第十二章內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程計(jì)算講解課件

內(nèi)燃機(jī)學(xué)內(nèi)燃機(jī)學(xué)1第十二章內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程計(jì)算第一節(jié)

內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型第二節(jié)柴油機(jī)實(shí)際工作過(guò)程的循環(huán)數(shù)值計(jì)算

一.基本微分方程

二.氣缸內(nèi)實(shí)際工作過(guò)程的計(jì)算

三.進(jìn)、排氣系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程的計(jì)算第三節(jié)

汽油機(jī)實(shí)際工作過(guò)程的循環(huán)數(shù)值計(jì)算內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程三維仿真

目的與要求： 1.熟悉內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)單的工作過(guò)程計(jì)算法及有關(guān)因素的考慮方法2.熟悉內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)燃燒及進(jìn)排氣總管內(nèi)流動(dòng)計(jì)算的方法3.熟悉汽油機(jī)采用雙區(qū)模型的原因及處理方法

第十二章內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程計(jì)算第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型目的與2引言國(guó)外情況：仿真計(jì)算70~80%高可信度、高水平計(jì)算的條件：(1)模型模擬精度高；模型被廣泛驗(yàn)證、問(wèn)題考慮全面；(2)以大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)；(3)以全面、完整、大型數(shù)據(jù)及模型庫(kù)為支撐；(4)計(jì)算工具先進(jìn)。GT-POWER；BOOST；FIRE；KIVA

引言國(guó)外情況：仿真計(jì)算70~80%3第一節(jié)

內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型一．單區(qū)模型（零維模型——熱力學(xué)模型）柴油機(jī)dT/dτ=f(τ,T)；或dt/dφ=f(φ,T)二．雙區(qū)模型（兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子區(qū)——零維模型）汽油機(jī)dTi/dτ=f(τ,Ti)；或dTi/dφ=f(φ,Ti)；i=1,2三．多區(qū)模型dTi/dτ=f(τ,Ti)；或dTi/dφ=f(φ,Ti)；i=1,2，……，nFlueNT，KIVA等以有限差分方法為基礎(chǔ)的模型屬于此。Flotran/Ansys等以有限元方法為基礎(chǔ)的模型也基本屬于此。但有限元法在每個(gè)區(qū)內(nèi)的參數(shù)可以非均布多維。第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型一．單區(qū)模型（零維模型——熱力學(xué)模型4第一節(jié)

內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型四．準(zhǔn)維模型目的：建立內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)與氣流、噴霧、燃燒過(guò)程（非零維過(guò)程）之間的關(guān)系，用來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)、運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)變化后的燃燒特性。作為補(bǔ)充，可以預(yù)估與空間參數(shù)不均勻（流動(dòng)、混合氣濃度、溫度等）引起的部分性能（排放、燃燒、傳熱、爆振等）的變化。準(zhǔn)維模型有：油氣模型、油滴模型、燃燒模型等這類模型的基礎(chǔ)是試驗(yàn)觀察和物理猜測(cè)，模型的數(shù)學(xué)求解比較簡(jiǎn)單。耦合到零維空間后，一般假設(shè)參數(shù)變化并不因耦合而變化。第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型四．準(zhǔn)維模型準(zhǔn)維模型5第一節(jié)

內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型五．一維模型參數(shù)=f(參數(shù)，τ或φ，x)為利用波動(dòng)效應(yīng)，需要計(jì)算進(jìn)排氣管內(nèi)的壓力波。p=f(x,φ,p)偏微分方程：?p/?x=f(x，φ，p)；?p/?φ=f(x，φ，p)；求解困難得多。目前多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能預(yù)測(cè)軟件中的進(jìn)排氣管、供油油管等管路的計(jì)算采用一維模型。六．二維、多維模型參數(shù)或其導(dǎo)數(shù)=f(參數(shù),τ或φ，x，y，z)；如p=f(x,y,z,φ,p,T)葉輪的三元流計(jì)算。多為專用軟件。第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型五．一維模型六．二維、多維模型6第一節(jié)

內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型

本章主要以柴油機(jī)的單區(qū)模型、汽油機(jī)的雙區(qū)模型為基礎(chǔ)簡(jiǎn)單介紹其工作過(guò)程計(jì)算。簡(jiǎn)單工作過(guò)程計(jì)算的意義：（1）是基礎(chǔ)，任何內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程、性能計(jì)算其基礎(chǔ)問(wèn)題是一樣的。各階段的處理特點(diǎn)也相同。初始參數(shù)、邊界條件的選取也一樣。（2）簡(jiǎn)單工作過(guò)程計(jì)算對(duì)預(yù)測(cè)內(nèi)燃機(jī)總體性能參數(shù)（如：功率、轉(zhuǎn)矩、油耗率等）精度很高，是新機(jī)型設(shè)計(jì)初期必需的研究工作。（3）可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)整特性進(jìn)行較高精度的研究。

因此高水平的軟件，如GT-POWER、BOOST、WAVE其核心即為一簡(jiǎn)單內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程計(jì)算（零維）+部分準(zhǔn)維噴霧等模型+管道內(nèi)的一維流動(dòng)。第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型本章主要以柴油機(jī)的單區(qū)模型、7第二節(jié)柴油機(jī)工作過(guò)程計(jì)算對(duì)象：四沖程直噴柴油機(jī)缸內(nèi)計(jì)算

總體性能指標(biāo)第二節(jié)柴油機(jī)工作過(guò)程計(jì)算對(duì)象：8分析

(a)指示指標(biāo)+機(jī)械損失（效率）（已經(jīng)介紹）→有效指標(biāo)(b)氣體狀態(tài)方程→pV=mRT→實(shí)際氣體→修正系數(shù)ZpV=ZmRT ★1**只要得到一個(gè)方程只含一個(gè)未知數(shù)P→解決問(wèn)題！指示指標(biāo)←示功圖←P=f(V)；P=f(φ)←缸內(nèi)循環(huán)壓力P分析(a)指示指標(biāo)+機(jī)械損失（效率）（已經(jīng)介紹）9分析

pV=ZmRT ★1(c)實(shí)際氣體修正系數(shù)Z=f(T，λ)，←經(jīng)驗(yàn)公式(d)瞬時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)λ（）的定義：λ=mL/(?0*mB)=(m-mB)/(?0*mB)；mL—缸內(nèi)空氣量mB—缸內(nèi)燃料量(廢氣量要折合成燃料量)m—缸內(nèi)總質(zhì)量

?0—理論空燃比mL、mB——可由：進(jìn)排氣準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)計(jì)算、掃氣模型、噴油規(guī)律模型(放熱規(guī)律)定。**有了一個(gè)方程，但有三個(gè)未知數(shù)P、T、m分析pV=ZmRT ★1**有了一個(gè)方程，但有10分析

