摘 要

目前，汽车的主要能源消耗是以石油为原材料而加工成的汽油和柴油，但其燃料的燃烧产物会对环境造成很大的污染。发动机燃料燃烧产生的热量有三分之一是未经过处理，通过废气直接排放到大气中的，热能的损失造成能源浪费，而尾气未经过处理直接排放造成了环境污染。利用发动机废气涡轮发电技术，可以做到在回收发动机的余热的同时提高发动机的热效率，是实现发动机节能减排的有效途径。论文中主要介绍了废气涡轮发电的应用背景和发动机废气发电的目的和意义。准备工作完成后建立基于GT-Power的汽油机与废气涡轮发电系统仿真模型，首先建立发动机模型，然后加入废气涡轮发电装置，通过调整参数使得废气涡轮发电系统更加完善，最后用软件仿真得出废气涡轮发电系统不同工况不同转速下的发电数据，并对其进行了分析。

关键词：汽油机；废气发电；GT-Power;仿真模拟

Abstract

At present, the main energy consumption of automobiles is gasoline and diesel processed from petroleum as raw materials, but the combustion products of their fuels will cause great pollution to the environment. One-third of the heat generated by the combustion of engine fuel is untreated, and is directly discharged into the atmosphere through the exhaust gas. The loss of heat energy causes waste of energy, and the direct emission of exhaust gas without treatment causes environmental pollution. The use of engine exhaust turbine power generation technology can improve the thermal efficiency of the engine while recovering the waste heat of the engine, which is an effective way to achieve energy saving and emission reduction of the engine. The paper mainly introduces the application background of exhaust gas turbine power generation and the purpose and significance of engine exhaust gas power generation. After the preparation work is completed, a simulation model of the gasoline engine and exhaust gas turbine power generation system based on GT-Power is established. First, the engine model is built, and then the exhaust gas turbine power generation device is added. By adjusting the parameters, the exhaust gas turbine power generation system is more perfect, and finally the exhaust gas turbine is obtained by software simulation the power generation data of the power generation system under different working conditions and different speeds are analyzed.

Key Words: Gasoline engine; waste gas power generation; GT-Power; simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1前言 1

1.2目的及意义与现状 1

1.2.1研究意义 1

1.2.2研究现状 2

第2章 系统热力学模型介绍 3

2.1系统热力学模型 3

2.1.1进、排气管内一维非定常流动模型 3

2.1.2缸内工作模型 4

2.2本章小结 7

第3章 汽油机-废气涡轮发电系统设计 8

3.1汽油机-废气涡轮发电系统思路及原理 8

3.2汽油机废气涡轮发电装置 8

3.2.1汽油机废气涡轮发电装置介绍 8

3.2.2发电机选型 9

3.2.3涡轮初步选型 9

3.3本章小结 9

第4章 汽油机模型建立 10

4.1 汽油机选型 10

4.2关于GT-Power 10

4.3汽油机的建模 10

4.3.1边界环境的建模 10

4.3.2进、排气管和进、排气道的建模 11

4.3.3进排气门建模 13

4.3.4气缸的建模 15

4.3.5喷油器建模 17

4.3.6曲轴箱的建模 18

4.3.7中冷器建模 20

4.3.8汽油机模型建成 21

4.3.9汽油机整机性能 22

4.4本章小结 24

第五章 汽油机-废气涡轮发电系统仿真分析 25

5.1废气涡轮和发电机模块 25

5.2系统仿真结果分析 26

5.2.1主要数据 26

5.2.2废气涡轮发电系统输出曲线 28

5.3排气热物性参数分析 29

5.4汽油机排气组分 30

5.5本章小结 30

第6章 总结与展望 31

6.1总结 31

6.2展望 31

参考文献 32

致 谢 34

附 录 35

50%负荷电流输出曲线数据 35

50%负荷电压输出曲线数据 36

100%负荷电流输出曲线数据 37

100%负荷电压输出曲线数据 38

第1章 绪论

1.1前言

汽车节能是世界汽车工业发展的主题，但是由于环境污染和能源危机日趋严重，汽车节能问题在近几年越来越受到社会各界的重视。相关数据研究表明，普通汽车只有约三分之一的燃油燃烧能力能够得到有效利用，其他能量则未经过处理直接排放到大气中去，这不仅造成能源浪费，同时也造成环境污染。因此，将汽车尾气中的余热分离，并将这部分能量回收再利用，应该成为节能减排的一个研究方向。

1.2目的及意义与现状

1.2.1研究意义

在当今现代社会，随着工业的快速发展，能源需求不断增加，能源危机不断加剧，生态平衡，环境污染等问题日趋严重^[1]。同时，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，家用汽车的普及率越来越高。随着世界汽车工业的快速发展，同时伴随着能源危机与环境污染问题的加重，发动机的节能减排将成为国家节能减排的重中之重。

汽车给人们带来了快捷方便的生活，同时也给全人类带来了许多问题：如噪音污染、各种有害气体排放和固体废物等。发动机排放物除了 、、和水蒸气等无害外，其余均为有害成分，主要是 、、、等有害气体和燃烧颗粒等。、等可以在排期尾气再循环利用过程中得到利用，和 会使人中毒、窒息，当空气中一氧化碳的浓度在 以上时，冠心病患者就会感到胸痛，引起头痛、头晕和恶心，严重的还会引起末梢神经炎等症状。和经过太阳光照射之后，产生光化学烟雾，其中氮氧化物会导致人的呼吸困难，进而引发呼吸道感染和哮喘等症状，同时导致人类肺功能下降。即使短时间接触也可以造成喉痛和咳嗽。在空气中的微粒悬浮，易被人吸入体内，从而导致人的身体机能下降。此外是产生温室效应的罪魁祸首。