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对于大功率船用柴油机,相继增压技术可以用来缓解柴油机与增压器匹配的矛盾,改善柴油机低速扭矩不足,提高柴油机部分负荷经济性,扩大柴油机运行范围。而可变截面涡轮增压器(VGT)增压技术不仅可以提高柴油机的低速特性,而且能够改善柴油机的瞬态性能,强化柴油机的整体性能。为了综合相继增压技术和VGT增压技术的优势,本文以GT2566可变截面涡轮增压器(VGT)、J68增压器(2TC)和TBD234V12柴油机为研究对象。通过涡轮增压器性能试验,获取的增压器的流量特性和效率特性,建立了VGT相继增压柴油机模型,进行了相关的理论计算和分析研究。本文首先对GT2556的流量特性和效率特性进行试验研究,获得试验数据用于GT―Power发动机建模软件中涡轮增压器模型的建立,同时基于试验数据提出了一种预测可变截面涡轮流量特性的方法。经试验验证,该流量特性的预测方法能够快速获得可变截面涡轮的流量特性。并具有较高的准确度。其次基于GT―Power软件建立了TBD234V12增压中冷柴油机的仿真模型,根据已有的试验数据验证原机的仿真模型。在此基础上将原机结构进行改造,建立了VGT相继增压柴油机模型,依据柴油机的标准螺旋桨特性,对涡轮增压器和柴油机进行性能匹配计算,并划分了柴油机的两种运行模式(1TC和2TC)的运行区间。同时研究了柴油机的1TC运行模式(GT2556可变截面涡轮增压器单独运行)和2TC运行模式(GT2556和J68两台增压器同时运行)对过量空气系数和空气流量的调节特点,计算分析了1TC/2TC对柴油机经济性和动力性的影响效果。以经济性最优的原则,绘制出了最佳喷嘴环开度和最佳增压压力脉谱,为了后续建立VGT相继增压柴油机的瞬态仿真模型提供了数据基础。最后,对VGT相继增压柴油机的负荷特性和限制特性进行计算分析,研究了在不同工况下,柴油机采用VGT相继增压系统后,其主要性能参数的改善程度。根据不同工况的计算数据,结合限制特性,绘制出了VGT相继增压柴油机的万有特性曲线,并于原机的万有特性进行对比。结果表明,VGT相继增压柴油机的运行范围明显扩大,低油耗区分布区域广,标准螺旋桨特性曲线穿过低油耗运行区,并且柴油机的涡前排气温度降低显著。在VGT相继增压柴油机的万有特性曲线的基础上,确定了柴油机两区相继增压的转速切换边界和VGT喷嘴环开度的切换边界。为了研究VGT相继增压柴油机的瞬态特性,对2TC运行模式下的柴油机的瞬态过程进行了仿真计算,结果表明由于GT2556可变截面涡轮增压器的介入,极大改善了柴油机的瞬态特性。