发动机缸内工作过程计算.docx

发动机工作过程数值计算作业

缸内封闭过程数值计算

学 院：汽车学院

专 业：动力机械及工程

学 号：

二〇一三年五月

气缸封闭过程的数值计算

发动机缸内工作过程的数值计算，是以内燃机缸内各工作阶段的物理模型为基础，通过微分方程来对其各阶段工作过程进行数学描述，然后通过程序编写求解微分方程，得到缸内温度、压力等参数随曲轴转角的变化曲线。

一、 基本热力学模型

图1 发动机缸内热力系统

在简化假设的基础上，取气缸为一个热力学系统，如图1所示。这个热力系

统包括了质量交换项，如排气dm，进气dm，喷入气缸内瞬时燃料质量dm；

A E B

与能量交换项，如焓变，功，燃烧放热等。图中T、P、V、m及u分别为缸内瞬时气体温度、压力、体积、燃料质量及比内能。

二、 简化假设

假定工质为理想混合气体；

假定缸内各处温度、压力及混合气浓度均匀；

用纯空气的气体常数代替混合气气体常数；

假定扫气完全，即不考虑残余废气；

不计漏气损失，并假定只有在燃烧始点才有燃油喷入气缸；

按代用燃烧规律进行喷油，并认为着火延迟等于零；

假定放热率为100%。

三、 基本方程

1、气体状态方程PV=mRT

2、压缩期(?

ES

???? )

VB

能量方程：dT＝ 1

d? mc

v

dQ dV

（d?w－pd?）

质量方程：dm＝0

d?

3、燃烧期(?

VB

???? )

VE

dT 1

dQ dQ

dV dm ?u d?

能量方程：d?＝mc （

v

d?B＋

d?w－pd?

－ud?

－m?? d?）

质量方程：

4、膨胀期(?

VE

dm?dmB＝1 ?dQB

d? d? H d?

u

???? )

AO

能量方程：dT＝ 1

d? mc

v

dQ dV

（d?w－pd?）

质量方程：dm＝0

d?

四、 其他计算公式

1、气缸瞬时工作容积：

2 1V(?)?Vh[ ?1?cos?? (1? 1??2

2 1

sin2?)]

2 ??1 ? ss

1 V

V ? ?D2S= L(??1)

h 4 ?

式中：Vh-气缸行程容积V-发动机排量

L

?-压缩比

?-曲柄连杆比

s

S-活塞行程

D-气缸直径

2、气缸容积随曲轴转角变化率：

sin?

sin??cos?

1??2sin2?

s

? h[sin??? ]

d? 2 s

3、单位曲轴转角的传热量：

dQw? 1?3?A(T

T)

d? 6n

i?1

i Wi

式中：i?1-活塞

i?2-气缸盖

i?3-气缸套

A-传热表面积

i

1 4V(?)

A? ?D2；A ?1.5A；A ?

1 4 2 1 3 D

T -传热表面平均温度

Wi

T ?560K；T

W1 W2

?548K；T

W3

?548K

?-换热面平均的瞬时传热系数利用Woschni公式：

??130T-0.53P0.8D?0.2[cc

c Vh

1(P?P

)]0.8

T1m 2PV 0

T

式中：V

h

11

-活塞行程容积

c-气体速度系数

1

压缩、膨胀阶段 c

1

?2.28?0.308cu

c

换气阶段 c

1

m

?6.18?0.417cu

c

m

c-燃烧室形状系数，直喷式燃烧室c=3.24X10-3

2 2

c -活塞平均速度，计算得6.9m/s

m

P、V

1 1

、T分别为压缩始点的气缸压力、容积、温度。分别

1

取值为102kPa,0.89L,375K

P-发动机倒拖时的气缸压力,取为100kPa

0

]4、代用放热规律：

]

???

m?1

累积放热量：Q

B

?? ?m

Bu B0

B

H[1?e?6.908(

u

VB)

??

瞬时放热率：dQ

d?

?6.908?u

m ?H

?B0 u

?

(m?1)(

???

?VB)m

???

e?6.908( VB

e

??

)m?1

? ?

式中：?

-燃烧效率,取为100%

u

H-燃料低热值，取为42500kJ/kg

u

m-燃烧品质指数,取为1.0

??-燃烧持续角，取为80°CA

m -循环喷油量,为3.5421X10-6kg

B0

? -燃烧始点的曲轴转角，为338°CA

VB

5、工质内能：u=u(?,T）

u?0.14455[?(0.097