第3章 進(jìn)排氣系統(tǒng)中的熱力過(guò)程計(jì)算

1、第3章 進(jìn)排氣系統(tǒng)中的熱力過(guò)程計(jì)算3.13.1概述概述 3.23.2排氣管中的熱力過(guò)程排氣管中的熱力過(guò)程3.33.3進(jìn)氣管中的熱力過(guò)程進(jìn)氣管中的熱力過(guò)程3.43.4中冷器的計(jì)算中冷器的計(jì)算3.13.1概述概述進(jìn)氣管子系統(tǒng)：進(jìn)氣管子系統(tǒng)：排氣管子系統(tǒng)：排氣管子系統(tǒng)：（進(jìn)氣總管、進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣道）（進(jìn)氣總管、進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣道）（排氣道、排氣歧管、排氣總管、（排氣道、排氣歧管、排氣總管、渦輪進(jìn)氣渦殼）渦輪進(jìn)氣渦殼）實(shí)際的進(jìn)排氣過(guò)程：不穩(wěn)定的流動(dòng)過(guò)程。實(shí)際的進(jìn)排氣過(guò)程：不穩(wěn)定的流動(dòng)過(guò)程。1.1.壓氣機(jī)，壓氣機(jī)，2.2.進(jìn)氣管，進(jìn)氣管，3.3.氣缸，氣缸，4.4.排氣管，排氣管，5.5.渦輪，渦輪，6.

2、6.中冷器中冷器定壓增壓系統(tǒng)定壓增壓系統(tǒng) 脈沖增壓系統(tǒng)脈沖增壓系統(tǒng)進(jìn)排氣系統(tǒng)的計(jì)算通常采用的計(jì)算模型：進(jìn)排氣系統(tǒng)的計(jì)算通常采用的計(jì)算模型：1.1.充滿充滿- -排空法（或稱容積法）排空法（或稱容積法）將不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化為準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)，只考慮狀態(tài)參數(shù)隨時(shí)間的變化將不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化為準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)，只考慮狀態(tài)參數(shù)隨時(shí)間的變化 pf t2.2.特征線法（目前已不常用）特征線法（目前已不常用）將不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化為非定常一維流動(dòng)，狀態(tài)參數(shù)隨時(shí)間和地點(diǎn)變化將不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化為非定常一維流動(dòng)，狀態(tài)參數(shù)隨時(shí)間和地點(diǎn)變化,pf t x3.3.有限體積法（有限體積法（GT-POWERGT-POWER采用）采用）

3、將不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化為非定常一維流動(dòng)，狀態(tài)參數(shù)隨時(shí)間和地點(diǎn)變化將不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化為非定常一維流動(dòng)，狀態(tài)參數(shù)隨時(shí)間和地點(diǎn)變化,pf t x3.23.2排氣系統(tǒng)內(nèi)的熱力過(guò)程計(jì)算（容積法）排氣系統(tǒng)內(nèi)的熱力過(guò)程計(jì)算（容積法）3.2.13.2.1容積法基本假設(shè)：容積法基本假設(shè)：2.2.排氣管中的狀態(tài)參數(shù)值隨時(shí)間排氣管中的狀態(tài)參數(shù)值隨時(shí)間t t（或曲軸轉(zhuǎn)角（或曲軸轉(zhuǎn)角）變化，在足夠小的時(shí)）變化，在足夠小的時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，把排氣管的不穩(wěn)定流動(dòng)簡(jiǎn)化為準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)，把排氣過(guò)程視為間步長(zhǎng)內(nèi)，把排氣管的不穩(wěn)定流動(dòng)簡(jiǎn)化為準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)，把排氣過(guò)程視為排氣對(duì)容積為排氣對(duì)容積為V V3 3的容器準(zhǔn)穩(wěn)定流入和排出的過(guò)程。的容器準(zhǔn)穩(wěn)

4、定流入和排出的過(guò)程。1.1.排氣管容積排氣管容積V V3 3不變，不變， V V3 3= =排氣道容積排氣道容積+ +排氣歧管容積排氣歧管容積+ +排氣總管容積排氣總管容積+ +渦渦輪進(jìn)氣渦殼容積輪進(jìn)氣渦殼容積3.3.排氣從氣缸經(jīng)排氣閥流入排氣管，總是有排氣從氣缸經(jīng)排氣閥流入排氣管，總是有n n個(gè)氣缸依次流入同一根排氣個(gè)氣缸依次流入同一根排氣管。管。4.4.實(shí)際排氣成分變化很小，假定排氣過(guò)程排氣成分不變。實(shí)際排氣成分變化很小，假定排氣過(guò)程排氣成分不變。0mdd5.5.排氣的氣體常數(shù)變化很小，故去排氣的氣體常數(shù)變化很小，故去R R3 3= =常數(shù)常數(shù)。6.6.排氣管內(nèi)，排氣不對(duì)外做功。排氣管內(nèi)，

5、排氣不對(duì)外做功。3.2.23.2.2排氣管內(nèi)的基本微分方程排氣管內(nèi)的基本微分方程333331nAWAAAiid m udmdQdmhhdddd1 1）能量守恒方程）能量守恒方程331nAAiidmdmdmddd2 2）質(zhì)量守恒方程）質(zhì)量守恒方程33333p VmR T3 3）狀態(tài)方程）狀態(tài)方程1mvmddTdEdmuumdmcddd333331331nAWBmAAAivmidTdmdQdmddmuhhumdm cddddd3333331331nAWAAAividTdmdQdmdmhhudm cdddd1nAiidmd3WdQd3Admd排氣系統(tǒng)的散熱，排氣系統(tǒng)的散熱，排氣系統(tǒng)的進(jìn)氣，排氣系統(tǒng)的

