氢能汽车动力系统的性能研究和改进

【摘要】：人类社会，煤、石油、天然气等化石燃料是能源结构中的主力军，但这些化石燃料的储量并非无穷无尽，日益增长的能源需求和日益减少的传统能源，以及随着社会进步，人们对生活环境的更高要求，使得今后我们会越来越多地使用绿色能源，以减少对化石燃料的依赖和阻止环境的恶化，这将会提高人们的生活质量。在汽车领域尤为如此。 本论文研究了氢动力汽车的随车制氢、储氢方式。与其他的储氢方式相比，水解硼氢化钠制氢方式具有安全、易存储的优点，并有环境友好、常温下反应、资源可循环利用和转化效率高的优势。本论文基于该种方式，为氢动力汽车设计硼氢化钠制氢系统，安全准确地控制制氢速率；设计相应的供氢系统；设计改进氢气喷射系统，同时提出并设计氢气与其他燃料混合燃烧的系统结构。 本论文利用多学科仿真软件AMESim搭建氢气内燃机模型，进行氢内燃机缸内燃烧的研究。针对不同氢内燃机参数，进行缸内燃烧的模拟仿真，分析结果说明：在缸径为85mm，压缩比为13，点火提前角为15度时，氢内燃机的综合性能最佳，此时氢内燃机比汽油机提供更大的功率，约为汽油机的1.7倍。 本论文在AMESim提供的平台上，设计并搭建了氢动力汽车模型，所搭建模型良好地反应汽车状况，并通过软件编译，对汽油车与氢动力车进行动力性能仿真研究，分析结果说明：虽然氢动力车的燃料消耗量和废气排放率比汽油车略大，但是氢动力车的BMEP值和发动机转速比同工况下的汽油车高，结合氢气的无污染优势，氢动力车的动力性能较汽油车更为优秀。 通过本论文的研究工作，论证了随车硼氢化钠水解制氢方式的优势，为氢动力车设计相应的硼氢化钠水解制氢系统和氢气供应系统；对比分析氢动力车和汽油车的动力性能。本论文的工作有利于氢动力车内部结构的设计和开发，为今后氢动力车的进一步研究和推广提供一定的指导意义。 【关键词】：AMESim 氢动力车 硼氢化钠 结构设计 燃烧分析
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 氢动力汽车的历史与各国研究现状16-20
• 1.1.1 氢动力汽车的历史16
• 1.1.2 国外氢动力汽车研究现状16-19
• 1.1.3 我国氢动力汽车研究现状19-20
• 1.2 氢动力汽车的研发进程20
• 1.3 氢动力汽车的研究发展方向20-22
• 1.4 发展氢动力汽车的必要性22-23
• 1.5 本论文的主要研究内容23-24
• 1.6 本论文的创新点24
• 1.7 小结24-25
• 第二章 氢气能源性质25-32
• 2.1 氢的特征25
• 2.2 氢气与传统燃料的性质对比25-27
• 2.2.1 汽油的性质25-26
• 2.2.2 甲烷的性质26
• 2.2.3 氢气、汽油、甲烷的性质对比26-27
• 2.3 氢能的开发和利用27-31
• 2.3.1 氢能的开发27-29
• 2.3.2 氢能的应用29-31
• 2.4 小结31-32
• 第三章 车载储氢技术及随车制氢32-42
• 3.1 车载储氢技术32-37
• 3.1.1 高压气瓶储氢32-34
• 3.1.2 液氢储氢34-35
• 3.1.3 金属氢化物储氢35-36
• 3.1.4 浆液储氢技术36-37
• 3.2 随车制氢技术37-41
• 3.2.1 甲醇重整制氢37-39
• 3.2.2 硼氢化钠水解制氢39-41
• 3.3 小结41-42
• 第四章 氢内燃机的缺陷及其改进42-54
• 4.1 氢内燃机存在的主要问题及解决方式42-43
• 4.1.1 氢内燃机存在的主要问题42-43
• 4.1.2 氢内燃机主要问题的解决方式43
• 4.2 氢气供应系统的研究43-49
• 4.2.1 硼氢化钠产氢系统43-49
• 4.2.2 氢气供给系统49
• 4.3 氢内燃机喷射系统的研究49-53
• 4.3.1 预混合式氢内燃机49-50
• 4.3.2 缸内直喷氢内燃机50
• 4.3.3 氢气喷嘴50-53
• 4.4 小结53-54
• 第五章 氢内燃机的仿真研究54-69
• 5.1 氢内燃机喷嘴的工作机理和模拟54-56
• 5.2 氢内燃机参数整定56-65
• 5.2.1 压缩比的选择59-61
• 5.2.2 缸径的选择61-63
• 5.2.3 点火提前角（SA）的选择63-65
• 5.3 缸内直喷四缸发动机的性能模拟65-68
• 5.4 小结68-69
• 第六章 氢动力汽车的仿真研究69-84
• 6.1 氢动力车模型的搭建69-71
• 6.1.1 车体坐标系的建立69-70
• 6.1.2 氢动力车模型的搭建方法70-71
• 6.2 氢动力车性能仿真71-82
• 6.2.1 氢动力车行驶状况仿真72-74
• 6.2.2 氢动力车/汽油车动力性能仿真研究74-82
• 6.6 小结82-84
• 第七章 掺氢燃烧的双燃料发动机研究84-92
• 7.1 天然气/氢双燃料发动机84-89
• 7.1.1 供气系统85-87
• 7.1.2 进气系统87-89
• 7.2 汽油掺氢双燃料发动机89-91
• 7.3 小结91-92
• 第八章 结论92-94
• 8.1 全文结论92-93
• 8.2 工作展望93-94
• 参考文献94-97
• 致谢97-98
• 攻读硕士期间发表论文98

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