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稀燃工况下天然气发动机燃烧不稳定性分析

郑州大学学报（工学版） 2024年第5期45卷 45-51页

作者：丁顺良耿海棠高建设陶征宋恩哲郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了研究稀燃工况下天然气发动机燃烧不稳定性的变化规律,在25%负荷、转速为1000 r/min工况下针对6组不同过量空气系数λ进行试验,采用统计分析方法研究了最大爆压、最大爆压对应的曲轴转角、指示平均有效压力(IMEP)的频率分布规律,并... 详细信息

为了研究稀燃工况下天然气发动机燃烧不稳定性的变化规律,在25%负荷、转速为1000 r/min工况下针对6组不同过量空气系数λ进行试验,采用统计分析方法研究了最大爆压、最大爆压对应的曲轴转角、指示平均有效压力(IMEP)的频率分布规律,并分析了各燃烧特征参数之间的关联性。结果表明:随着λ增大,天然气发动机燃烧不稳定性增强;最大爆压、最大爆压对应曲轴转角的频率分布范围逐渐增大,IMEP频率分布范围先减小后增大,循环间差异性均增加;各燃烧特征参数的关系图中,点的分布范围均增大,且存在线性关系,当混合气浓度过稀时线性关系减弱。稀燃工况下天然气发动机产生燃烧不稳定分析,为天然气发动机稀燃稳定性优化和控制提供了理论依据。

关键词：天然气发动机燃烧不稳定性过量空气系数统计分析

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船用电辅助涡轮增压器转子动力学设计及稳定性研究

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舰船科学技术 2024年第14期46卷 127-133页

作者：段宝印杨传雷申华王贺春王振洪王银燕哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 重庆江增船舶重工有限公司重庆402284

电辅助涡轮增压技术(EAT)是能够有效解决传统涡轮增压发动机启动或加速时进气不足、瞬态响应差等问题,实现内燃机动力系统电气化的重要技术手段。基于流体动压轴承润滑理论结合转子运动控制方程,建立由浮环轴承支承的某型涡轮增压器转... 详细信息

电辅助涡轮增压技术(EAT)是能够有效解决传统涡轮增压发动机启动或加速时进气不足、瞬态响应差等问题,实现内燃机动力系统电气化的重要技术手段。基于流体动压轴承润滑理论结合转子运动控制方程,建立由浮环轴承支承的某型涡轮增压器转子系统动力学有限元模型并进行轴心轨迹试验,采用数值计算方法对不同轴承支撑形式的EAT正常转子和不平衡转子的非线性转子动力学特性进行深入研究。结果表明,在EAT运行较宽的转速范围内,其转子具有广泛的次同步振动,转子动力学行为复杂且浮环轴承支撑的转子明显具有更高的次同步振动振幅;半浮环轴承支撑的转子油膜涡动振动的能量远小于基频振动的能量,表现出更良好的减振作用,可以很好地抑制油膜的涡动/振荡。本文研究内容可以有效地辅助EAT的研究工作,提高其整机的NVH性能。

关键词：电辅助涡轮增压器转子动力学稳定性

基于可调谐激光吸收光谱技术的柴油机排放NO浓度瞬态测量（英文）

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光谱学与光谱分析 2017年第6期37卷 1960-1964页

作者：杨晓涛费红姿谢文强哈尔滨工程大学动力与能源工程学院船舶发动机电子控制技术研究所黑龙江哈尔滨150001

NO_x是柴油机排放的主要污染物质,它对人体和环境的危害极大,其中NO含量又占NO_x总量的90%以上,因此合理准确的检测柴油机排放物中NO的含量对NO_x含量的检测尤为关键。现有的测试方法由于采用采样分析法,不能及时反映真实情况,光学检测... 详细信息

NO_x是柴油机排放的主要污染物质,它对人体和环境的危害极大,其中NO含量又占NO_x总量的90%以上,因此合理准确的检测柴油机排放物中NO的含量对NO_x含量的检测尤为关键。现有的测试方法由于采用采样分析法,不能及时反映真实情况,光学检测方法作为一种新型的测试技术,在很多领域都有应用。结合光学检测方法对稳态和瞬态过程下的NO浓度用TLAS技术开展研究,通过模拟NO浓度的变化情况,验证这种方法在柴油机上应用的可行性,选择一台中心波长为5 263nm的带间级联激光器用于检测,为获得不同浓度的混合气体设计一套配气混合系统,用高纯度的NO作为被测气体,N_2作为背景气体,配比不同浓度的测试样气,在稳态测量时,分别配比浓度为500,1 000,2 000ppm的样气进行试验,得到相对误差小于1%,最大绝对误差为11.5ppm。在瞬态测量中,分别对浓度增加与减少过程进行试验,实时测量气室内的浓度变化情况,在1ms时间分辨率的情况下可实现5.2%的最大相对误差。通过设计的系统,可以实现NO浓度的瞬态测量,能将此方法应用到柴油机上,这种方法有利于研究柴油机的排放物含量。

