轮机工程开题报告

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柴油机工作过程仿真现状
在国内，从20世纪70年代开始，中科院等国内科研水平 领先的单位就己经开始将数值模拟的方法用在了内燃机的开发 研究上。 20世纪80年代，清华大学内燃机教研室引进了英国 UMIST的MK-14程序，并使之简化用于小型计算机上，以适 应当时的国情。 内燃机工作过程仿真在国内众多高校中相继开展，大连 理工大学、北京理工大学、天津大学、大连海事大学等高校分 别对柴油机工作过程仿真进行了研究。
燃烧模型发展现状 柴油机工作过程仿真现状
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燃烧模型发展现状
19世纪末，英国人D. Clerk利用气体标准循环分 析方法比较了各种内燃机的热效率。不久，德国人R. Diesel提出了一系列具有不同燃烧方式(等压燃烧、等 温燃烧等)的内燃机的循环模型。 20世纪60年代，随着电子计算机的发展，人们利 用电子计算机对内燃机循环进行模拟，预测内燃机的动 力性与经济性。 燃烧模型先后经历了放热率计算、零维模型、准维 模型和多维模型四个阶段
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放热率计算
燃烧放热率计算的研究是50-60年代的内燃机数学 模拟的主要工作。 放热率计算是利用实测的气缸压力数据(示功图)， 根据能量守恒方程和传热公式来估算实际放热率。 优点：较简单、直观，对柴油机故障诊断和评价柴 油机燃烧过程提供了依据； 缺点：不能说明更多的燃烧过程细节，不能反应整 个柴油机的工作过程。
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预期目标
建立4190柴油机工作过程模型，并验证模 型； 柴油机结构参数对柴油机性能的影响进行研 究分析，并对柴油机结构参数进行优化； 在正式刊物上发表相关论文1篇。
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谢谢大家！
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准维模型
20世纪70年代起，人们开始使用准维模型预测柴油机的 排放性能。 准维模型将整个燃烧过程抽象为喷雾、燃烧、传热和 化学反应等子过程，分别建立子模型，再由燃烧室内质量 守恒、能量守恒及气缸容积等约束条件确定个子模型的关 系，来描述整个燃烧过程。 柴油机的准维模型可以分为两类：一是忽略燃料雾化 和蒸发过程的气态射流模型，以W. T. Lyn为代表；另一类 是用燃料油滴的蒸发速率控制燃烧的油滴模型，以广安博 之为代表。
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选题依据和目的
柴油机工作过程仿真和优化可以提高柴油机 的动力性和经济性，改善柴油机的排放特性。 借助柴油机工作过程仿真软件，可以快速而 准确的进行柴油机工作过程计算。因此，有必要 通过使用柴油机工作过程仿真软件展开对船舶柴 油机性能的研究与优化。
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国内外研究现状
利用专业软件进行柴油机总体性能的研究仿 真 利用AVL_BOOST、GT-Power等柴油机 工作过程仿真专业软件进行柴油机性能优化、 柴油机与增压器的匹配、柴油机工作过程故 障仿真等研究。柴油机性能优化、柴油机与 增压器的匹配、柴油机工作过程故障仿真。
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主要内容
根据4190型柴油机物理模型和柴油机燃烧过程零 维或准维模型，选用合适的燃烧放热率公式和传 热公式，利用AVL_BOOST软件建立柴油机工作 过程仿真模型； 对4190柴油机进行推进特性和速度特性试验，实 验数据与仿真计算进行对比，通过调整模型中的 相关参数，使仿真计算结果接近实验数据，得到 正确的BOOST模型； 利用上述模型得到柴油机与涡轮增压器联合运行 曲线，研究柴油机结构参数对性能的影响，并对 柴油机结构参数进行优化。
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柴油机工作过程仿真现状
利用编程软件进行柴油机工作过程仿真 根据柴油机工作原理和燃烧过程数学模 型建立柴油机工作过程数学模型，利用编程 语言如VB或Matlab/Simulink等软件编制 程序得到柴油机的整机仿真模型，计算柴油 机的性能指标。
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柴油机工作过程仿真现状
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多维模型
柴油机燃烧的零维和准维模型被称为热力学模型或现象模 型，而多维模型则被称为流体动力学模型或CFD(计算流体动力 学)模型。 多维模型对燃烧过程的描述建立在流体力学、热力学、燃 烧化学等普遍定律的基础上，利用数值方法求解描述燃烧过程 的质量、动量、能量和化学组分守恒的多自变量的偏微分方程。 多维模型己发展到一定的规模，可以模拟计算内燃机缸内 的气体流动、柴油机油束的发展、预混燃烧和扩散燃烧各过程。
