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1、精品_精品资料_内燃机工作过程运算一、 内燃机实际工作过程的数值运算1、基本原理与公式在推导气缸工作过程运算的基本微分方程式时,作如下的简化假定：不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差异,并认为在进气期间,流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合,缸内状态是匀称的,亦即为单区运算模型.工质为抱负气体,其比热、内能仅与气体的温度和气体的组成有关.气体流入或流出的气流为准稳固流淌.不计进气系统内压力和温度波动的影响.能量平稳方程式依据热力学第肯定律,得出能量守恒方程的一般形式如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_d mudQ BdQwdWhsdmsh dme可编辑资料
2、- - - 欢迎下载精品_精品资料_ddddddm：工质的质量u：工质比内能Q B ：燃烧放出的热量Q w ：通过系统边界传入或传出的热量W：作用在活塞上的机械功m s ：通过进气阀流入气缸的质量m e ：通过排气阀流出气缸的质量hs 和 h：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_d mum duu dmddduf T ,duu . dTu ddTdd可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dT1 dQBdQwp dVh dmsh dmeu dmmu d可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dmu Tdddsdddd可编辑资料 - -
3、 - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_质量平稳方程式通过系统边界的质量有：喷入气缸的瞬时燃油质量mB 、流入气缸的气体质量ms 及流出气可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_缸的气体质量 me ,质量平稳的微分方程可写为：dmdmBdmsdmedddd气体状态方程式pVmRT气缸工作容积可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_VVh 21 cos1 112 sin 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_21s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_sdVVhsinsincos.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精
4、品资料_ssd212 sin2180可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_V h 气缸工作容积（m3 ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_V气缸瞬时容积（s曲柄连杆比（dVm3 ）Ss2 L ）3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_气缸容积变化率 （ m /度）d传热运算公式气缸中的气体通过活塞顶面、气缸盖底面及气缸套的瞬时传热面进行热量传递.为简洁起可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_见,通常将整个传热面分为活塞、气缸盖及气缸套三部分,用三部分传热面的平均壁温及按位置平均瞬时传热系数进行传热量的运算,运算公式为：dQ3 dQ13可编辑资料 -
5、- - 欢迎下载精品_精品资料_wwFTT （ J/度）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dd6ngiwi可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_i 1i 1Fi : 传热表面积可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_i=1 和 i=2 活塞顶部和气缸盖D 21,2F（ m2 ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_i=3 气缸套43FDh （ m2 ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Twi：传热表面的平均温度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精
6、品_精品资料_i=1 活塞顶部Tw112030 pe273（k）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_i=2 气缸盖Tw 21007 pe273可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_i=3 气缸套Tw 31004pe273可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_注： pe为平均有效压力 pe30iVhnNe103（ bar）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_其中：
7、 为冲程数,N 额定功率 kw , V 为工作容积 m3 ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ehn 发动机转速（转 /分）,i 气缸数.传热系数体会公式：1、G Sitkei 公式p0.7C 0.72可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0.2051bmw/ mK 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dgT 0.20.3e可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_alf=0.205*1+b*powP/1000000,0.7*powCm,0.7/powT,0.2*powde,0.3;注： b：为系数.对直喷式的为 00.15,本设计选用.可编辑资料 -
8、 - - 欢迎下载精品_精品资料_d2Dhe无量纲.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_D4VhD 22 h（m） h 为活塞顶到气缸盖底面距离.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_snCm（m/s）活塞平均速度30p 气缸内工质肯定压力（ MPa）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_T 气缸内工质肯定温度（ K） 2、佛劳姆（ W.Pflanm）公式可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_g7.81 3 CmpTw /m2K 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_注：符号和单位同上燃烧规律对于一般性能猜测和增压柴油机的匹配运算,采纳代用燃
