第4节 进排气系统热力过程.pdf

第四节第四节进进、排气系统热力过程计算排气系统热力过程计算 33-11 概述概述 3-2 排气管内的热力过程计算（容积法） 3-3 一维非定常流动方程 3-4 特征线法 3-5 特征线法计算的边界条件 3-6 中冷器的计算中冷器的计算 33‐11 概述概述 内燃机进、排气管系受其通道形状的影响，其内部具有明 显的三维流动特征。另外，由于通道的间断开启和活塞的周期 运动，使进、排气系统内的流动具有非定常流动的性质。 根据进、排气管系统结构参数和运转参数的不同，这种非 定常流动，将导致进、排气阀前后形成程度不同的压力波动， 这种波动与缸内气体状态有很大关系，所以进、排气系统内 的瞬时气体状态取决于缸内的气体状态和进的瞬时气体状态取决于缸内的气体状态和进、排气系统的分排气系统的分 支情况；另一方面，进、排气阀处的压力波动对换气效果又 有很大影响有很大影响，反过来又将影响缸内热力过程反过来又将影响缸内热力过程。若计算中考虑若计算中考虑 到进、排气系统的压力波动，就必须建立描述进、排气管系 统中气体状态瞬时变化的微分方程式。 此外，在进行废气涡轮增压发动机的模拟计算时，还须将 管路系统与废气涡轮增压器联系起来加以考虑。 因此，进、排气系统的热力过程计算既是复杂的又是非常 重要的。为了简化计算，对进、排气系统按不同的计算要求 分别进行简化处理分别进行简化处理。目前目前，管内流动的管内流动的一般计算方法般计算方法，大体大体 可分为容积法、小扰动法、特征线法和差分法。 1.容积法：它把进、排气管系视为一个零维容器，忽略管 内压力波动的传播内压力波动的传播，将实际的不稳定流动作为准稳定流动处理将实际的不稳定流动作为准稳定流动处理， 认为状态参数只随时间变化． 对中对中、低速柴油机或排气管相对来说较短的情况下低速柴油机或排气管相对来说较短的情况下，特别特别 是为了求得整机综合热力参数或与涡轮增压器配合计算等，可 以忽略管内压力波的传播，而用常微分方程对管内热力过程进 行描述行描述。这样就避免使用复杂的运算这样就避免使用复杂的运算，从而使计算大大简化从而使计算大大简化， 运算时间亦可大大缩短。这是一种目前仍普遍使用的方法。 22.特征线法特征线法、差分法差分法：：将管内视为将管内视为一维不稳定流动维不稳定流动，考虑考虑 压力波的影响，即管内状态参数不仅随时间变化，而且沿管的 长度方向也变化。用一维非定常流的偏微分方程组来描述管内 气体流动过程气体流动过程，并用特征线法或差分法求并用特征线法或差分法求一维非定常流严密解维非定常流严密解。 对中、高速大功率柴油机，排气管相对较长的情况下，管 内压力波动较大内压力波动较大。另外利用进气管中形成的压力波来提高气缸另外利用进气管中形成的压力波来提高气缸 充气效率或改进涡轮增压器的低速性能时，也应按非定常流进 行计算。但此方法较复杂，计算费用亦较高。 3.3.小扰动法小扰动法：：是假定是假定一维非定常流动过程中状态变化量大维非定常流动过程中状态变化量大 大地小于其平均值的条件下，将一维非定常流动拟线性偏微分 方程线性化，并用达朗贝尔法或傅里叶法求共通解的方法。 小扰动法适宜波幅较小的管内流动。对于研究内燃机进气 管、速度不太大的排气管内的一维非定常流动，以及燃油系统 高压油管内压力波动等，采用小扰动法可取得较好效果。比起 特征线法，计算简便得多，能在一定的精度范围内反映管内流 动的实际情况动的实际情况。在数值计算的早期阶段在数值计算的早期阶段，小扰动法在分析管内小扰动法在分析管内 非定常流动中曾起过相当重要的作用。 本章主要论述进本章主要论述进、排气系统热力过程计算的容积法排气系统热力过程计算的容积法、特征特征 线法。 44‐22 排气管内的热力过程计算排气管内的热力过程计算 （（容积法容积法）） 一、容积法的基本假设 排气管内热力过程计算排气管内热力过程计算((容积法容积法))是一种简化计算法是一种简化计算法，所作的所作的 简化假设如下： (1)(1)忽略排气系统中压力波沿管长方向上的传播忽略排气系统中压力波沿管长方向上的传播、反射和叠反射和叠 加现象，认为同一瞬时中排气管内各点的状态是均匀的。假定 排气压力与排气管内的空间排气压力与排气管内的空间坐标位置无关标位置无关，所以可以进所以可以进一步把步把 排气管简化成一个容器，其总容积V 为常数。V 等于气缸盖排