需要：T=f(φ),m=f(φ)→P=f(φ)(e)質(zhì)量m←質(zhì)量守恒:Δm=0；質(zhì)量的變化由進(jìn)排氣準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)計(jì)算；掃氣模型；噴油規(guī)律模型(放熱規(guī)律)計(jì)算確定；(f)能量守恒方程：ΔΕ=0分析需要：T=f(φ),m=f(φ)→P=f(φ11假設(shè)計(jì)算基礎(chǔ)：基本微分方程

（1）單區(qū)模型假設(shè)（零維假設(shè)）（2）工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)；λ—瞬時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)—反映氣體組成。CV，Cp，比內(nèi)能u，工質(zhì)焓h，hs，R,Z等=f(T，λ)（3）氣體流入或流出氣缸為準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)（4）不計(jì)進(jìn)排氣系統(tǒng)內(nèi)壓力和溫度波動(dòng)的影響目的：預(yù)估柴油機(jī)的總體性能指標(biāo)（單區(qū)模型）假設(shè)計(jì)算基礎(chǔ)：基本微分方程（1）單區(qū)模型假設(shè)（零維假設(shè)）目12基本方程

（1）實(shí)際氣體氣體狀態(tài)方程：

pV=ZmRT★1

（2）質(zhì)量守恒方程：dm/d=dmB/d+dms/d+dme/d★2

（3）能量守恒方程：dU/d=dQB/d+dQW/d+dW/d+hsdms/d+hdme/d★3

dQw/ddQB/ddmB/dhSdmS/dhdme/ddU/ddm/ddW/d基本方程（1）實(shí)際氣體氣體狀態(tài)方程：（2）質(zhì)量守恒方程：13基本方程

（1）實(shí)際氣體狀態(tài)方程：pV=ZmRT ★1

（2）質(zhì)量守恒：dm/d=dmB/d+dms/d+dme/d★2

（3）能量守恒：dU/d=dQB/d+dQW/d+dW/d+hsdms/d+hdme/d★3

dW/d=-pdV/d

dU/d=d(mu)/d=udm/d+mdu/d

*1全微分：du/d=du(T,λ)/d=?u/?T*dT/d+?u/?λ*dλ/d

上述全微分代入*1式，再代入能量守恒方程，經(jīng)推導(dǎo)可得：

dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d++hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d)★

基本方程（1）實(shí)際氣體狀態(tài)方程：pV=ZmRT 14基本方程分析dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d++hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d) ★

（1）m、dm/d——噴油規(guī)律；質(zhì)量守恒；掃氣模型

（3）?u/?T、hs、h、u、?u/?λ、dλ/d=f(T，λ)——已知

（4）瞬時(shí)過(guò)量空氣系數(shù):λ=mL/(?0*mB)=(m-mB)/(?0*mB)——噴油規(guī)律；質(zhì)量守恒；掃氣模型

（5）dQB/d——噴油規(guī)律、放熱規(guī)律

（6）dQW/d——缸內(nèi)傳熱

（2）dms/d、dme/d——進(jìn)排氣準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)計(jì)算

（7）pdV/d——p—實(shí)際氣體氣體狀態(tài)方程；dV/d—內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算

★式

dT/d=f（T,）

基本方程分析dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d15dT/d=f（T,）解法思路簡(jiǎn)介

數(shù)值解法：離散法。（1）離散。將時(shí)間區(qū)域離散化，步長(zhǎng)=i+1-i0,1,…i-1,i,i+1,…

（2）分段擬合。分段低次函數(shù)代實(shí)際函數(shù)。（折線→曲線）（3）每段內(nèi)可分段或分幾段積分求和。常微分方程求解：（初值問(wèn)題）dT/d=f（T,）初值：T(0)=F(T,0)=T0dT/d=f（T,）解法思路簡(jiǎn)介數(shù)值解法：離散法。常微161．歐拉折線法1．歐拉折線法：用

i點(diǎn)的斜率f（Ti,i）代替i～i＋1段上的斜率。

0123TT0T1T2T3T=F()常微分方程求解：（初值問(wèn)題）dT/d=f（T,）初值：T(0)=F(T,0)=T01．歐拉折線法1．歐拉折線法：0123TT0T1T172.改進(jìn)歐拉法2.改進(jìn)歐拉法用i點(diǎn)和i＋1點(diǎn)斜率的均值代替該段上的斜率0123TT0T1T2T3T=F()需要迭代在曲線斜率作為縱坐標(biāo)T’=dT/d=f（T,）—的圖中歐拉法用矩形面積代替實(shí)際積分面積；而改進(jìn)歐拉法用梯形代替

T’=dT/d=f(T,)ii+12.改進(jìn)歐拉法2.改進(jìn)歐拉法0123TT0T1T183．Runge-Kutta法為了提高精度，同時(shí)降低計(jì)算次數(shù)（不迭代）。T’=dT/d=f(T,)ii+1思路：用幾條接近實(shí)際斜率曲線的水平線（斜率）的線形組合代替此段斜率曲線。常用的是4階Runge-Kutta法。由4條（在T’上為水平線）線組合：T1’T4’T2’T3’/6/6/3/33．Runge-Kutta法為了提高精度，同時(shí)降低計(jì)19基本方程各項(xiàng)計(jì)算dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d+

+hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d) —→已推出dT/d=f（T,） —→已會(huì)解

工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)=f(T，)①瞬態(tài)氣體常數(shù)R基本方程各項(xiàng)計(jì)算dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/20工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)②瞬態(tài)定容平均比熱容Cvm工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)②瞬態(tài)定容平均比熱容Cvm21工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)③瞬態(tài)絕熱指數(shù)k工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)③瞬態(tài)絕熱指數(shù)k22工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)④比內(nèi)能u工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)④比內(nèi)能u23工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)⑤焓h工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)⑤焓h24（1）氣缸工作容積：dV/ddT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d+

+hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d)（1）氣缸工作容積：dV/d

（1）氣缸工作容積：dV/ddT/d=1/(m?u/?T25（2）進(jìn)氣質(zhì)量流：dms/d進(jìn)氣均為亞臨界流動(dòng)s=a-b(hv/Dv)chv—?dú)忾T瞬時(shí)升程Dv—?dú)忾T閥盤內(nèi)徑fs—進(jìn)氣門瞬時(shí)幾何流通截面積（2）進(jìn)氣質(zhì)量流：dms/d進(jìn)氣均為亞臨界流動(dòng)s=a-b26（2）排氣質(zhì)量流：dme/d當(dāng)（p/pT）>[(k+1)/2]k/(k-1)~1.9時(shí)為超臨界流動(dòng)。流動(dòng)和壓差無(wú)關(guān)當(dāng)（p/pT）≤[(k+1)/2]k/(k-1)時(shí)為亞臨界流動(dòng)（2）排氣質(zhì)量流：dme/d當(dāng)（p/pT）>[(k+1)/27（3）傳熱計(jì)算：dQW/d其中：充量更換時(shí)取c1=6.18+0.417cu/vm；壓縮和膨脹沖程取c1=2.28+0.308cu/vm；c2=3.24×10－3m/(s.K)cu＝πDnD氣道在穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上的空氣圓周速度nD－氣道穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上的風(fēng)速儀轉(zhuǎn)速；V1－壓縮開(kāi)始時(shí)工質(zhì)容積；Vs－氣缸工作容積；p－燃燒時(shí)工質(zhì)的壓力；T－燃燒時(shí)工質(zhì)的溫度；p1－壓縮開(kāi)始時(shí)工質(zhì)的壓力；T1－壓縮開(kāi)始時(shí)工質(zhì)的溫度；p0－沒(méi)有燃燒時(shí)工質(zhì)的壓力；vm－活塞平均速度；D－氣缸直徑。（3）傳熱計(jì)算：dQW/d其中：充量更換時(shí)取c28（4）燃燒放熱規(guī)律：dQB/d；放熱率dx/ddQB/d=Hu*gf*ηM*dx/dx—已燃燃料的百分比；dx/d—放熱率0—燃燒起始角；Z—燃燒持續(xù)角m—燃料品質(zhì)系數(shù)。

（4）燃燒放熱規(guī)律：dQB/d；放熱率dx/ddQB/d29（4）燃燒放熱規(guī)律：雙韋伯公式

x=x1+x2=1-exp{-6.908*[(-0)/ZP](mp+1)}(1-Qd)+1-exp{-6.908*[(-0-τ)/Zd](md+1)}Qd-(擴(kuò)散燃燒比例)

噴油→定質(zhì)量變化dmB/d與放熱規(guī)律→定dQB/d。兩種規(guī)律原則不同，但噴油規(guī)律與燃燒質(zhì)量規(guī)律的差別對(duì)總體參數(shù)的預(yù)估影響較小。低速機(jī)多為單峰，單峰也可用雙韋伯公式（精確）；目前，為了降低排放，著火已經(jīng)在上止點(diǎn)后，速燃期燃燒量少，雙峰不明顯，用單韋伯公式也較精確。幾何供油規(guī)律實(shí)際噴油規(guī)律燃燒規(guī)律噴油延遲著火延遲φ（4）燃燒放熱規(guī)律：雙韋伯公式x=x1+x2=1-exp{30（4）燃燒放熱規(guī)律：雙韋伯公式機(jī)型QdZP/℃AdP/℃A高速開(kāi)式燃燒室增壓0.6~0.814~1865~80高速半開(kāi)式燃燒室0.6~0.816~2065~80中速增壓0.6~0.812~1460~75低速增壓0.6~0.830~4050~70高速預(yù)燃室燃燒室0.6~0.814~1880~95Qd、ZP、dP推薦值dx/dφQpQdmpmdτφZ(yǔ)dφZ(yǔ)PφZ(yǔ)φ（4）燃燒放熱規(guī)律：雙韋伯公式機(jī)型QdZP/℃AdP/℃31（4）燃燒放熱規(guī)律：余弦放熱率曲線x=0.5*(1-cosπ[(-0)/ZP])

滯燃期的計(jì)算公式研究者計(jì)算公式1.H.H.WolferID=0.44p-1.19exp(4650/T)2.N.Watson-M.MarzoukID=3.52p-1.02exp(2100/T)3.Henein-BoltID=0.146exp(5250/RT)4.SitkeiID=0.5+(0.133p-0.7+4.63p-1.8)exp(375648/RT)5.江少軍，顧宏中ID=0.1+2.672p-0.87exp(1967/T)6.J.H.ShipinskiID=0.0271(40/CN)0.69p-0.386exp(8360/T)7.K.C.Tsao(曹克誠(chéng))ID=(123/p+0.415)[(-36.3/T+0.0222)n+(47.45/T*103-26.66)+(T/1000-1.45)*(1000-n/60)]8.HiroyasuID=4*10-3p-2.5Φ-1.04exp(4000/T)（4）燃燒放熱規(guī)律：余弦放熱率曲線x=0.5*(1-cosπ32（5）平均機(jī)械損失壓力：pmm

pmm=0.0062+0.016pzmax+0.00003n (MPa)

為了由指示指標(biāo)有效指標(biāo)機(jī)械損失（效率）pmm=6.7D-3.29+89D-0.945[1-(n/n0)2] (D—mm；bar)

pmm=D-0.1778（0.0855vm+0.0789pme-0.214)(D—m；kgf/cm2)

（5）平均機(jī)械損失壓力：pmmpmm=0.0062+0.033二.氣缸內(nèi)實(shí)際工作過(guò)程的計(jì)算(1)壓縮期與(2)膨脹期

dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d+

+hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d)dm/d=dmB/d+dms/d+dme/dpV=ZmRT沒(méi)有質(zhì)量得流入和流出dm/d=0；dms/d=0；dme/d=0；dmB/d=0也沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生dQB/d=0

；

dλ/d=0；λ=constdT/d=1/(m?u/?T)*(dQW/d-pdV/d)二.氣缸內(nèi)實(shí)際工作過(guò)程的計(jì)算(1)壓縮期與(2)膨脹期d34(3)燃燒期dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d+

+hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d)dms/d=0；dme/d=0不考慮著火延遲，不考慮噴油規(guī)律與燃燒放熱規(guī)律不同造成的質(zhì)量變化差異（兩者并不一樣）dm/d=dmB/d=1/Hu*dQB/d空氣量沒(méi)有變mL=Const，dmL/d=0

（化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物要折算回去）

λ=mL/(?0*mB)dλ/d=1/(?0*mB)(dmL/d-mL/mB*dmB

/d)=-mL/(?0*mB2*Hu)*dQB

/d)dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d)(3)燃燒期dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/35(4)換氣階段缸內(nèi)是均值的：（完全混合模型）微分方程內(nèi)除dQB/d=0（無(wú)燃燒）外，項(xiàng)項(xiàng)俱全純排氣：λ=Const；dλ/d=0；dmB/d=mB/(mB+mL)dme/d；dmL/d=mL/(mB+mL)dme/d

