小型二冲程汽油机排气系统气体流动的数值模拟-农业工程学报.PDF

第 14 卷　第 3 期 农 业 工 程 学 报 V o l. 14　N o. 3 1998 年 9 月 T ransactions of the CSA E Sep t. 1998 小型二冲程汽油机排气系统 气体流动的数值模拟 刘德华① 常英杰 徐秀兰 ( 山东工业大学) 　 ( 中国重型汽车公司) 　 ( 山东工业大学) 摘　要　针对 15 型二冲程汽油机排气系统的流动过程进行了模拟计算, 对计算中某些边界条 A 件的计算方法进行了探讨。计算结果与实测排气压力波基本吻合。表明该计算方法和微机计算程 序, 可用于指导小型二冲程汽油机排气系统设计, 改善发动机的性能。该程序还可用于分析发动 机的结构参数和运转参数对排气压力波的影响, 以预测发动机的性能。 关键词　汽油机　排气系统　模拟　计算 利用排气动力效应提高小型二冲程汽油机的性能, 近年来已得到普遍重视。随着数字计 算机和数值计算方法的飞速发展, CAD 技术越来越广泛地应用于产品的设计与发展中。对 发动机排气系统中气体流动过程的计算机模拟, 合理设计进、排气系统以改善发动机性能方 面, 国内外已进行了大量的研究工作[ 1, 2 ]。但在模拟计算中, 对边界条件的确定及其计算模 型, 计算方法上尚不尽完善。本文针对 15 型二冲程汽油机排气系统中的气体流动过程进 A 行了模拟计算。对计算中某些边界条件的计算方法进行探讨, 提出了改进意见, 计算结果与 实测排气压力波基本吻合。在此基础上, 分析了发动机的结构参数和运转参数对排气压力波 的影响。 1　基本方程式及边界条件 在二冲程汽油机排气系统中, 其气体流动过程由于温度、压力和流动截面的变化及传热 和摩擦的存在, 因而是非等熵的不稳定流动。由于排气管中的流动, 其长度尺寸比径向尺寸 大得多, 因而可认为管内流动是一维的。根据质量守恒、动量守恒和能量守恒三个基本定律, 可以导出一维变截面、有摩擦和传热、有熵值梯度的不稳定流动的方程组 u u dF + + u + = 0 t x x F dx u u 1 p + u + + G = 0 t x x p p 2 ( ) ( ) ( ) t + u x - a t + u x - K - 1 q + uG = 0 收稿日期: 　　①刘德华, 教授, 济南市　山东工业大学动力系, 250061 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 154 　　 　　　　　　　　　　　　　　农业工程学报　　　　　　　　　　　　　　　　1998 年 u 2 u 4 G = f 2 u D 式中　 ——气体压力; 　 ——气体密度; 　 ——气体流速; 　 ——排气管横截面积; 　 p u F ——音速; 　 —