內(nèi)燃機(jī)工作過程計算指導(dǎo)書

內(nèi)燃機(jī)工作過程計算一、內(nèi)燃機(jī)實際工作過程的數(shù)值計算1、 根本原理與公式在推導(dǎo)氣缸工作過程計算的根本微分方程式時，作如下的簡化假定：氣與氣缸內(nèi)的剩余廢氣實現(xiàn)瞬時的完全混合，缸內(nèi)狀態(tài)是均勻的，亦即為單區(qū)計算模型。②工質(zhì)為抱負(fù)氣體，其比熱、內(nèi)能僅與氣體的溫度和氣體的組成有關(guān)。③氣體流入或流出的氣流為準(zhǔn)穩(wěn)定流淌。④不計進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)壓力和溫度波動的影響。⑴能量平衡方程式依據(jù)熱力學(xué)第確定律，得出能量守恒方程的一般形式如下：d(mu) dQ

dQ

dm dm B w

sh ed d d u：工質(zhì)比內(nèi)能

sd dQ ：燃燒放出的熱量BQ ：通過系統(tǒng)邊界傳入或傳出的熱量wW：作用在活塞上的機(jī)械功m：通過進(jìn)氣閥流入氣缸的質(zhì)量sm：通過排氣閥流出氣缸的質(zhì)量ehh：分別為進(jìn)氣閥前和氣缸內(nèi)氣體的比焓s....1Qd(mu)mduudmd d dQuf(T,)seduu.dTudsed T d dBdT 1 (dQB

dQ pdVh

dm hdm

udmmud)wd m(u) d d wT⑵質(zhì)量平衡方程式

s d d d d通過系統(tǒng)邊界的質(zhì)量有：噴入氣缸的瞬時燃油質(zhì)量mB

、流入氣缸的氣體質(zhì)量ms

及流出氣缸的氣體質(zhì)量me

，質(zhì)量平衡的微分方程可寫為：dm dm dm dmddB

ds

de⑶氣體狀態(tài)方程式pVmRT⑷氣缸工作容積V 2 1sincos12sin2ssV h[ 1cos (1 sincos12sin2ss2 1 sdV V h(sin ).d 2

180V 氣缸工作容積〔m3〕hV 氣缸瞬時容積〔m3〕 曲柄連桿比〔s

S 〕2LdV 氣缸容積變化率〔m3/度〕d⑸傳熱計算公式氣缸中的氣體通過活塞頂面、氣缸蓋底面及氣缸套的瞬時傳熱面進(jìn)展熱量傳遞。為簡潔起位置平均瞬時傳熱系數(shù)進(jìn)展傳熱量的計算，計算公式為：wdQ 3w

dQ w

3

T) 〔J/度〕di1

d 6n

g i wii1F:傳熱外表積ii=1i=2活塞頂部和氣缸蓋F1,2

D24

〔m2〕i=3氣缸套F3

Dh〔m2〕T ：傳熱外表的平均溫度wii=1活塞頂部Tw1i=2氣缸蓋 T

12030pe1007p

273 〔k〕273w2 ei=3氣缸套 T 1004p

273w3

e30Ne

〔bar〕e e iVh

n103其中：Ne

額定功率(kw)，Vh

為工作容積m3)，n發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速〔轉(zhuǎn)/分，i傳熱系數(shù)閱歷公式：1、G．Sitkei公式 0.205(1b)g

p0.7C0.7mT0.2d0.3me

(w/(m2gK))alf=0.205*(1+b)*pow((P/1000000),0.7)*pow(Cm,0.7)/(pow(T,0.2)*0.09。2Dh

pow(de,0.3));deD2h4V

無量綱。hD2

〔m〕h為活塞頂?shù)綒飧咨w底面距離。C sn〔m/s〕活塞平均速度m 30p氣缸內(nèi)工質(zhì)確定壓力〔MPa〕T氣缸內(nèi)工質(zhì)確定溫度〔K〕2、 佛勞姆〔W.Pflanm〕公式 g m

pT (w/(m2gK))注：符號和單位同上⑹燃燒規(guī)律代用燃燒函數(shù)是韋柏的半閱歷公式：x1e6.908ym1dx m16.908d z

yme6.908ym1x：燃料燃燒百分比

0z：燃燒起始角0：瞬時曲軸轉(zhuǎn)角：燃燒持續(xù)角zm：燃燒品質(zhì)指數(shù)由此可算出氣缸中燃料燃燒時的瞬時放熱率BdQ Hg dx 〔J/度〕Bd u

budg：每循環(huán)噴油量 gb

Nege 〔kg〕30000ni ：燃燒效率，對于柴油機(jī)穩(wěn)定運算，可取 1u u⑺工質(zhì)內(nèi)能變化的計算柴油機(jī)工質(zhì)為空氣和燃燒廢氣的混合物，一般常用瞬時過量空氣系數(shù)來表示，這樣，工質(zhì)的內(nèi)能可表示為兩個變量的函數(shù)uf(,T)可用于工質(zhì)內(nèi)能變化的閱歷公式很多，下面用的是Justi公式：u

