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毕业设计开题报告班级：车辆04级3班 姓名：牟宝杰设计题目基于VC的T16V190天然气发动机动力和热力过程计算软件的设计一、 选题背景和意义：热机是将燃料中的化学能转变为机械功的热力发动机。区别于外燃机，内燃机是燃料在机器内部燃烧而将能量释放做功的。由于内燃机的热效率高（是当今热效率最的热力发动机）、结构简单、比质量（单位输出功率的质量）轻、移动方便，因而被广泛应用于交通（陆地、内河、海上和航空）、农业机械、工程机械和发电时作为动力1。传统内燃机以石油为原料，随着世界经济的飞速发展，汽车的保有量迅猛增加，其排放物CO、CO2、PM（碳烟微粒）和NMHC（甲烷以外的未燃烃）对大气环境污染日趋加重。汽车排放问题几乎成为所有大都市的通病，这些都已经引起世界各国的高度关注，汽车排放的控制和低公害汽车的开发、普及已经列入了议事日程2。气体机有着高热效率和低温室气体排放量的优点，然而仍无法摆脱高NOx和颗粒排放的困扰。近来，直喷式汽油机得到了大范围的推广，直喷式汽油机的充量分层所达到的超稀燃极限提高了热效率，但是却导致了NOx和颗粒排放恶化。因此仍需做大量的工作来解决排放问题3。随着环保和节能要求的日益提高，气体燃料发动机重新得到了重视和发展，天然气被认为是最有潜力也是最清洁的替代燃料。天然气的辛烷值高，可以采用大的压缩比，因此在全负荷时可以获得更高的热效率4。国内外研究表明，气体燃料发动机的CO、CO2、PM（碳烟微粒）和NMHC（甲烷以外的未燃烃）的排放量大量降低，NOX也有不同程度的改善，而且基本没有硫化物，完全没有铅的排放，还可节约能源10%左右，其价格也较低，尤其，天然气是重要的一次能源，其蕴藏量远远超过石油，天然气发动机的大力推广，有利于改善能源结构，维护国家能源安全5。然而，气体燃料发动机比相同排量的燃油发动机动力约下降10%，有的甚至高达20%以上，这对发动机，尤其是排量较大的发动机和多缸发动机的使用性能造成重要的不良影响，成为制约气体燃料发动机推广的不利因素，所以，对气体燃料发动机的动力和热力过和进行计算分析，对于优化发动机的性能具有很高的实用价值6。二、 课题关键问题及难点： （1）对多缸气体发动机进气、压缩、爆发、排气冲程进行热力分析,并建立发动机工作过程热力计算模型。（2）对发动机动力过程及曲柄连杆机构的受力状况进行分析，并建立多缸发动机动力过程计算模型。（3）发动机工作过程热力和动力过程计算流程图的编制。（4）用VC语言编制发动机热力和动力计算及计算结果输出软件系统；（5）利用编制的软件对发动机机工作过程影响因素进行分析,通过调整发动机的工作过程参数，利用编制的软件，分析其对气体机燃烧压力、温度、油耗、功率等参数的影响；分析曲柄连杆机构的运动规律，受力状况，了解不同设计参数对作用在发动机主要零件上力的影响。三、调研报告（或文献综述）：曲柄连杆机构在发动机上扮演着十分重要的角色，是汽车发动机中传递动力的重要零件，作用是将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。它在高温高压条件下作变速运动，受力极其复杂。连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。这就要求连杆强度高，刚度大，重量轻。柴油机连杆的结构应该让发动机有良好的工作性能，例如：足够的功率；外廓尺寸小；总重量轻；工作安全可靠；工作适应性好；加速性能好；污染和噪音要小等等。现代汽车向着环保节能方向的发展，要求发动机连杆在满足强度和刚度的基础上，应具有尺寸小、重量轻的特点。对内燃机的热力学过程，特别是缸内的热力学过程的模拟计算，在内燃机的研究下开发初期是非常有用的。内燃机工作过程的模拟预测计算，最早采用的是热力计算法，它是建立在简单热力学关系基础之上的一种近似的、半经验的估算方法。如用等熵过程或多变过程来代替实际的压缩和膨胀过程，用一个近似的放热过程来代替实际的燃烧过程等。这种方法诞生于20世纪初期，当时的数值计算手段尚不完备、物理模型也不够全面。尽管该方法可以对内燃机的工作过程进行估算，但其精度和应用范围都受到了很大的限制1。进入20世纪60年代以后，随着内燃机数值模拟技术的不断完善和计算机技术的进步，有关数值模拟方面的研究孔洞断深入，交的理论不断涌现，极大促进了设计手段的更新和设计观念的变革。与此同时，用于内燃机的商品化软件陆续推出，其功能也不断完善，从零维模型到多维模型，从整机到分部件、分系统的计算软件，从性能预测到强度分析等等不一而足3。