盡管dmB/d0；但是dQB/d=0（無(wú)燃燒）純進(jìn)氣：燃料量mB=Const；dmB/d=0；dmL/d=dms/ddλ/d=1/(L0mB)dmL/d=1/(L0mB)dms/d(4)換氣階段缸內(nèi)是均值的：（完全混合模型）純排氣：純進(jìn)36掃氣簡(jiǎn)單的處理方法：掃氣可以想象成先分成n段，每段再等分成兩段：前一段排氣，后一段進(jìn)氣。前一段排氣λ=Const，后一段進(jìn)氣λ將變化，但變化率計(jì)算方法

dms/d(/2)=2dms/d

再由/2均布到

流量依然為dms/d，但燃料量要減去排出的量dmB=ΔmBdλ/d=1/[L0(mB+dmB)]dms/d；如果間隔足夠小可不考慮dmB的影響dmB<<mB。

dλ/d1/(L0mB)dms/d

和純進(jìn)氣不同，每步mB在變掃氣簡(jiǎn)單的處理方法：dms/d(/2)=2dms/d再37計(jì)算流程

讀入原始數(shù)據(jù)確定計(jì)算步長(zhǎng)，V，V，fBμB，fSμS等計(jì)算初始值，壓縮起點(diǎn)始燃燒開(kāi)始？燃燒結(jié)束？排氣閥開(kāi)？排氣閥關(guān)？開(kāi)始x，QBm，Qw，W=pVmemB，hmemB、x=0進(jìn)氣閥開(kāi)？YNYNYNYNmS，hS，Y=0x，，mN解方程求：T，T，m，x，，P循環(huán)完成？NY校核p，誤差5%？N計(jì)算性能Y校核Pe，誤差1%？N輸出，p，T結(jié)束Y計(jì)算流程讀入原始數(shù)據(jù)確定計(jì)算步長(zhǎng)，計(jì)算初始值，壓縮起點(diǎn)始燃38三.進(jìn)、排氣系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程的計(jì)算缸內(nèi)工作過(guò)程計(jì)算暗含了一條假設(shè)：進(jìn)出氣缸環(huán)境壓力與溫度是一定的、已知的。1．容積法：進(jìn)排氣管內(nèi)的壓力取決于氣體對(duì)容器的填充排出。將不穩(wěn)定流動(dòng)作為準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)處理，只能考慮壓力隨時(shí)間的變化，不能考慮其隨空間的變化。2．假設(shè)：（1）零維模型

（2）工質(zhì)物性參數(shù)=f(TT，λT)；λT—瞬時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)

（3）氣體流入或流出為準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)

3．適用范圍

對(duì)恒壓增壓系統(tǒng)的排氣管計(jì)算；對(duì)低速短進(jìn)氣管、總管容積大的柴油機(jī)（不考慮脈動(dòng)效應(yīng)）；脈沖增壓的中低速柴油機(jī)、三缸一根排氣管的高速機(jī)(相互間無(wú)干擾)，可近似采用該方法。三.進(jìn)、排氣系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程的計(jì)算缸內(nèi)工作過(guò)程計(jì)算暗含了39三.進(jìn)、排氣系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程的計(jì)算4．基本方程：

對(duì)外作功dW/d=-pdVT/d=0，dVT=0；無(wú)燃燒；dQB/d=0，dmB/d=0

（1）實(shí)際氣體狀態(tài)方程：pTVT=ZTmTRTTT

（2）質(zhì)量守恒：dmT/d=dmTs/d+dmTe/d

dmTs/d=∑[(dms/d)i]（3）能量守恒：d(mTuT)/d=dQTW/d+hs*dmTs/d+hTdmTe/d全微分：duT/d=duT(TT,λT)/d

=?uT/?TT*dTT/d+?uT/?λT*dλT/ddTT/d=1/(m?uT/?TT)*[dQTW/d+dmTs/d(hT-uT)++dmTe/d*RTT-mT?uT/?λT*dλT/d]三.進(jìn)、排氣系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程的計(jì)算4．基本方程：（1）實(shí)際氣體狀40第三節(jié)

汽油機(jī)工作過(guò)程計(jì)算

1．燃燒段的雙區(qū)模型

2．假設(shè)：

（1）火焰前鋒面很薄，并將燃燒室分成已燃區(qū)與未燃區(qū)兩區(qū)

（2）兩區(qū)p相等，T、m等不同。但各區(qū)內(nèi)參數(shù)均勻，僅隨時(shí)間變。（零維雙區(qū)模型）

（3）兩區(qū)間無(wú)熱量交換3．基本方程

（1）能量守恒方程（2）質(zhì)量守恒方程（3）氣體狀態(tài)方程（4）容積限制方程

點(diǎn)火已燃區(qū)未燃區(qū)V2T2m2u2pV1T1m1u1p

dm2/d=-dm1/d第三節(jié)汽油機(jī)工作過(guò)程計(jì)算1．燃燒段的雙區(qū)模型2．假設(shè)413．基本方程（1）能量守恒方程未燃區(qū)：d(m1u1)/d=+dQW1/d-pdV1/d-h1dm1/d已燃區(qū)：d(m2u2)/d=dQB2/d+dQW2/d-pdV2/d+h1dm2/d（2）質(zhì)量守恒方程m=m1+m2=constdm1/d=-dm2/d

（3）氣體狀態(tài)方程未燃區(qū)：

pV1=Z1m1R1T1

已燃區(qū)：

pV2=Z2m2R2T2

（4）容積限制方程V=V1+V2dV/d=dV1/d+dV2/d3．基本方程（1）能量守恒方程（2）質(zhì)量守恒方程（3）氣體42各項(xiàng)求解

如何確定：V2、(dV2/d)、m2、(dm2/d)、dQB2/d注意：

（1）由燃燒室結(jié)構(gòu)、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、活塞的運(yùn)動(dòng)→V2dV2/dV1dV1/d

（2）∵未燃區(qū)V1內(nèi)工質(zhì)均勻→(dm1/d)/m1=(dV1/d)/V1

（3）∵V1內(nèi)油氣是均勻的（瞬時(shí)空燃比λ?0=C）→m1

中含油的比例=mb1/(mb1+λ?0mb1)=1/(1+λ?0)（4）汽油機(jī)燃燒階段：瞬態(tài)過(guò)量空氣系數(shù)λ=const

dmb2/d=-1/(1+λ?0)*(dm1/d)=1/(1+λ?0)*(dm2/d)（5）dQB2/d=Hu*dmb2/d=Hu*1/(1+λ?0)*(dm2/d)

4．火焰?zhèn)鞑ニ俣任慈紖^(qū)：d(m1u1)/d=+dQW1/d-pdV1/d-h1dm1/d已燃區(qū)：d(m2u2)/d=dQB2/d+dQW2/d-pdV2/d+h1dm2/d各項(xiàng)求解如何確定：V2、(dV2/d)、m2、(dm2434．火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?）ST火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?）SL層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

（3）A=const,A5；指數(shù)n=0.5~14．火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?）ST火焰?zhèn)鞑ニ俣?4

廢氣渦輪增壓柴油機(jī)熱力系統(tǒng)劃分（1）運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)模擬(運(yùn)動(dòng)、力傳遞、振動(dòng)、噪聲等)（2）結(jié)構(gòu)模擬（3）熱模擬（4）流動(dòng)、燃燒模擬

