动力系统建模要点.ppt

动力系统建模技术 动力系统模型与分析 动力系统建模技术 发动机零维模型 发动机-调速器系统模型 动力系统特性分析 发动机零维模型 柴油机动力性能仿真 柴油机动力模型 放热规律及其分析 传热规律及其他 动力学模型 放热规律与示功图 柴油机中的预混燃烧 柴油机在滞燃期内喷入气缸的燃油在经历物理和化学准备期间形成了一定的积聚，这种积聚的油气混合气在燃烧开始的时候会以预混燃烧的方式进行反应，放出热量。 放热规律的韦伯公式表达 最常见的方法是利用半经验公式，韦伯公式就是其中的一种，也称为韦伯燃烧规律。 链式反应的化学性质是由反应过程中形成的话化中心的数量来确定的。50年代，韦伯根据链反应理论提出了描写内燃机燃烧速度的半经验公式，认为参与化学反应的原始物质的分子数与能引起有效反应的活化中心的数目成正比。 反应速度 dN和dNef别表示从t到t+dt时间间隔内参与有效反应的原始物质的分子数和有效活化中心的数目，则 n是比例系数 上式表明：链式化学反应的速度正比于有效活化中心的产生速度。 燃烧速度 有效活化中心产生的速度对原始物质分子数的比值，称为这一时刻有效活化中心的相对密度 结合前式得到 燃烧速度： 柴油机的当量燃烧规律 柴油机中的链式反应是在复杂的条件下进行的，因为在燃烧过程中，可燃混合气的容积压力、温度和浓度都在改变，即使是在同一时刻，燃烧室中可燃混合气的温度和浓度也是不均匀的；另外，在燃烧过程中，可燃混合气也并不全是单相气体状态，因此，完全应用链式反应来描述柴油机燃烧过程的放热规律还不完全符合燃烧过程，但是，考虑到柴油机燃烧的特殊性，根据柴油机燃烧过程的有关试验资料，利用韦伯公式的基本形式，建立起能反映柴油机燃烧过程的当量燃烧规律，实践证明还是可行的。 燃烧过程 考虑到柴油机中燃烧过程进展的特性，函数f(t)主要应满足下述条件： 当t=0，即化学反应开始时，已燃烧的燃油的百分数x=0。为满足这个条件，当t＝o时，f(t)=0，即函数f(t)的曲线应当从坐标原点开始。 在化学反应过程中，有效活化中心的相对密度没有突变，因此，f(t)应当是连续函数。 在化学反应过程中心从0单调变化到1，f(t)是增函数。 在化学反应过程中，燃烧速度有最大值，而当t趋于无穷大时，化学反应趋于停止，燃烧速度为0。 燃烧速度曲线下面的面积应当等于1。 燃烧规律的半经验公式 燃烧百分数 设定燃烧持续期终了时，已燃烧燃油的百分数为0.999 燃烧品质系数m对燃烧速度的影响 燃烧放热规律 柴油机燃烧放热规律一般采用双韦伯曲线模拟，可以较好的反映柴油机燃烧特点 预混燃烧比 其中，a=0.37, b=0.26, c=0.926 滞燃期 组成： 物理滞燃期 化学滞燃期 影响因素 对燃烧过程的影响 影响滞燃期的因素： 1.温度 2.压力 3.喷油提前角 4.转速 5.涡流速度 6.空燃比 7.雾化程度 8.添加剂和燃料种类 峰值压力、压升比与滞燃期 压缩终点与滞燃期 喷油时间与滞燃期 转速与滞燃期 增压压力与滞燃期 增压空气温度与滞燃期 滞燃期对燃烧过程的影响 a.预混燃烧份额 b.压升比 c.最高爆发压力 d.最高燃烧温度 滞燃期 其中p, T为燃烧始点压力和温度 燃烧放热率 表示预混燃烧放热率， 表示扩散燃烧放热率， ， 分别表示预混燃烧和扩散燃烧的持续角，m1，m2分别表示预混燃烧和扩散燃烧的燃烧品质系数 变工况下燃烧品质系数的变化 变工况下燃烧放热规律 燃烧持续角 下标为0的项，为标定工况下的过量空气系数和燃烧持续角 燃烧品质系数和预混燃烧比与转速和负荷的关系 预混燃烧和扩散燃烧持续角与转速和负荷的关系 热传导规律 其中，导热系数采用Woschni公式： 机械损失 根据机械损失的经验公式 进气阀的流量计算 排气的流量计算 仿真结果 MATLAB/SIMULINK模型 涡轮增压器模型 涡轮模型 压气机模型 增压器运动件动力学模型 发动机本体模型 放热规律模型 传热规律模型 进气充量模型 发动机负载模型 动力学模型 涡轮增压器模型 涡轮机模型 涡轮流量特性 压气机模型 涡轮增压器动力学仿真 发动机本体模型 放热规律模型 传热规律模型 发动机动力学模型 冷却系统模型 仿真结果：单缸输出扭矩 仿真结果：总输出扭矩 仿真结果：转速 仿真结果：瞬时转速 仿真结果：示功图1 仿真结果：示功图2 发动机-调速器模型 动力系统特性分析 调速器工作原理 调速过程 柴油机动态性能指标 1.稳定调速率 2.瞬时调速率 3.不灵敏度 4.转速波动率 机械式调速器结构 机械式调速器静力分析 作为自控系统的柴油机 柴油机动态方程 调速器动态方程 柴油机系统稳定性 柴油机系统动态特性 柴