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随着环境保护和可持续发展的要求不断提高,汽车工业的发展也面临着能源和环保两方面的挑战。液氮发动机正是因应这种形势而出现,它没有缸內的燃烧过程也没有污染物的排放,是真正意义上的绿色动力;它以液氮储能不消耗石油资源,是对能源利用形式的一个新的有益的探索。 本文以液氮发动机为研究对象,在国家教育部博士点基金项目“液氮发动机理论与实验研究”(No.20020335079)的支持下,在以下方面进行了研究: 1.在理论上从可用能分析的角度对液氮发动机缸内过程进行了分析,探讨了多级联合循环以及再热循环,并分析实际循环中应采取的合理的初始膨胀压力以及膨胀方式。 2.通过对液氮发动机缸内控制边界物理模型的分析,基于热力学第一定律的能量守恒原理和理想气体状态方程,建立了理想的一维的基于时间的液氮发动机缸內工作过程的连续状态数学模型。 3.根据上述的数学模型,基于Matlab/Simulink/Stateflow的工作环境建立了液氮发动机的缸内工作过程的Simulink模型,并通过与试验所得结果的对比验证了模型的正确性。 4.基于液氮发动机缸内过程的Simulink模型以及Matlab的分析环境,对旋转阀的结构参数和液氮发动机的运行参数如转速、进气压力等对液氮发动机工作过程的影响形式进行了分析。 5.基于S185柴油机改造的液氮原型机进行了试验研究,分析了进气相位对液氮发动机的动力性能以及经济性能的影响,得到了液氮发动机的速度特性和负荷特性。 从数值仿真和试验研究的结果可以看出,液氮发动机具有理论和实践的可行性,有必要对影响液氮发动机性能的关键技术进行深入的研究,为液氮发动机的实际应用奠定坚实的理论与实践基础。