（5）性能模擬（6）故障模擬（7）控制模擬

（8）系統(tǒng)優(yōu)化（9）虛擬現(xiàn)實(shí)……廢氣渦輪增壓柴油機(jī)熱力系統(tǒng)劃分（1）運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)模擬45多維燃燒模型燃燒模型零維模型準(zhǔn)維模型簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)同技術(shù)水平條件下的性能預(yù)測(cè)、調(diào)整特性研究基于不同假設(shè)的模型眾多、只重平均結(jié)果多維模型湍流模型對(duì)經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)要求高、空間特性缺失多區(qū)模型、可近似考慮空間特性、物理意義明確復(fù)雜、目前尚不成熟、尚不能完全擺脫經(jīng)驗(yàn)揭示機(jī)理、擺脫經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（模型中系數(shù)具有通用性），發(fā)展快、前景好多維燃燒模型燃燒模型零維模型準(zhǔn)維模型簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)同技術(shù)水平條46湍流燃燒模型當(dāng)前途徑①借助一定的簡(jiǎn)化假設(shè)和數(shù)學(xué)工具②并且要依靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)③以此建立各種湍流燃燒過(guò)程的數(shù)學(xué)模型湍流燃燒：①燃燒化學(xué)反應(yīng)湍流流動(dòng)（密度脈動(dòng)、浮力效應(yīng)、各向異性……）②噴霧作用兩項(xiàng)間強(qiáng)烈的卷吸、擴(kuò)散、混合等作用③湍流燃燒（大小渦團(tuán)強(qiáng)烈影響燃燒速率）……湍流燃燒問(wèn)題太復(fù)雜、太困難，以目前知識(shí)水平還難以建立起完善的湍流燃燒理論。湍流燃燒模型當(dāng)前途徑①借助一定的簡(jiǎn)化假設(shè)和數(shù)學(xué)工具湍流燃燒47（1）湍流燃燒的層流小火焰模型基本思想：①湍流大幅度增加了油氣接觸面積，從細(xì)觀上看燃燒反應(yīng)區(qū)是一個(gè)厚度很小的薄層。②燃燒反應(yīng)的長(zhǎng)度尺度和時(shí)間尺度均非常小。在這種尺度下火焰實(shí)質(zhì)上是受分子擴(kuò)散和質(zhì)量輸運(yùn)控制的層流小火焰。③整體的湍流火焰可以視為嵌入湍流場(chǎng)內(nèi)的具有一維結(jié)構(gòu)的層流小火焰的集合。（1）湍流燃燒的層流小火焰模型基本思想：48（1）湍流燃燒的層流小火焰模型計(jì)算思路：①針對(duì)問(wèn)題所需要的參數(shù)范圍，確定每一涉及狀態(tài)下層流火焰的結(jié)構(gòu)（溫度、組分等參數(shù)的分布），即建立層流小火焰的數(shù)據(jù)庫(kù)。由于一維問(wèn)題計(jì)算簡(jiǎn)單、計(jì)算量小，在此可以采用詳細(xì)的反應(yīng)機(jī)理模型，詳細(xì)確定各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)值。②由湍流計(jì)算確定油氣接觸面。同時(shí)確定湍流接觸面上的油、氣、產(chǎn)物、環(huán)境等參數(shù)。③在層流小火焰數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造所需要的湍流火焰，完成該系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)平均，一般可采用pdf方法來(lái)完成。模型及計(jì)算方法特點(diǎn)：①把化學(xué)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和湍流問(wèn)題分開(kāi)處理，成功地實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)復(fù)雜問(wèn)題的解耦。（~所有湍流燃燒模型的核心思想和直接目標(biāo)）②對(duì)強(qiáng)瞬變問(wèn)題的求解有優(yōu)勢(shì)（強(qiáng)瞬變湍流問(wèn)題計(jì)算精確）③對(duì)排放產(chǎn)物的預(yù)測(cè)有優(yōu)勢(shì)（化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算精確）（1）湍流燃燒的層流小火焰模型計(jì)算思路：模型及計(jì)算方法特點(diǎn)：49本節(jié)結(jié)束本節(jié)結(jié)束50內(nèi)燃機(jī)學(xué)內(nèi)燃機(jī)學(xué)51第十二章內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程計(jì)算第一節(jié)

內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型第二節(jié)柴油機(jī)實(shí)際工作過(guò)程的循環(huán)數(shù)值計(jì)算

一.基本微分方程

二.氣缸內(nèi)實(shí)際工作過(guò)程的計(jì)算

三.進(jìn)、排氣系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程的計(jì)算第三節(jié)

汽油機(jī)實(shí)際工作過(guò)程的循環(huán)數(shù)值計(jì)算內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程三維仿真

目的與要求： 1.熟悉內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)單的工作過(guò)程計(jì)算法及有關(guān)因素的考慮方法2.熟悉內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)燃燒及進(jìn)排氣總管內(nèi)流動(dòng)計(jì)算的方法3.熟悉汽油機(jī)采用雙區(qū)模型的原因及處理方法

第十二章內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程計(jì)算第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型目的與52引言國(guó)外情況：仿真計(jì)算70~80%高可信度、高水平計(jì)算的條件：(1)模型模擬精度高；模型被廣泛驗(yàn)證、問(wèn)題考慮全面；(2)以大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)；(3)以全面、完整、大型數(shù)據(jù)及模型庫(kù)為支撐；(4)計(jì)算工具先進(jìn)。GT-POWER；BOOST；FIRE；KIVA

引言國(guó)外情況：仿真計(jì)算70~80%53第一節(jié)

內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型一．單區(qū)模型（零維模型——熱力學(xué)模型）柴油機(jī)dT/dτ=f(τ,T)；或dt/dφ=f(φ,T)二．雙區(qū)模型（兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子區(qū)——零維模型）汽油機(jī)dTi/dτ=f(τ,Ti)；或dTi/dφ=f(φ,Ti)；i=1,2三．多區(qū)模型dTi/dτ=f(τ,Ti)；或dTi/dφ=f(φ,Ti)；i=1,2，……，nFlueNT，KIVA等以有限差分方法為基礎(chǔ)的模型屬于此。Flotran/Ansys等以有限元方法為基礎(chǔ)的模型也基本屬于此。但有限元法在每個(gè)區(qū)內(nèi)的參數(shù)可以非均布多維。第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型一．單區(qū)模型（零維模型——熱力學(xué)模型54第一節(jié)

內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型四．準(zhǔn)維模型目的：建立內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)與氣流、噴霧、燃燒過(guò)程（非零維過(guò)程）之間的關(guān)系，用來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)、運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)變化后的燃燒特性。作為補(bǔ)充，可以預(yù)估與空間參數(shù)不均勻（流動(dòng)、混合氣濃度、溫度等）引起的部分性能（排放、燃燒、傳熱、爆振等）的變化。準(zhǔn)維模型有：油氣模型、油滴模型、燃燒模型等這類模型的基礎(chǔ)是試驗(yàn)觀察和物理猜測(cè)，模型的數(shù)學(xué)求解比較簡(jiǎn)單。耦合到零維空間后，一般假設(shè)參數(shù)變化并不因耦合而變化。第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型四．準(zhǔn)維模型準(zhǔn)維模型55第一節(jié)

