[發明專利]一種兩階段壓縮膨脹發電機發電效率的預測方法

有效

• 申請號: 202110679274.8
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113466691B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 韓笑;劉龍;劉俊杰;梅齊昊;趙豪;許智淳;唐元亨;安琛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發明提出了一種兩階段壓縮膨脹發電機發電效率的預測方法，將發動機工作過程具體分為第一壓縮、第二壓縮、中冷、燃燒、膨脹、膨脹六個階段，每個階段取步長為0.1，與混合加熱理想循環每個階段相對應，進行迭代求解，將得到的壓力進行積分計算，求出工作過程的有效功W，再根據有效功W與總投入熱量Q_total的比值求出有效熱效率，與所耦合電機的效率相乘，即為整個兩階段壓縮膨脹發電機的發電效率；本發明不局限于某一特定運行工況，并且對發動機具體型號依賴相對較小，相比CFD模型計算速度相對較快，可廣泛應用于工作過程仿真，進行發動機性能預測、故障診斷等方面的研究，為更廣范圍的發電機熱效率優化設計提供了數值預測手段。

技術領域

本發明涉及發電機工作過程優化領域，具體地，涉及一種兩階段壓縮膨脹發電機發電效率的預測方法。

背景技術

近年來，隨著社會的不斷發展，能源短缺問題日益突出。在各種形式的能源中，電能是被使用最為廣泛的能源之一，而電能在車輛、船舶等行業中又是主要由柴油機進行提供的。因此，在由傳統的柴油機引發的負面影響日益加劇的情況下，新型自由活塞式內燃發電機(FPLA)成為研究熱點。FPLA是自由活塞式內燃機(FPE)與直線發電機(LA)直接耦合的產物，且綜合了兩者優點,將燃料的化學能直接轉化為電能。而現有的雙自由活塞發電機更是采用四沖程設計，并應用兩階段壓縮兩階段膨脹的新式循環，可以有效消除二沖程發電機帶來的震動，相比于傳統的內燃機發電過程具有更高的發電效率與經濟性能，因此正在受到越來越多的關注。

由于自由活塞式發電機的發電效率與發動機的熱效率和電機的效率密切相關，而一般我們所采用的電機其效率通常在90％-95％之間，因此相比于電機效率，發動機熱效率的高低對于整個自由活塞發電機的發電效率起著關鍵性的作用，而采用一種兩階段壓縮膨脹發電機發電效率的預測方法預測發電機效率更是具有重要意義。

目前有效熱效率的仿真預測主要分為零維模型(單區模型)、準維模型(多區模型)和多維模型。復雜的準維及多維模型,盡管具有再現燃油噴射燃燒過程中物理化學反應的潛力,但仍然受到缺少某些過程的精確知識的限制,并且計算量相當可觀,耗費機時過長,不能滿足性能預測、控制分析及實時仿真的要求。在動力裝置控制與仿真中應用的主要還是零維模型,像容積法模型、平均值模型等都屬于零維模型。因此本發明主要應用零維模型中的容積法模型，并以混合加熱理想循環(薩巴德循環)為理論基礎，基于兩階段壓縮兩階段膨脹的工作過程，提出了一種兩階段壓縮膨脹發電機發電效率的預測方法。

發明內容

本發明為提出了一種兩階段壓縮膨脹發電機發電效率的預測方法，實現在任意發電機運行工況下其發電效率的快速穩健預測，為兩階段壓縮膨脹發電機工作性能優化與發電效率的提升提供更優的數值分析方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種兩階段壓縮膨脹發電機發電效率的預測方法，所述方法包括以下步驟：

將發動機工作過程具體分為第一次壓縮、第二次壓縮、中冷、燃燒、第一次膨脹、第二次膨脹六個階段，每個階段取步長取值相同，與混合加熱理想循環每個階段相對應，進行迭代求解；

步驟一：根據所用發動機的幾何參數和初始參數確定邊界條件與初始條件，并給定絕熱指數κ；所述絕熱指數是指理想氣體可逆絕熱過程的指數；

步驟二：在所述第一次壓縮階段中，用絕熱指數κ進行計算，利用理想氣體可逆過程計算公式可得第一個壓縮階段后的溫度T₂及壓力P₂，并將其作為第二次壓縮階段過程的起始參數；