6、進(jìn)氣，流出排氣系統(tǒng)的質(zhì)量變化率。流出排氣系統(tǒng)的質(zhì)量變化率。若為非增壓柴油機(jī)：若為非增壓柴油機(jī)：若為增壓柴油機(jī)：若為增壓柴油機(jī)：333123300333333321()()1kkkAdmkppu Fpdkpp 3331233443333321()()1kkkATTdmkppu Fpdkpp 3.2.33.2.3排氣系統(tǒng)中的散熱排氣系統(tǒng)中的散熱3WWAKWAWTdQdQdQdQddddAAKWAKpmdmTTdAcdTd 16WAKApmAKdQdmcTTdnd AKTAKTAAWAKpmdTdAdmTTcdAKAWAKpmdTdAdmTTcd AlnlnAKAKAKWAKWAKApmTTTTdm

7、cd expAKAKAKWAKWAKApmATTTTdmcd3.2.43.2.4排氣平均溫度排氣平均溫度柴油機(jī)重要參數(shù)之一。柴油機(jī)重要參數(shù)之一。非增壓柴油機(jī)：反應(yīng)熱負(fù)荷的大小。非增壓柴油機(jī)：反應(yīng)熱負(fù)荷的大小。增壓柴油機(jī)：根據(jù)排氣溫度計(jì)算排增壓柴油機(jī)：根據(jù)排氣溫度計(jì)算排氣能量。氣能量。1 1）時(shí)間平均值）時(shí)間平均值3331720cyctcyccycT dTT dd2 2）能量平均值）能量平均值3333pmcychpmcycdmcTddTdmcdd3 3）熱電偶平均值）熱電偶平均值33cycacyca T dTad333tahTTT3.33.3進(jìn)氣管中的熱力過(guò)程進(jìn)氣管中的熱力過(guò)程穩(wěn)定工況下，進(jìn)氣管

8、中壓力一般是為常數(shù)。穩(wěn)定工況下，進(jìn)氣管中壓力一般是為常數(shù)。增壓柴油機(jī)要考慮進(jìn)氣壓力波的影響。增壓柴油機(jī)要考慮進(jìn)氣壓力波的影響。過(guò)渡工況，進(jìn)氣容積對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)特性有延遲作用，過(guò)渡工況，進(jìn)氣容積對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)特性有延遲作用，因此要考慮進(jìn)氣系統(tǒng)中狀態(tài)隨時(shí)間變化。因此要考慮進(jìn)氣系統(tǒng)中狀態(tài)隨時(shí)間變化。222221nWKEKEiid mudQdmdmhhdddd3 3）能量守恒方程）能量守恒方程221nKEiidmdmdmddd1 1）質(zhì)量守恒方程）質(zhì)量守恒方程22222p VmR T2 2）狀態(tài)方程）狀態(tài)方程1mvmddTdEdmuumdmcddd222222221221nWmEKEKivmidQddTd

9、mdmdmuhhumdm cddddd2222221221nWEKEKividQdTdmdmdmhhudm cdddd3.43.4中冷器的計(jì)算中冷器的計(jì)算LELALWEWAWmmmmmm1 1）質(zhì)量守恒方程）質(zhì)量守恒方程WLLWQQQQ2 2）能量平衡方程）能量平衡方程LLPLLELAQmcTTWWPWWAWEQmcTTLWKLWQk AT當(dāng)量平均溫度。當(dāng)量平均溫度。:LWTdQk dATLPLLELAWPWWAWEmcTTmcTT11WPWLPLk dATmcmc由熱量平衡得：由熱量平衡得：LPLLWPWWmcdTmcdTdQLLPLdQdTmcWWPWdQdTmc兩者相減得：兩者相減得：1

10、1WLWPWLPLd TTdQmcmc11WPWLPLd Tk dATmcmc11WPWLPLd Tk dATmcmcmaxmin11KTTWPWLPLAd Tk dATmcmc1LELALPLTTmcQmaxmin11lnKWPWLPLTk ATmcmc1LELALPLTTmcQ11WAWELELAWPWLPLTTTTmcmcQlnWAWELELALWLAWEKLEWATTTTQTTTk ATTlnLAWEKWAWELELALEWATTk ATTTTTTQLWKck Aln()LWWAWELELALAWELEWAWPWWAWEcTTTTTTTTmcTTexp()LEWALAWELWLELAWEWAWPWWAWETTTTcTTTTmcTTWLLWQQQQLLPLLELAQmcTTWWPWWAWEQmcTTLPLLELAWAWEWPWmcTTTTmc.LWKLWQck AconstT計(jì)算中冷器的簡(jiǎn)化方法：計(jì)算中冷器的簡(jiǎn)化方法：-LELALEWETTTTLALELppp中冷器的壓力損失：中冷器的壓力損失：200LLLLmppm 0300500LpPa3 3進(jìn)排氣系統(tǒng)中的熱力過(guò)程計(jì)算進(jìn)排氣系統(tǒng)中的熱力過(guò)程