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直喷式柴油机工作过程模拟计算.pdf

直喷式柴油机工作过程模拟计算

complexman
2013-01-17 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《直喷式柴油机工作过程模拟计算pdf》,可适用于工程科技领域

第期NoOct年月内燃机InternalCombustionEngines业*介去土:::轰墓霓邃弋*护挤挤撰护君挤护护之介份矢一兔」火几火井中汾火价火妄今金釜、业公滋羹贪了斗女交又七扮火左盘众去份几二衷窦。、草·价尖今夫井自全几今兔华火厂‘火一火戈尖孕夹登炙矢今众忿关少关介众六兮盘兮盖火茸火登天勺矢全支餐盗普*盗火艺落弃彝戴雄麟瓢摹摘要:通过一个热力学模型对直喷式柴油机进行了工作过程的模拟计算建玉拚冀程序分析了结构、热力和运转参数对柴油机性能的影响在分析过程中相应提出了提高发动机性能的一些建议。关幼词:柴油机二作过程模拟性能rRR**$:TKIC献标识Q:A文童编号::一()一一SimulationCalculationofCombustionProcessesinaDirectInjectionDieselEngineNIPei一yong,SHIXiu一yong,MENGAm一xin(SchoolofPmverandEnergyEngineering,InnerMongoliaPe吻ethnicUniversity,Hohhot,China)Astrad:lhecombustionprocessinadirectinjectiondieselenginehasbeencalculated坷athemrodymurucmodelinthispaperAcalculationprogramofpowerperfounenceandmyperformanceofthedieselengineisdes电edItalsoanalyzestheeffectofstnrctumlpamrrarters,thermodynamicparametersandoperativeparametersontheperformanceinthedieselengineSomeadvicesonimprovingtheengineperformanceareputforwardinanabIsisKeywore:dieselengineconbustionprocesssimulationpmfom,ance引言在内燃机的研究工作中利用模拟计算不仅可以预测所设计的发动机的初步性能进行多方案的比较以期得到最佳方案而且可以减少试验的工作量节省开发研究费用。笔者对发动机工作过程作接近实际的模拟建立了一个适合柴油机工作过程计算的热力学模型软件采用VB编写。结合S柴油机的各项参数对直喷式柴油机进行了标定工况的模拟计算并计算了该工况下的柴油机的性能参数而且还分析了各种影响因素对柴油机性能的影响同时提出了提高发动机性能的一些建议。建立热力学模型模型的假定为了列出气缸内工质状态变化的方程式现取气缸作为一个热力系统进行考察研究系统的边界由活塞顶、气缸盖及气缸套壁组成。描述缸内工质状态变化的参数有压力P,温度孔质量m和气体的组成成分它们由能量守恒方程、质量守恒方程及状态方程联系起来这三个方程可以用来求解缸内压力、温度和质量三个参数。接下来实现从物理到数学的过程这里首先介绍一个导出缸内过程的基本微分方程的假设条件。a气缸内的状态是均匀的也就是不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差别并认为在进气期间流人气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合b工质为理想气体其比热、内能仅与气体温度和气体成分有关c气体流人或流出气缸为准稳定流动d进、出口的动能忽略不计e缸内工质在封闭过程中无泄露。建立徽分方程组基本微分方程组对热力学系统分别应用热力学第一定律、质量守恒定律以及气体状态方程建立如下通用方程组:LT二土(d占dQ,。dV二d占I'lldmLu)dg,武、dp’d"`dq’dp,’drp一df以d尸、dmd卯PV作者简介:倪培永(一)男江苏徐州人在读研究生研究方向为内燃机工作过程及节能技术。收稿日期:一伪一传热方程dQWd甲二‘扣j(n,“一T)万方数据第期倪培永等直喷式柴油机工作过程模拟计算换热系数采用霍亨伯格(Hohenberg)经验公式:可Kc,dQdTC,Up,cZ=C一(cCZ)代用燃烧规律计算HT(m、了T一B),十、己争‘。。甲一甲BvUO二口甲式中m为燃烧品质数刀。为燃烧效率m二为循环供油量TIC为燃烧起始角T为燃烧持续角其它有关方程见参考文献〔I)a模拟计算软件的建立软件以气缸内过程参数计算为主线输出气缸内参数(气缸压力p,温度T压力升高比dpdip,燃烧放热率dQld,p和瞬时过量空气系数。)随曲轴转角T变化的数据及柴油机动力性、经济性指标。整个循环可以分为压气期、燃烧期、膨胀期、排气期、气阀重叠期以及吸气期六个阶段前三个阶段进、排气阀都处于关闭状态可统称为高压阶段后三个阶段则为充量更换阶段。