内燃机燃油消耗率曲线形态的建模与优化开题报告

全文总字数：5882字

1. 研究目的与意义（文献综述）

全世界范围内的交通能源预计在未来的30-50年内持续增长，而燃料的价格却不断上涨。随着节能减排、减少温室气体排放呼声不断高涨，提高发动机的燃油效率重新成为发动机的技术关键。据统计，内燃机所消耗的能源占世界石油总消耗量的60%，因此研制高效率低污染的发动机是长期以来世界各国科学界及工程界所极力追求的目标，并为此投入了大量人力和财力^[1]。要在越来越高的燃油经济性指标和严格的排放法规的限制下，设计出性能优越、具有市场竞争力的发动机，依赖于实验手段和工作经验的传统设计方法已经远远不能胜任这一要求^[2]。

燃烧过程对发动机效率有很大影响，在寻找高效发动机的过程中，研究燃烧很有意义^[3]。与传统的计算分析方法相比，作为现代计算研究方法,内燃机热力循环模拟具有突出的优势和合理性。20世纪70年代以来，“计算燃烧学”逐步成为一门新的学科。其子学科“内燃机计算燃烧学”对燃烧过程进行建模、寻优能够对内燃机的实际设计提供有效的指导，同时可以在调整参数、研究瞬态特性等方面提供参考^[4,5]。

2. 研究的基本内容与方案

本研究基于热力学和热化学层面，利用matlab实现对燃烧过程进行建模，将放热率作为输入，缸压图作为输出，从而得到热效率等指标。将此算法程序封装，以效率为寻优目标，尝试通过非线性优化算法，找到热效率最高的燃烧过程放热率曲线或燃油消耗率曲线。最终使用gui设计开发程序，该程序可以任意输入内燃机的结构参数、边界条件，通过寻优找到该系列条件下最高效率的放热率曲线。并可以改变输入参数来讨论内燃机极限效率及主要制约因素。

建立零维模型的目的是对内燃机燃烧过程的一些宏观性能参数做预测分析，对复杂的实际情况提出三点假设：

（1）气缸内各物理量在空间上均匀。

3. 研究计划与安排

第1周至第2周：查阅不少于20篇的相关资料，其中英文文献不少于5篇，完成开题报告

第3周：翻译英文资料（不少于5000汉字）并交予指导老师检查

第4周至第5周：进行热力学层面的柴油机工作过程建模与求解

4. 参考文献（12篇以上）

[1]解茂昭.内燃机计算燃烧学[m].北京:科学出版社,2016:1-3.

[2]董芳.内燃机燃烧过程的数值模拟[d].大连:大连理工大学,2004.

[3]eriksson, l. sivertsson, m. ,computing optimal heat release rates in combustion engines[j].sae int.j.engines,2015, 8(3):1069-1079.