9、烧规律可满意要求.常常使用的代用燃烧函数是韦柏的半体会公式：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_x1e6.908 y m 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dx6.908 m d1 y emz6.908 ym 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_x：燃料燃烧百分比y：无因次时间函数 y0z0 ：燃烧起始角： 瞬时曲轴转角z ：燃烧连续角m：燃烧品质指数由此可算出气缸中燃料燃烧时的瞬时放热率可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dQBdxH u gb u（J/度）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ddgb ：每循环喷油量gNege
10、b30000ni（ kg）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_u ：燃烧效率,对于柴油机稳固运算,可取u1工质内能变化的运算柴油机工质为空气和燃烧废气的混合物,一般常用瞬时过量空气系数来表示,这样, 工质的内能可表示为两个变量的函数uf , T 可用于工质内能变化的体会公式许多,下面用的是Justi 公式：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_u144.550.09750.0485367.7683.3624489.646.421356.8可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_m0.75T273 100.8 T273 100.93T273 10可编辑资料 - -
11、- 欢迎下载精品_精品资料_（J/kg）机械功的运算公式dwp dV可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dd气缸温度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dT1 dQBdQwp dVh dmsh dmeu dmmu d可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dmu Tdddsdddd可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3、 气缸内各过程的运算运算一般从压缩始点开头, 压缩、燃烧和膨胀三部分为高压阶段, 从排气门打开到进气门打开为止为排气期,以及连续到气门迭开期,接着是连续到进气门关闭的吸气期,这三个时期为工质更换阶段.压缩期dm0, d0dddT1 d
12、Qwp dV 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_燃烧期dmu ddT可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_由于燃烧气缸内工质质量发生变化：dmdmB1dQB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ddHu任一时刻气缸内工质质量为：dmmLmB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_工质成分也因燃烧发生变化,瞬时过量空气系数mLdmLdQBl mdl m2 Hd可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可得：0B0Bu可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dT1 dQBdQwp dVu dmm
13、u d可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dmu Tddddd可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_膨胀期膨胀期气缸工质的质量不变,方程式和压缩期的一样,只是各项数值不同.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dT1 dQwp dV 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_d换气过程mu dd T可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dT1 dQwp dVh dmsh dmeu dmmu d可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dmu Tdmdmsdddmesdddd可编辑资料 - -
14、- 欢迎下载精品_精品资料_ddd可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dms,e d1s,e As ,es,e6 npuu可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2ku2 pd kku 1 pd kpdku2k1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ku1uupupuupuku1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_12k12kupdku2 k1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_uku1ku1upuku1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品
15、资料_下标 u 表示上游, d 表示下游. s 表示进气, e 表示排气.d1dmsdl0mB d4、 常微分方程的数值解法常用的数值解法有三种：欧拉法、改进欧拉法和龙格库塔法.欧拉法：TT dT2121d可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_改进欧拉法：T2T121 dT dTT 2 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_T 12dd龙格库塔法略5、 工作过程运算程序编程步骤（1） 定义初始和全局变量（2） 编写 Qb,Qw, dV, C ,Cv 各量的子函数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（3） 从进气门关闭角开头运算,第一给定该角度的气缸压力、温度、残