关键词：瞬时测量柴油机 NO 排放

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柴油机电辅助增压系统匹配计算分析

内燃机与配件 2024年第11期 38-41页

作者：吴佳栩杨传雷李旸刘扬哈尔滨工程大学南安普顿海洋工程联合学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

电辅助增压是一种内燃动力机械上常用的有效方法,可解决传统柴油机在小负载时进气压力不足和高负载增压过大的难题。船舶柴油机的增压系统是本文的主要研究对象,并在此基础上完成了柴油机的电气控制系统、涡轮增压辅机模拟模型的建立与... 详细信息

电辅助增压是一种内燃动力机械上常用的有效方法,可解决传统柴油机在小负载时进气压力不足和高负载增压过大的难题。船舶柴油机的增压系统是本文的主要研究对象,并在此基础上完成了柴油机的电气控制系统、涡轮增压辅机模拟模型的建立与验证。结果显示模型仿真预测值与试验值误差不超过2%,模型较为准确。在此基础上,建立电动辅助增压发动机的仿真模型,分析其在低速工况下的动态特性,并探讨其对发动机热效率的影响规律。研究发现,透平和压气机的性能对综合能效有很大的影响。电机功率的增加的同时,缸内燃烧得到改善,有利于发动机低工况下动力性能提升。

关键词：柴油机电辅助增压器匹配计算

基于庞特里亚金极小值原理的柴电混合动力船舶能量管理策略

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哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：郭晓东袁裕鹏童亮武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉理工大学船海与能源动力工程学院国家水运安全工程技术研究中心武汉理工大学交通与物流工程学院中国远洋海运集团有限公司院士工作站

为提升混合动力船舶的能源利用率，制定合适的能量管理策略以实现功率合理分配、减小船舶燃油消耗、节约成本，是混合动力船舶的亟需解决的关键技术问题。本文基于Matlab/Simulink仿真建模软件，建立对象船舶的动力系统仿真模型，研究... 详细信息

为提升混合动力船舶的能源利用率，制定合适的能量管理策略以实现功率合理分配、减小船舶燃油消耗、节约成本，是混合动力船舶的亟需解决的关键技术问题。本文基于Matlab/Simulink仿真建模软件，建立对象船舶的动力系统仿真模型，研究不同功率需求下对柴油发电机和超级电容的控制要求。考虑动力源特性和船舶功率需求，本文提出了一种基于庞特里亚金极小值的能量管理策略对目标船舶进行合理的功率分配。仿真结果表明，基于庞特里亚金极小值原理的能量管理策略能够优化船舶柴油机组原动机的工作状态，使其在比油耗较低的点工作。在该策略的控制下，航行工况内的柴油发电机组原动机平均比油耗为207.2 g/(kW·h)，总燃油消耗量为204.1 kg。所述方法不仅对船舶减小燃油消耗具有积极的作用，同时对提高船舶运行经济性具有重要意义。

关键词：混合动力船舶柴电混合能量管理控制策略船舶动力系统逻辑门限值庞特里亚金极小值原理优化控制燃油消耗

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曲轴转角域ADRC在船舶柴油机中的应用

哈尔滨工程大学学报 2020年第1期41卷 116-124页

作者：王润芝李学民袁志国王忠巍李文辉刘羽飞马修真哈尔滨工程大学动力与能源工程学院

为了适应内燃机动力学特性随曲轴转角域的变动要远小于随时域变动的属性,以船舶柴油机为研究对象,针对其转速控制问题,提出了一种基于曲轴转角的自抗扰控制器,其采样和控制通过曲轴转角信号以一定的角度触发。为了更好地验证该算法,采... 详细信息

为了适应内燃机动力学特性随曲轴转角域的变动要远小于随时域变动的属性,以船舶柴油机为研究对象,针对其转速控制问题,提出了一种基于曲轴转角的自抗扰控制器,其采样和控制通过曲轴转角信号以一定的角度触发。为了更好地验证该算法,采用了一种分缸的发动机模型。在该模型上进行了大量的仿真对比实验。结果表明:曲轴转角域自抗扰控制(ADRC)在跟踪目标转速时对转速变化具有良好的适应性,对外部负载干扰具有优秀的抗扰性。最后通过台架试验对提出的算法进行了进一步的佐证。