內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型五．一維模型參數(shù)=f(參數(shù)，τ或φ，x)為利用波動(dòng)效應(yīng)，需要計(jì)算進(jìn)排氣管內(nèi)的壓力波。p=f(x,φ,p)偏微分方程：?p/?x=f(x，φ，p)；?p/?φ=f(x，φ，p)；求解困難得多。目前多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能預(yù)測(cè)軟件中的進(jìn)排氣管、供油油管等管路的計(jì)算采用一維模型。六．二維、多維模型參數(shù)或其導(dǎo)數(shù)=f(參數(shù),τ或φ，x，y，z)；如p=f(x,y,z,φ,p,T)葉輪的三元流計(jì)算。多為專用軟件。第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型五．一維模型六．二維、多維模型56第一節(jié)

內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型

本章主要以柴油機(jī)的單區(qū)模型、汽油機(jī)的雙區(qū)模型為基礎(chǔ)簡(jiǎn)單介紹其工作過(guò)程計(jì)算。簡(jiǎn)單工作過(guò)程計(jì)算的意義：（1）是基礎(chǔ)，任何內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程、性能計(jì)算其基礎(chǔ)問(wèn)題是一樣的。各階段的處理特點(diǎn)也相同。初始參數(shù)、邊界條件的選取也一樣。（2）簡(jiǎn)單工作過(guò)程計(jì)算對(duì)預(yù)測(cè)內(nèi)燃機(jī)總體性能參數(shù)（如：功率、轉(zhuǎn)矩、油耗率等）精度很高，是新機(jī)型設(shè)計(jì)初期必需的研究工作。（3）可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)整特性進(jìn)行較高精度的研究。

因此高水平的軟件，如GT-POWER、BOOST、WAVE其核心即為一簡(jiǎn)單內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程計(jì)算（零維）+部分準(zhǔn)維噴霧等模型+管道內(nèi)的一維流動(dòng)。第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)計(jì)算模型本章主要以柴油機(jī)的單區(qū)模型、57第二節(jié)柴油機(jī)工作過(guò)程計(jì)算對(duì)象：四沖程直噴柴油機(jī)缸內(nèi)計(jì)算

總體性能指標(biāo)第二節(jié)柴油機(jī)工作過(guò)程計(jì)算對(duì)象：58分析

(a)指示指標(biāo)+機(jī)械損失（效率）（已經(jīng)介紹）→有效指標(biāo)(b)氣體狀態(tài)方程→pV=mRT→實(shí)際氣體→修正系數(shù)ZpV=ZmRT ★1**只要得到一個(gè)方程只含一個(gè)未知數(shù)P→解決問(wèn)題！指示指標(biāo)←示功圖←P=f(V)；P=f(φ)←缸內(nèi)循環(huán)壓力P分析(a)指示指標(biāo)+機(jī)械損失（效率）（已經(jīng)介紹）59分析

pV=ZmRT ★1(c)實(shí)際氣體修正系數(shù)Z=f(T，λ)，←經(jīng)驗(yàn)公式(d)瞬時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)λ（）的定義：λ=mL/(?0*mB)=(m-mB)/(?0*mB)；mL—缸內(nèi)空氣量mB—缸內(nèi)燃料量(廢氣量要折合成燃料量)m—缸內(nèi)總質(zhì)量

?0—理論空燃比mL、mB——可由：進(jìn)排氣準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)計(jì)算、掃氣模型、噴油規(guī)律模型(放熱規(guī)律)定。**有了一個(gè)方程，但有三個(gè)未知數(shù)P、T、m分析pV=ZmRT ★1**有了一個(gè)方程，但有60分析

需要：T=f(φ),m=f(φ)→P=f(φ)(e)質(zhì)量m←質(zhì)量守恒:Δm=0；質(zhì)量的變化由進(jìn)排氣準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)計(jì)算；掃氣模型；噴油規(guī)律模型(放熱規(guī)律)計(jì)算確定；(f)能量守恒方程：ΔΕ=0分析需要：T=f(φ),m=f(φ)→P=f(φ61假設(shè)計(jì)算基礎(chǔ)：基本微分方程

（1）單區(qū)模型假設(shè)（零維假設(shè)）（2）工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)；λ—瞬時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)—反映氣體組成。CV，Cp，比內(nèi)能u，工質(zhì)焓h，hs，R,Z等=f(T，λ)（3）氣體流入或流出氣缸為準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)（4）不計(jì)進(jìn)排氣系統(tǒng)內(nèi)壓力和溫度波動(dòng)的影響目的：預(yù)估柴油機(jī)的總體性能指標(biāo)（單區(qū)模型）假設(shè)計(jì)算基礎(chǔ)：基本微分方程（1）單區(qū)模型假設(shè)（零維假設(shè)）目62基本方程

（1）實(shí)際氣體氣體狀態(tài)方程：

pV=ZmRT★1

（2）質(zhì)量守恒方程：dm/d=dmB/d+dms/d+dme/d★2

（3）能量守恒方程：dU/d=dQB/d+dQW/d+dW/d+hsdms/d+hdme/d★3

dQw/ddQB/ddmB/dhSdmS/dhdme/ddU/ddm/ddW/d基本方程（1）實(shí)際氣體氣體狀態(tài)方程：（2）質(zhì)量守恒方程：63基本方程

（1）實(shí)際氣體狀態(tài)方程：pV=ZmRT ★1

（2）質(zhì)量守恒：dm/d=dmB/d+dms/d+dme/d★2

（3）能量守恒：dU/d=dQB/d+dQW/d+dW/d+hsdms/d+hdme/d★3

dW/d=-pdV/d

dU/d=d(mu)/d=udm/d+mdu/d

*1全微分：du/d=du(T,λ)/d=?u/?T*dT/d+?u/?λ*dλ/d

上述全微分代入*1式，再代入能量守恒方程，經(jīng)推導(dǎo)可得：

dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d++hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d)★

基本方程（1）實(shí)際氣體狀態(tài)方程：pV=ZmRT 64基本方程分析dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d++hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d) ★

（1）m、dm/d——噴油規(guī)律；質(zhì)量守恒；掃氣模型

（3）?u/?T、hs、h、u、?u/?λ、dλ/d=f(T，λ)——已知

（4）瞬時(shí)過(guò)量空氣系數(shù):λ=mL/(?0*mB)=(m-mB)/(?0*mB)——噴油規(guī)律；質(zhì)量守恒；掃氣模型

（5）dQB/d——噴油規(guī)律、放熱規(guī)律

（6）dQW/d——缸內(nèi)傳熱

（2）dms/d、dme/d——進(jìn)排氣準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)計(jì)算

（7）pdV/d——p—實(shí)際氣體氣體狀態(tài)方程；dV/d—內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算

★式

dT/d=f（T,）

基本方程分析dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d65dT/d=f（T,）解法思路簡(jiǎn)介

