PSA在内燃机节能的应用探索及匹配控制研究

【摘要】： 本文介绍了变压吸附制氧技术的原理、分子筛以及工艺流程等,建立了变压吸附的模型,并进行了数值模拟,得到了冲洗比、吸附压力、进气流速等操作参数对回收率与纯度的影响。考虑到变压吸附制氧方法产生的氧气量,装置结构尺寸小、启动时间短、自动化程度高等诸多优点,在中小规模空气分离领域,尤其是供应富氧时,PSA法的优势明显,能够为内燃机提供浓度稳定的氧气。 以柴油机4102BZLQ作为研究对象,探索进气富氧在内燃机上应用的可行性。通过KIVA-3V程序建立了4102BZLQ柴油机燃烧室的网格模型并进行了燃烧过程的数值模拟。通过模拟计算,获取了喷油束、缸内气体压力、温度等随曲轴转角的变化规律;通过模拟计算,获取了在不同曲轴转角下NOX的缸内分布规律以及随曲轴转角的变化规律,并分析认为NOx的生成量主要受最高燃烧温度的影响;通过模拟计算,获取了CO、Soot随曲轴转角的变化规律。 应用KIVA-3V程序模拟计算了不同氧浓度的燃烧室的燃烧过程。随着进气中氧浓度的增加,燃烧室内的最大平均压力(示功率)和最大平均温度逐渐升高,碳烟与CO的排放量均有显著降低(降低可达75%),但NOx排放率明显增加。通过对模拟的结果进行统计、分析比较,认为最佳的氧浓度应在23%左右。在选定富氧率之后,本文对相关参数的研究表明适当的推迟喷油提前角有利于降低NOx,而对Soot和CO的排放量的影响不致太大。 为了使富氧率能够较快的跟踪上响应达到符合相对应工况的值,本文通过模糊自整定PID来控制富氧率。模糊自整定PID控制秉承了常规PID控制和模糊控制的优点,对被控系统的适应性强、鲁棒性好,特别是在系统参数发生改变时同样可获得令人满意的控制效果,能很好的适应现实控制过程中的要求。 【关键词】：内燃机 富氧燃烧 数值模拟 变压吸附制氧 模糊PID控制 KIVA-3V
【学位授予单位】：大庆石油学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 创新点摘要7-10
• 引言10-11
• 第一章 概述11-16
• 1.1 实用制氧方法11-12
• 1.2 制备富氧空气方法的适用范围12-13
• 1.3 PSA 制氧技术在国内外发展与现状13-14
• 1.4 PSA 在内燃机节能领域应用的可能性14-15
• 1.5 本课题的研究的主要内容与来源15-16
• 第二章 变压吸附制氧理论16-29
• 2.1 变压吸附原理简述16-17
• 2.2 变压吸附制氧系统工艺过程17-18
• 2.3 变压吸附空分制氧理论18-25
• 2.3.1 变压吸附空分制氧理论的研究进展18-19
• 2.3.2 变压吸附吸附剂19
• 2.3.3 空分制氧理论及数学建模19-25
• 2.4 仿真优化25-27
• 2.4.1 冲洗比的影响27
• 2.4.2 吸附压力27
• 2.4.3 进气流量27
• 2.5 小结27-29
• 第三章 KIVA 理论29-45
• 3.1 KIVA 程序的发展29-31
• 3.2 控制方程和数学模型31-37
• 3.2.1 组份连续（质量守恒）方程32-33
• 3.2.2 动量守恒方程33
• 3.2.3 能量守恒方程33-34
• 3.2.4 湍流模型34-36
• 3.2.5 状态关系方程36
• 3.2.6 化学成分守恒方程36-37
• 3.2.7 液滴定义和喷雾方程37
• 3.3 边界条件37-40
• 3.3.1 物理边界条件37-40
• 3.3.2 喷雾边界条件40
• 3.3.3 数值边界条件40
• 3.4 数值方法40-44
• 3.4.1 计算网格40-43
• 3.4.2 随机粒子方法（Stochastic Particle Technique）43-44
• 3.4.3 运算步骤及程序流程44
• 3.5 小结44-45
• 第四章 进气富氧应用在内燃机上的可行性分析45-60
• 4.1 4102BZLQ 柴油机的简介45-46
• 4.2 4102BZLQ 柴油机网格的生成46-49
• 4.3 用KIVA-3V 对4102BZLQ 柴油机数值模拟49-58
• 4.3.1 输入文件49-51
• 4.3.2 模拟结果51-56
• 4.3.3 模型验证56
• 4.3.4 氧浓度选择56-58
• 4.4 小结58-60
• 第五章 进气富氧的变参数研究60-75
• 5.1 喷油提前角的影响60-65
• 5.1.1 喷油提前角对P_(_(max)) 和T_(_(max)) 的影响60-61
• 5.1.2 喷油提前角对NO_x 的影响61-63
• 5.1.3 喷油提前角对Soot 的影响63
• 5.1.4 喷油提前角对CO 的影响63-65
• 5.1.5 喷油提前角对性能的影响65
• 5.2 负荷的影响65-70
• 5.2.1 负荷对最大爆发压力P_(_(max)) 和最高燃烧温度T_(max) 的影响65-67
• 5.2.2 负荷对NO_x 的影响67-68
• 5.2.3 负荷对Soot 的影响68-69
• 5.2.4 负荷对CO 的影响69-70
• 5.3 转速对4102BZLQ 柴油机燃烧过程主要性能的影响70-73
• 5.3.1 转速对最大爆发压力P_(max) 和最高燃烧温度T_(max) 的影响70-71
• 5.3.2 转速对NO_x 的影响71
• 5.3.3 转速对Soot 的影响71-72
• 5.3.4 转速对CO 的影响72-73
• 5.4 小结73-75
• 第六章 进气富氧的控制方案75-81
• 6.1 进气控制系统75-76
• 6.2 常规PID 控制与模糊PID 控制76-77
• 6.3 模糊PID 控制77-80
• 6.3.1 模糊控制系统结构77
• 6.3.2 模糊PID 控制器参数整定原则77-78
• 6.3.3 模糊规则的确定78-80
• 6.3.4 仿真结果分析80
• 6.4 小结80-81
• 结论81-83
• 参考文献83-86
• 发表文章目录86-87
• 致谢87-88
• 详细摘要88-91

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