关键词：船舶柴油机鲁棒性控制自抗扰控制转速控制曲轴转角域

船用柴油/天然气双燃料发动机模式切换控制策略研究

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中国机械工程 2022年第4期33卷 388-396页

作者：宋恩哲蒋中州姚崇赵国锋哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150000

船用柴油/天然气双燃料发动机在实际运行过程中,纯柴油模式与双燃料模式之间的切换极易造成发动机转速波动大、运行不稳定等情况,危害发动机的正常运行,此外,一些紧急情况(如天然气燃料不足、负荷突卸等)下,发动机需要快速平稳地完成不... 详细信息

船用柴油/天然气双燃料发动机在实际运行过程中,纯柴油模式与双燃料模式之间的切换极易造成发动机转速波动大、运行不稳定等情况,危害发动机的正常运行,此外,一些紧急情况(如天然气燃料不足、负荷突卸等)下,发动机需要快速平稳地完成不同模式的切换。针对这一需求,在控制系统硬件不变的前提下,根据双燃料发动机运行需求和机理,设计了基于规则的双燃料发动机模式切换控制策略,其中,柴油转双燃料模式采用倒逼控制方法,双燃料转柴油模式分为主动切换与被动切换以应对不同控制需求。所设计的切换控制策略根据实验标定数据和软件算法,实现了不同燃料模式的相互切换。最后,搭建了基于YC6K双燃料发动机实验平台,验证了不同运行工况下的模式切换控制性能。结果表明:所设计的切换控制策略满足各工况下的切换控制需求,提高了整机运行性能。

关键词：双燃料发动机燃料模式切换倒逼控制主动切换被动切换

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燃气轮机变几何涡轮气动技术研究进展

中国科学：技术科学 2018年第11期48卷 1141-1150页

作者：高杰郑群岳国强董平姜玉廷哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

变几何涡轮技术是有效提高燃气轮机加减速特性和低工况性能的技术手段之一,但变几何涡轮设计难度大,其设计状态效率总是低于固定几何涡轮,并且可调静叶无论开大或关小,涡轮效率皆有明显降低,这部分抵消了涡轮变几何带来的燃气轮机循环收... 详细信息

变几何涡轮技术是有效提高燃气轮机加减速特性和低工况性能的技术手段之一,但变几何涡轮设计难度大,其设计状态效率总是低于固定几何涡轮,并且可调静叶无论开大或关小,涡轮效率皆有明显降低,这部分抵消了涡轮变几何带来的燃气轮机循环收益.为了将涡轮变几何技术成功地应用于船舶等燃气轮机,开展高效变几何涡轮气动技术的研究自然具有非常现实的国防意义和重要的工程应用前景.本文主要从变几何涡轮特性、变几何涡轮端区流动机理及损失控制和变几何涡轮设计特点等方面对燃气轮机变几何涡轮气动技术的研究进展进行综述.还对变几何涡轮研究存在的问题进行了系统总结,并展望了变几何涡轮气动技术的未来研究重点和发展趋势.

关键词：变几何涡轮子午扩张间隙泄漏流全工况气动设计

船用天然气发动机电子节气门自适应高阶滑模控制

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仪器仪表学报 2021年第11期42卷 239-247页

作者：姚崇刘健美龙云董全哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

针对船用天然气发动机电子节气门非线性控制问题以及高阶滑模控制存在的边界难以估计问题,提出了一种基于高阶滑模理论的节气门自适应控制算法,设计了基于系统相平面轨迹收敛过程的自适应策略,为了增加控制算法的实用性,在自适应策略的... 详细信息

针对船用天然气发动机电子节气门非线性控制问题以及高阶滑模控制存在的边界难以估计问题,提出了一种基于高阶滑模理论的节气门自适应控制算法,设计了基于系统相平面轨迹收敛过程的自适应策略,为了增加控制算法的实用性,在自适应策略的基础上设计了检测区域,通过判断系统状态与该区域的相对位置双向调节控制增益,以防止增益过大而导致控制精度降低、控制能量浪费的问题;同时,采用鲁棒微分估计器,对不可观测量进行估计;最后,设计3种测试方案,将该算法与传统高阶滑模算法进行实验对比。实验结果表明:在阶跃信号下,该算法使系统响应速度提高35%,稳态误差均方根减小37.5%;在正弦信号下,系统最大稳态误差和稳态误差均方根分别减小30%和22%。

关键词：高阶滑模控制自适应控制电子节气门鲁棒微分估计器