數(shù)值解法：離散法。（1）離散。將時(shí)間區(qū)域離散化，步長(zhǎng)=i+1-i0,1,…i-1,i,i+1,…

（2）分段擬合。分段低次函數(shù)代實(shí)際函數(shù)。（折線→曲線）（3）每段內(nèi)可分段或分幾段積分求和。常微分方程求解：（初值問(wèn)題）dT/d=f（T,）初值：T(0)=F(T,0)=T0dT/d=f（T,）解法思路簡(jiǎn)介數(shù)值解法：離散法。常微661．歐拉折線法1．歐拉折線法：用

i點(diǎn)的斜率f（Ti,i）代替i～i＋1段上的斜率。

0123TT0T1T2T3T=F()常微分方程求解：（初值問(wèn)題）dT/d=f（T,）初值：T(0)=F(T,0)=T01．歐拉折線法1．歐拉折線法：0123TT0T1T672.改進(jìn)歐拉法2.改進(jìn)歐拉法用i點(diǎn)和i＋1點(diǎn)斜率的均值代替該段上的斜率0123TT0T1T2T3T=F()需要迭代在曲線斜率作為縱坐標(biāo)T’=dT/d=f（T,）—的圖中歐拉法用矩形面積代替實(shí)際積分面積；而改進(jìn)歐拉法用梯形代替

T’=dT/d=f(T,)ii+12.改進(jìn)歐拉法2.改進(jìn)歐拉法0123TT0T1T683．Runge-Kutta法為了提高精度，同時(shí)降低計(jì)算次數(shù)（不迭代）。T’=dT/d=f(T,)ii+1思路：用幾條接近實(shí)際斜率曲線的水平線（斜率）的線形組合代替此段斜率曲線。常用的是4階Runge-Kutta法。由4條（在T’上為水平線）線組合：T1’T4’T2’T3’/6/6/3/33．Runge-Kutta法為了提高精度，同時(shí)降低計(jì)69基本方程各項(xiàng)計(jì)算dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d+

+hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d) —→已推出dT/d=f（T,） —→已會(huì)解

工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)=f(T，)①瞬態(tài)氣體常數(shù)R基本方程各項(xiàng)計(jì)算dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/70工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)②瞬態(tài)定容平均比熱容Cvm工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)②瞬態(tài)定容平均比熱容Cvm71工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)③瞬態(tài)絕熱指數(shù)k工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)③瞬態(tài)絕熱指數(shù)k72工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)④比內(nèi)能u工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)④比內(nèi)能u73工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)⑤焓h工質(zhì)物性參數(shù)=f(T，λ)⑤焓h74（1）氣缸工作容積：dV/ddT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d+

+hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d)（1）氣缸工作容積：dV/d

（1）氣缸工作容積：dV/ddT/d=1/(m?u/?T75（2）進(jìn)氣質(zhì)量流：dms/d進(jìn)氣均為亞臨界流動(dòng)s=a-b(hv/Dv)chv—?dú)忾T瞬時(shí)升程Dv—?dú)忾T閥盤內(nèi)徑fs—進(jìn)氣門瞬時(shí)幾何流通截面積（2）進(jìn)氣質(zhì)量流：dms/d進(jìn)氣均為亞臨界流動(dòng)s=a-b76（2）排氣質(zhì)量流：dme/d當(dāng)（p/pT）>[(k+1)/2]k/(k-1)~1.9時(shí)為超臨界流動(dòng)。流動(dòng)和壓差無(wú)關(guān)當(dāng)（p/pT）≤[(k+1)/2]k/(k-1)時(shí)為亞臨界流動(dòng)（2）排氣質(zhì)量流：dme/d當(dāng)（p/pT）>[(k+1)/77（3）傳熱計(jì)算：dQW/d其中：充量更換時(shí)取c1=6.18+0.417cu/vm；壓縮和膨脹沖程取c1=2.28+0.308cu/vm；c2=3.24×10－3m/(s.K)cu＝πDnD氣道在穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上的空氣圓周速度nD－氣道穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上的風(fēng)速儀轉(zhuǎn)速；V1－壓縮開(kāi)始時(shí)工質(zhì)容積；Vs－氣缸工作容積；p－燃燒時(shí)工質(zhì)的壓力；T－燃燒時(shí)工質(zhì)的溫度；p1－壓縮開(kāi)始時(shí)工質(zhì)的壓力；T1－壓縮開(kāi)始時(shí)工質(zhì)的溫度；p0－沒(méi)有燃燒時(shí)工質(zhì)的壓力；vm－活塞平均速度；D－氣缸直徑。（3）傳熱計(jì)算：dQW/d其中：充量更換時(shí)取c78（4）燃燒放熱規(guī)律：dQB/d；放熱率dx/ddQB/d=Hu*gf*ηM*dx/dx—已燃燃料的百分比；dx/d—放熱率0—燃燒起始角；Z—燃燒持續(xù)角m—燃料品質(zhì)系數(shù)。

（4）燃燒放熱規(guī)律：dQB/d；放熱率dx/ddQB/d79（4）燃燒放熱規(guī)律：雙韋伯公式

x=x1+x2=1-exp{-6.908*[(-0)/ZP](mp+1)}(1-Qd)+1-exp{-6.908*[(-0-τ)/Zd](md+1)}Qd-(擴(kuò)散燃燒比例)

噴油→定質(zhì)量變化dmB/d與放熱規(guī)律→定dQB/d。兩種規(guī)律原則不同，但噴油規(guī)律與燃燒質(zhì)量規(guī)律的差別對(duì)總體參數(shù)的預(yù)估影響較小。低速機(jī)多為單峰，單峰也可用雙韋伯公式（精確）；目前，為了降低排放，著火已經(jīng)在上止點(diǎn)后，速燃期燃燒量少，雙峰不明顯，用單韋伯公式也較精確。幾何供油規(guī)律實(shí)際噴油規(guī)律燃燒規(guī)律噴油延遲著火延遲φ（4）燃燒放熱規(guī)律：雙韋伯公式x=x1+x2=1-exp{80（4）燃燒放熱規(guī)律：雙韋伯公式機(jī)型QdZP/℃AdP/℃A高速開(kāi)式燃燒室增壓0.6~0.814~1865~80高速半開(kāi)式燃燒室0.6~0.816~2065~80中速增壓0.6~0.812~1460~75低速增壓0.6~0.830~4050~70高速預(yù)燃室燃燒室0.6~0.814~1880~95Qd、ZP、dP推薦值dx/dφQpQdmpmdτφZ(yǔ)dφZ(yǔ)PφZ(yǔ)φ（4）燃燒放熱規(guī)律：雙韋伯公式機(jī)型QdZP/℃AdP/℃81（4）燃燒放熱規(guī)律：余弦放熱率曲線x=0.5*(1-cosπ[(-0)/ZP])