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零维模型与准维模型 零维模型与
共同点： 用热力学原理分析燃烧过程，对涉及的流体动 力学过程不予考虑，或只做极简单的处理，其控制 方程是以时间（或曲柄转角）为惟一的自变量的常 微分方程。 区别： 零维模型把整个气缸视为均匀场，不考虑参数 随空间位置的变化； 准维模型则对空间做分区处理，各区之间参数 互不相同，从而能在一定程度上反映缸内参数随空 间的变化。
船用中速柴油机工作过程仿真与性能优化
姓名：孙德胜 姓名：孙德胜(2010129015) 导师： 导师：李云
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主要内容
选题目的和依据 国内外研究现状 主要内容、 主要内容、技术路线及创新点 完成课题已具备条件 进度安排、 进度安排、预期目标
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wenku.baidu.com
选题目的和依据
据预测2015年造船产量将突破2400万吨，世界造船份 额达到35%，成为世界第一造船大国。而我国船用柴油机 产业难以满足国产船舶配套的需要。
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柴油机工作过程仿真现状
工作过程仿真的研究和应用首先开始于各大学和研究机构， 其中比较著名的有英国的曼彻斯特理工大学(UMIST)和Bath 大学、德国的波鸿-鲁尔大学(Ruhr)、美国华盛顿大学(UW)、 英国里卡多(Ricardo)公司等。
20世纪90年代以来，一批商用发动机循环模拟软件的开发， 如奥地利AVL公司开发的BOOST软件、英国Gamma公司开发 的GT-Power软件、美国西南研究院开发的VIPRE等，标志着 内燃机工作过程仿真研究已达到实用化的程度。
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技术路线
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创新点
采用AVL_BOOST软件对4190型柴油机工 作过程进行研究；
利用AVL_BOOST软件得到柴油机与涡轮 增压器的运行特性。
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完成课题已具备条件
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进度安排
2011.09-2011.12 学习本课题相关基础知识，收集查阅相关资料， 了解国内外研究现状； 2011.12-2012.01 学习BOOST软件，书写开题报告； 2012.02-2012.04 学习BOOST软件基础知识； 2012.03-2012.05 掌握BOOST软件计算柴油机工作过程的方法； 2012.07-2012.09 对4190型柴油机进行台架试验，利用BOOST 软件进行工作过程仿真计算； 2012.09-2012.12 结合实验数据和仿真数据进行研究。 2012.12-2013.02 整理设计思路，撰写论文。
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零维模型与准维模型 零维模型与
零维和准维模型可准确预测柴油机燃烧过程 的主要性能参数，这两种模型方法简单，计 算成本低，故在工程上应用就较多。 但不能从本质上反映柴油机燃烧的机理，也 不能对柴油机的性能做详尽的分析和预测， 为满足以上需求，人们建立了多维模型。
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柴油机工作过程仿真为柴油机的性能研发和改进提供理 论上的依据，为我国船用柴油机的开发与研制提供了有力的 工具。
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选题依据和目的
20世纪70年代的两次能源危机诱发了世界范围的 能源危机。石油产品的价格大幅度上涨使船舶柴油机燃 油费用支出占总运营成本的40％-50％； IMO在2011年已实施IMO Tier II排放法规。与IMO TierⅠ相比，IMO TierⅡ排放法规NOx降低20%， IMO Tier Ⅲ排放法规降低80%。 船舶柴油机面临着降低耗油率和减少排放的双重挑战。
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零维模型
零维模型是把缸内的每一瞬时状态看成是均匀的， 不考虑参数随空间位置的变化，把燃烧看成是按一定规 律将能量加入系统的过程。 零维模型基本上可以分为两类，一类是含有一定物 理意义的半经验模型，如Austen-Lyn的三角模型、混 合气体准备模型；另一类为偏重数学技巧的经验模型， 如韦伯函数模型以及V2g模型。 零维模型主要用于对柴油机燃烧过程的宏观性能参 数进行分析、计算和预测，不能对排放进行预测。