0.0485 3.36 46.4 )T 27)16 (7.768 )T 27321 m

0.8

0.93〔J/kg〕⑼氣缸溫度

dwpdVd dT 1

dQ

dV

dm dm ud ( B wp h sh eu m )d m(u) d d T3、氣缸內(nèi)各過程的計算

s d d d d氣門翻開為止為排氣期，以及連續(xù)到氣門迭開期，接著是連續(xù)到進(jìn)氣門關(guān)閉的吸氣期，這三個時期為工質(zhì)更換階段。⑴壓縮期dm0,d0d ddT 1 dQ dV

d u m(T)

由于燃燒氣缸內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量發(fā)生變化：dm dm 1 dQddBHu

dB任一時刻氣缸內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量為：mm mL B工質(zhì)成分也因燃燒發(fā)生變化，瞬時過量空氣系數(shù)mL

m dQL B可得：

lm d l0 B

m2H dB udT 1

dQ

dV dm udd u m(T)

dwpd

ud

md)⑶膨脹期膨脹期氣缸工質(zhì)的質(zhì)量不變，方程式和壓縮期的一樣，只是各項數(shù)值不同。

dTd

1 um(T)

dQdw

dV)ddT 1 dQ

dV

dm dm ud ( wp

h

h eu m )d m(u) T

d sd

d d ddmd

dm

dmdms,e

1 Apd p

s,e

s,e

s,e u u2kk 1 pu[( d)2kk 1 pu[( d)k ( d)k ]p2p uk1uuupuup

k2)k12up k 1 u((

u uud( )kuud( )kuk 1 k 1 p k 1 uu u u u下標(biāo)u表示上游，d表示下游；s表示進(jìn)氣，e表示排氣。d 1 dmdlm0 B

ds4常用的數(shù)值解法有三種：歐拉法、改進(jìn)歐拉法和龍格—庫塔法。⑴歐拉法：T T2 1

2

)dT1 d

dT dTT 2 1

2 1[( )2

(d)T2]⑶龍格—庫塔法(略)5定義初始和全局變量，Cv各量的子函數(shù)....10〔初始條件，計算出該角度下的體積、工質(zhì)質(zhì)量和〔2〕dT。d由式T

dT計算

角度的溫度T，通常取=1度。2 1 2

1 d 2

2 2 1計算2

角度的體積V、工質(zhì)質(zhì)量m2

，再由p2

mRT2

/V計算此時的壓力。返回2到步驟3，可依據(jù)角度的值連續(xù)下一個角度的計算直到排氣門翻開，完畢計算。2將計算的結(jié)果保存到“outdata.txt”文件中。1、點圖標(biāo)LotusEngineSimulation軟件。二、1、點圖標(biāo)LotusEngineSimulation軟件。SimulationNewblank.Simfile，建一個模擬文件，OK，進(jìn)入工作界面。3、點油箱圖標(biāo)Diesel3、點油箱圖標(biāo)DieselDirectInjection，油箱圖標(biāo)變?yōu)?。Swept氣缸排量，Con-rodLength連桿長度，Pinoff-set活塞銷偏置，CompressionRatio壓縮為灰色。、設(shè)置模型。CombustionModelWiebe函數(shù)OpenCycleHTClosedCycleHTWoschni模型與氣缸截面積比值=1.4，Explosureliner活塞上止點時缸套露出高度=1mm。外表溫度設(shè)置，承受缺省設(shè)置，Head缸蓋、Liner缸套材料設(shè)為CastIron鑄鐵。或依據(jù)自編程序計算得到的活塞、缸套、缸蓋溫度分別設(shè)置。Scavenge-Cylinder換氣階段掃氣模型，承受缺省設(shè)置。其它參數(shù)不用管。點Valve點ValveOpen〔deg〕開啟提前角，ValveClose(deg)關(guān)閉遲點，設(shè)置NoofValves進(jìn)氣門數(shù)量=1，點，設(shè)置NoofValves進(jìn)氣門數(shù)量=1，ValveThroatDia進(jìn)氣門座圈內(nèi)徑=40mm；點ValveOpen〔deg〕開啟提前角，點ValveOpen〔deg〕開啟提前角，ValveClose(deg)關(guān)閉遲點進(jìn)排氣邊界用缺省值。點，點Test點，點TestPoint，InsertNewTestPoint，設(shè)置轉(zhuǎn)速點Heat-Phase，Phaseoption設(shè)為UserDefinedPhaseangle放熱提前角為=55度開頭燃燒放熱。點Heat-Period，PeriodOption設(shè)為UserDefinedReleasePeriod放熱持續(xù)角=60度。點Fuelling，CombustionOption=Effi