主程序要假定初始值模拟计算从进气阀关闭时刻开始一直逐步计算到下一个循环的进气阀关闭初始值和终了值应当一致否则将计算值作为初始值再重新计算反复迭代直至合理气阀重叠期计算步长选其余过程步长均选为算法采用四阶Runge一Kutta法计一算精度较高模拟计算结果分析运用本程序对其模拟计算计算结果如图一图所示。图为燃烧放热率曲线这里燃烧品质数m=此曲线很好地符合了实际燃烧规律。图、图分别为压力和温度随曲轴转角变化曲线图形趋势基本相符。压缩期压力p逐渐升高燃烧期压力急剧上升在T二'时达到最大值然后P开始下降膨胀期,P逐渐下降排气期、气门重叠期、进气期P基本不变。最高压力偏小主要是因为有空气滤清器、进气管阻力等的影响导致进气压力小进气密度小最终使燃烧过程中压力偏小。压缩期温度逐渐上升燃烧期温度急剧上升在lp二时达到最大值膨胀期、排气期、气门重叠期温度逐渐下降进气温度变化不大。但在纯排气后期温度下降不大。主要是由于瞬时换热系数中某些参数选择不佳而且活塞处于上行阶段使得温度下降不大。图为压力升高比随曲轴转角变化曲线图形曰厂习曰曰口口曰曰曰曰厂II门曰门门曰门曰曰厂E口口口口曰口门口巨r口门厂口曰曰曰曰厂「目巨厂门曰曰曰口口「旧口巨口曰门口巨口田厂巨口曰曰曰厂厅田厂厂曰门口门口匹口阵〔口口口口月目目巨目目巨目日目目王五、于巨巨医日日阵日巨日日「尸尸尸洽日阵日阵目日F日日医医日厂日尸目日「日日巨巨圈厂日阵曰日巨日目乒目冬目巨巨目fifi图燃烧放热率曲线梦lCA图气缸压力图曰门门门门曰曰曰门门门曰门曰口曰曰曰门门门曰门门门曰曰门曰干日门曰门曰曰曰曰门门干目门曰门曰曰曰门口旧曰曰曰门曰门口曰阿f网曰曰曰臼臼曰门厂刃厂门曰曰曰门门口曰曰门口曰门曰。。厂刃厂刁【万二巨三「一一{厂万厂习厂〕「口叮巨〕I二}厂二巨二巨二巨口口厂门巨l区一I二巨二}二}二【二l二厂二巨工应口t巨二〔二巨二口厂了厂「!二反乙〔二一巨二仁二一厂下厂二「刃口二巨二口『二巨二仁二厂二巨二口「工口}五巫仁三【二仁二口!一)曰}匡【二{二Q「下「二厂历厂}厂「一f万以}一厂一厂二区二厂丁巨二匹二!一「丫尸了「二巨二巨二「二!c斤二尸一l一「一「一卜I一t「二「一厂e^IPVCA图缸内温度变化图图压力升高比变化图万方数据内燃机年月趋势本与实际相符。点燃后压力升高比急剧上爪在p='时达到最大值接着又骤然下降达到最小后又升最后在附近变化。在转速‘=(rmin标定工况下模拟计算i实测的发动机一些性能参数的比较见表。由此可见模拟过程合理计算结果可靠表发动机性能参数模拟计竺与实of结奥hr娇比能参数指小效率专平均有效压力p,JM'a有效扮衅傲率g,g(kWh)一’有效功率N,kW模拟结果实测结果(经计算)c不断增加£将导致机械效率下降。因为。提高使气缸中最高燃烧压力增加。由此要使内燃机可靠上作必然使连杆质量增加从而造成连杆惯性力过大使q下降。d压缩比增加后期传热量和泄露量增加使e下降表为变压缩比的计算结果。表不同工况下的压缩比值〔)压缩比R有效功率有效燃油消耗平均有效N,kW率g,(gkW"h)抓力p,MPa指示效率有效效率,Xk参数分析在模拟计算时可以进行变参数分析为提高发动机性能提供依据。热力学参数对性能的影响进气温度爪新鲜的一C质受热而引起温升dT与进气温度式有关其传热量Qa与温差成正比。因此T升高时工质与气缸壁温差减小其传热量Qu与T也减小使得T,,T,的比值明显下降所以。增加。但缸内整体压力减小循环指示功减小平均有效压力减小有效功率减小同时指示燃油消耗率增加有效燃油消耗率增加整机性能变差。所以应力求降低进气温度进气压力P进气压力增大相当于增压进气密度增大循环指小功增大指示热效率增大有效效率增大有效燃们时肖耗率降低同时平均指示压力也增大以致有效功率增大而且新鲜空气量增大烩值增加最高温度减少增加零部件使用寿命NO、排放减少整机性能好。所以应力求增加进气压力。排气背压P排气背压大残余废气系数大充气效率低平均有效压力降低有效功率降低有效燃油消耗率增加整机性能差。所以应力求降低排气背压。结构参数对性能的影响压缩比£。增加压缩比可以提高工质的最高温度扩大循环的温度阶梯增加发动机的膨胀比从而使循环热效率“提高但提高幅度随。的增加而减小。b增加压缩比可导致最高循环压力P,急剧上升则对承载零件强度要求更高。这势必增加发动机质箭,降低发动机的使用寿命和可靠性配气定时进气提前角增大充气效率提高燃烧充分排气提前角增大口丁降低缸内压力减少气体运动的阻力即减少排气冲程消耗的功排气门开启过早会损失较多膨胀功是得不偿失的。运转参数对性能的影响转速‘a增加转速可以增加单位时间内每个气缸做功的次数因而可以提高发动机的输出功率。因此提高转速是提高发动机功率的一个有效措施。b转速的增长将导致燃烧恶化充气效率降低机械效率急剧降低发动机振动、噪声加剧等而且转速升高换气损失也增加冷却水温度T,冷却介质的温度直接影响到气缸壁各部分表面温度提高冷却介质的温度可以减少传热损失提高发动机经济性。结论a运用本程序对柴油机工作过程进行模拟其计算结果和实测值基本一致说明软件是可行的具有较高的精度。故该模V对分析柴油机的上作过程具有一定的指导意义。b本程序可以采用变参数形式输人可对不同tj号的柴汕机进行模拟计算。。用本程序进行变参数分析从模拟结果得知提高压缩比:可获得良好的动力性和经济性。〔参考文献〕(〕林杰伦内燃机工作过程数值计算(M)西安西安交通大学出版社(〕蒋德明内燃机原理〔闭西安:西安交通大学出版()周龙保内嫩机学〔M)西安:西安交通大学出版社万方数据

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