16、余废气系数（初始 条件）,运算出该角度下的体积、工质质量和（2）步骤的各子函数,以及该角度下的温度变化率 dT .d可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（4） 由式TT dT 运算2121d2角度的温度T2 ,通常取 21=1 度.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（5） 运算 2 角度的体积 V 、工质质量m2 ,再由 p2m2 RT2/ V2 运算此时的压力.返回可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_到步骤（ 3）,可依据 2 角度的值连续下一个角度的运算直到排气门打开,终止运算.（6） 将运算的结果储存到“”文件中.二、 应用 Lotus 软件运算内燃
17、机工作过程1、点图标进入 Lotus Engine Simulation 软件.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2、选 Lotus Engine Simulation 和 New blank.Sim file,新建一个模拟文件, OK,进入工作界面.3、点油箱图标,在右边设置为柴油 Diesel 和直喷 Direct Injection,油箱图标变为.4、建单缸柴油机模型,从左边的图标框里选取气缸、进排气管路元件,连接成下图的模型：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_5、点气缸图标,到右边表格中设置气缸参数 ,Bore 缸径,Stroke 行程,Cyl Swept
18、Volume 气缸排量, Con-rod Length 连杆长度, Pin off-set 活塞销偏置, Compression Ratio压缩比,Cleareance Volume 压缩间隙体积, Phase发火相位角.有些参数有重复关系,显示 为灰色.6、设置模型. Combustion Model 燃烧放热模型,选单 Wiebe 函数Open Cycle HT 和 Closed Cycle HT 开、闭循环壁面传热模型,选 Woschni 模型可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Surface Areas燃烧室表面面积, Head/Bore缸盖与气缸截面积比值 =1,Psit
19、on/Bore 活塞与气缸截面积比值 =1.4, Explosure liner 活塞上止点时缸套露出高度 =1mm.Surface Temperatues表面温度设置,采纳缺省设置,Head 缸盖、 Liner 缸套材料设为Cast Iron 铸铁.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_或依据自编程序运算得到的活塞、缸套、缸盖温度分别设置.Scavenge-Cylinder换气阶段扫气模型,采纳缺省设置.其它参数不用管.7、设置进排气系统参数点,设置进气门参数, Valve Open（deg）开启提前角, Valve Close deg关闭迟后角, Max Lift 最大气门升程
20、=9mm,其它不管.点,设置 No of Valves 进气门数量 =1,Valve Throat Dia 进气门座圈内径 =40mm.点,设置排气门参数, Valve Open（ deg）开启提前角, Valve Close deg关闭迟后角, Max Lift 最大气门升程 =9mm,其它不管.点,设置 No of Valves 进气门数量 =1,Valve Throat Dia 排气门座圈内径 =36mm. 进排气边界用缺省值.8、设计发动机运行工况条件点,点 Test Point, Insert New Test Poin,t 设置转速可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_点
21、 Heat-Phase,Phase option设为 User Defined,设置 Phase angle放热提前角为=5 度,即上止点前 5 度开头燃烧放热.点 Heat-Period,Period Option 设为 User Defined,设置 Release Period放热连续角=60 度.点 Fuelling,Combustion Option=Efficiency+Maldistribution ,Fuelling Option=Fuelling Rate,Fuelling Rate=25mm3/inj（ 循环体积喷油量,不同工况喷油量不同 ）点 Boundary Condi
22、tions,Humidity Option =Relative Humidity 相对湿度,设置 Relative Humidity=0.2 ,其它压力和温度条件为缺省值.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_9、储存和运行模型储存模型文件为 2.sim,有时候储存不胜利,可以先建一个同名文件掩盖储存.点,设置 Existing Data File Name 为本模型文件 2.sim,再点 Use .sim, 这样运算结果的文件就储存为同名文件2.mrs 和 2.prs.点,运行模型,跳出黑色运算窗口,运算终止后跳出运算结果调入窗口,勾上 1、2、4 号框, Load 载入 mrs
23、和 prs 文件.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_10、查看运算结果退回到主界面后,点可以查看运算结果的文本格式文件.要看懂里面的数据需要肯定的专业英语基础.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_点,可以查看转矩、功率、平均有效压力（ BMEP）等随转速的变化关系曲线.由于本例只算一个转速工况点,在图上只能看到一个点.点,可以查看发动机在一个循环内的变化情形.进入界面后,在右边的坐标图中点右键,显现弹出菜单.点.prs File Add.载入运算对应的结果文件 2.prs1,点左边模型中的气缸图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_标,右边的坐标中将显示气缸
24、内的压力、温度随转角的变化曲线.连续使 用右键弹出菜单,点 Autoscale All Graphs 使 4 个图的比例尺为自动,就曲线完整显示.如要显示其它的信息,如缸内放热速率和壁面传热率,就继续使用右键弹出菜单,点 .prs Graph Status图片状态,把 Graphs中第 3、4 行的内容改为 Combustion Energy Release Rate和 Heat Transfer Rate,点 Apply 和 Autoscale 后显示为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_如要输出缸压数据,挑选右键弹出菜单的List line Value,然后储存文本.或者,在 File-Export: Gas force 输出文件也可以.可编辑资料 - - - 欢迎下载