由活塞发动机 起动方式 实验
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单活塞液压自由活塞发动机活塞振动特性研究 被引量：4
19
作者 荆崇波 吴维 +1 位作者 苑士华 陈智 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期304-308,共5页
研究单活塞液压自由活塞发动机原理样机活塞组件振动特性.建立活塞组件动力学模型,导出了活塞振动方程,研究了活塞的幅频特性并运用相平面法分析了活塞运动的稳定性.活塞组件运动属于单自由度变阻尼、变刚度自振振动.活塞运动频率与振... 研究单活塞液压自由活塞发动机原理样机活塞组件振动特性.建立活塞组件动力学模型,导出了活塞振动方程,研究了活塞的幅频特性并运用相平面法分析了活塞运动的稳定性.活塞组件运动属于单自由度变阻尼、变刚度自振振动.活塞运动频率与振幅间存在单调上升关系且受压缩比的限制,其稳定极限环存在的区域由进气口位置和活塞行程决定,下止点位置位于稳定极限环存在区域是实现自激振动的关键,工作频率可以在零和自激振动频率之间调整. 展开更多
关键词 自由活塞发动机 振动特性 稳定性 液压系统
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自由活塞发动机结构传热特性 被引量：7
20
作者 李延骁 左正兴 冯慧华 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期90-95,共6页
建立了系统动力学、缸内热力学与结构传热耦合仿真模型,并试验验证了仿真模型准确性.通过仿真对比了相同结构及工况下燃烧室各部件在自由活塞式发动机与曲轴式发动机两种形式运行时热负荷、传热损失及结构温度上的差异性.结果表明:自由... 建立了系统动力学、缸内热力学与结构传热耦合仿真模型,并试验验证了仿真模型准确性.通过仿真对比了相同结构及工况下燃烧室各部件在自由活塞式发动机与曲轴式发动机两种形式运行时热负荷、传热损失及结构温度上的差异性.结果表明:自由活塞发动机燃烧室部件所受热负荷的峰值和作用时间小于曲轴式发动机,具有较小的传热损失与较高的能量转换效率;受活塞运动规律的影响,其缸内燃气与缸套对流传热量占结构总传热量的比例较高;各结构关键点的温度值与温度波动幅度低于曲轴式发动机,热负荷较小,性能有进一步提升的潜力. 展开更多
关键词 自由活塞发动机 能量转换装置 耦合 结构传热特性 仿真模型
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