滯燃期的計(jì)算公式研究者計(jì)算公式1.H.H.WolferID=0.44p-1.19exp(4650/T)2.N.Watson-M.MarzoukID=3.52p-1.02exp(2100/T)3.Henein-BoltID=0.146exp(5250/RT)4.SitkeiID=0.5+(0.133p-0.7+4.63p-1.8)exp(375648/RT)5.江少軍，顧宏中ID=0.1+2.672p-0.87exp(1967/T)6.J.H.ShipinskiID=0.0271(40/CN)0.69p-0.386exp(8360/T)7.K.C.Tsao(曹克誠(chéng))ID=(123/p+0.415)[(-36.3/T+0.0222)n+(47.45/T*103-26.66)+(T/1000-1.45)*(1000-n/60)]8.HiroyasuID=4*10-3p-2.5Φ-1.04exp(4000/T)（4）燃燒放熱規(guī)律：余弦放熱率曲線x=0.5*(1-cosπ82（5）平均機(jī)械損失壓力：pmm

pmm=0.0062+0.016pzmax+0.00003n (MPa)

為了由指示指標(biāo)有效指標(biāo)機(jī)械損失（效率）pmm=6.7D-3.29+89D-0.945[1-(n/n0)2] (D—mm；bar)

pmm=D-0.1778（0.0855vm+0.0789pme-0.214)(D—m；kgf/cm2)

（5）平均機(jī)械損失壓力：pmmpmm=0.0062+0.083二.氣缸內(nèi)實(shí)際工作過(guò)程的計(jì)算(1)壓縮期與(2)膨脹期

dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d+

+hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d)dm/d=dmB/d+dms/d+dme/dpV=ZmRT沒(méi)有質(zhì)量得流入和流出dm/d=0；dms/d=0；dme/d=0；dmB/d=0也沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生dQB/d=0

；

dλ/d=0；λ=constdT/d=1/(m?u/?T)*(dQW/d-pdV/d)二.氣缸內(nèi)實(shí)際工作過(guò)程的計(jì)算(1)壓縮期與(2)膨脹期d84(3)燃燒期dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d+hsdms/d+

+hdme/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d)dms/d=0；dme/d=0不考慮著火延遲，不考慮噴油規(guī)律與燃燒放熱規(guī)律不同造成的質(zhì)量變化差異（兩者并不一樣）dm/d=dmB/d=1/Hu*dQB/d空氣量沒(méi)有變mL=Const，dmL/d=0

（化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物要折算回去）

λ=mL/(?0*mB)dλ/d=1/(?0*mB)(dmL/d-mL/mB*dmB

/d)=-mL/(?0*mB2*Hu)*dQB

/d)dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/d+dQW/d-pdV/d-udm/d-m?u/?λ*dλ/d)(3)燃燒期dT/d=1/(m?u/?T)*(dQB/85(4)換氣階段缸內(nèi)是均值的：（完全混合模型）微分方程內(nèi)除dQB/d=0（無(wú)燃燒）外，項(xiàng)項(xiàng)俱全純排氣：λ=Const；dλ/d=0；dmB/d=mB/(mB+mL)dme/d；dmL/d=mL/(mB+mL)dme/d

盡管dmB/d0；但是dQB/d=0（無(wú)燃燒）純進(jìn)氣：燃料量mB=Const；dmB/d=0；dmL/d=dms/ddλ/d=1/(L0mB)dmL/d=1/(L0mB)dms/d(4)換氣階段缸內(nèi)是均值的：（完全混合模型）純排氣：純進(jìn)86掃氣簡(jiǎn)單的處理方法：掃氣可以想象成先分成n段，每段再等分成兩段：前一段排氣，后一段進(jìn)氣。前一段排氣λ=Const，后一段進(jìn)氣λ將變化，但變化率計(jì)算方法

dms/d(/2)=2dms/d

再由/2均布到

流量依然為dms/d，但燃料量要減去排出的量dmB=ΔmBdλ/d=1/[L0(mB+dmB)]dms/d；如果間隔足夠小可不考慮dmB的影響dmB<<mB。

dλ/d1/(L0mB)dms/d

和純進(jìn)氣不同，每步mB在變掃氣簡(jiǎn)單的處理方法：dms/d(/2)=2dms/d再87計(jì)算流程

讀入原始數(shù)據(jù)確定計(jì)算步長(zhǎng)，V，V，fBμB，fSμS等計(jì)算初始值，壓縮起點(diǎn)始燃燒開(kāi)始？燃燒結(jié)束？排氣閥開(kāi)？排氣閥關(guān)？開(kāi)始x，QBm，Qw，W=pVmemB，hmemB、x=0進(jìn)氣閥開(kāi)？YNYNYNYNmS，hS，Y=0x，，mN解方程求：T，T，m，x，，P循環(huán)完成？NY校核p，誤差5%？N計(jì)算性能Y校核Pe，誤差1%？N輸出，p，T結(jié)束Y計(jì)算流程讀入原始數(shù)據(jù)確定計(jì)算步長(zhǎng)，計(jì)算初始值，壓縮起點(diǎn)始燃88三.進(jìn)、排氣系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程的計(jì)算缸內(nèi)工作過(guò)程計(jì)算暗含了一條假設(shè)：進(jìn)出氣缸環(huán)境壓力與溫度是一定的、已知的。1．容積法：進(jìn)排氣管內(nèi)的壓力取決于氣體對(duì)容器的填充排出。將不穩(wěn)定流動(dòng)作為準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)處理，只能考慮壓力隨時(shí)間的變化，不能考慮其隨空間的變化。2．假設(shè)：（1）零維模型

（2）工質(zhì)物性參數(shù)=f(TT，λT)；λT—瞬時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)

（3）氣體流入或流出為準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)

3．適用范圍

對(duì)恒壓增壓系統(tǒng)的排氣管計(jì)算；對(duì)低速短進(jìn)氣管、總管容積大的柴油機(jī)（不考慮脈動(dòng)效應(yīng)）；脈沖增壓的中低速柴油機(jī)、三缸一根排氣管的高速機(jī)(相互間無(wú)干擾)，可近似采用該方法。三.進(jìn)、排氣系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程的計(jì)算缸內(nèi)工作過(guò)程計(jì)算暗含了89三.進(jìn)、排氣系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程的計(jì)算4．基本方程：

對(duì)外作功dW/d=-pdVT/d=0，dVT=0；無(wú)燃燒；dQB/d=0，dmB/d=0

（1）實(shí)際氣體狀態(tài)方程：pTVT=ZTmTRTTT

（2）質(zhì)量守恒：dmT/d=dmTs/d+dmTe/d

dmTs/d=∑[(dms/d)i]（3）能量守恒：d(mTuT)/d=dQTW/d+hs*dmTs/d+hTdmTe/d全微分：duT/d=duT(TT,λT)/d

=?uT/?TT*dTT/d+?uT/?λT*dλT/ddTT/d=1/(m?uT/?TT)*[dQTW/d+dmTs/d(hT-uT)++dmTe/d