内燃机气缸内部实际进行的工作循环是非常复杂的，为获得正确反映气缸内部实际情况的试验数据，通常利用不同型式的示功器或内燃机数据彩信系统来观察或记录相对于不同活塞位置或曲轴转角时气缸内工质压力的变化，所得的结果即为p-示功图或p-V示功图。（如图所示）示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。从示功图可以观察到内燃机工作循环的不同阶段（压缩、燃烧、膨胀、）以及进气、排气行程中的压力变化，通过数据处理，运用热力学知识，将它们与所积累的试验数据进行分析比较，可以对整个工作过程的不同阶段进展的完善程度做出正确的判断2。曲柄连杆机构的功用是把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。在发动机做功时，气缸内最高温度可达2500K以上，最高压力可达5-9MPa，现代汽车发动机的最高转速可达3000-6000转r/min，则活塞每秒钟要行经约100-200个行程，可见其线速度是很大的2。此外，与可燃混合气和燃烧废气接触的机件（如气缸、气缸盖、活塞组等）还将受到化学腐蚀。因此曲柄连杆机构工作条件的特点是高温、高压、高速、和化学腐蚀。所以运用力学的基本原理研究内燃机曲柄连杆机构的运动规律，分析作用在内燃机主要零部件上的力，作为强度、刚度和磨损等问题的依据，并且说明这些力对内燃机动力装置的影响十分重要的3。Visual C+是Windows平台下32位应用程序开发的计算机语言，与其他编程工具相比，Visual C+不但提供可视化的编程环境，更在编写直接对系统进行底层操作的程序方面独领风骚，并且其生成代码的质量，也在众多开发工具中名列前茅，Visual C+提供的Microsoft基础类库（Microsoft Foundation Class Library，简写为MFC），对Windows的Win32应用程序接口进行了十分彻底的封装，使得可以使用完全面对对象的方法来进行Windows应用程序的开发，不但避免了对某些技术细节需要深入了解的麻烦，而且节省了应用程序的开发周期，降低了成本，也使得Windows程序员从大量的复杂劳动中解脱出来，正是基于以上优点，Visual C+被越来越多的程序员所接受8。三、 方案论证：对于内燃机的热力学过程，特别是缸内热力学过程的模拟分析，本课题采用零维模型。该方法以热力学基本概念为基础，不涉及内燃机中各种热力参数在空间场的不均匀性问题以及工作过程的细节，其基本思路是：从内燃机工作循环各系统内所发生的物理过程出发，用微分方程对各系统的实际工作过程进行数学描述，通过编制计算机程序，得到气缸内各参数随时间（或曲轴转角）的变化规律；然后通过相应的计算公式，计算出发动机的宏观性能参数6。对内燃机的动力过程，以建立数学模型为基础，在建立数学模型后，利用VC建立动力过程的计算模型程序，最后进行调试，确定。程序框图如下：开始各原始参数及已知参数的选择热力过程计算判断动力过程计算判断判断输出相关示图YNYYNN结束最终根据计算机的输出，分析发动机的动力和热力，从而可以对天然气发动机的改进指明方向。1.周龙保.内燃机学M. 北京：机械工业出版社. 2.杨连生.内燃机设计M.吉林工业大学.3.陈家瑞主编. 汽车构造（上册）M.北京：机械工业出版社，2005.4.蒋德明.高等车用内燃机原理.西安：西安交通大学出版社，2006.5 余成波,徐云,陈福隆 内燃机气缸动态压力单片机测试系统研究J重庆工业管理学院学报,第11卷 第1期1997年3月6. 机械设计手册编委会.机械设计手册 M.北京：机械工业出版社，2004.7.郑阿奇.Visual C+实用教程. 北京：电子工业出版社.8.夏云龙.最新Visual C+使用手册.北京：电子工业出版社，20059. 杨国兴.Visual C+实例教程.北京：中国水利水电出版社，200110 David R.Lancaster et al.Measurement and Analysic of Engine Pressure Data.SAE Trans.750026.11 Charles A.AmannCylinder-pressure Measurement and Its Use in Engine ResearchSAE Trans.852067.五、进度安排：第5-6周 毕业实习，文献检索，撰写开题报告。第7-8周 了解气体机的工作过程及结构，并对其进行热力分析和曲柄连杆机构的受力分析。第9-10周 建立热计算和动力计算的数学模型。第11-12周编制多缸发动机热力和动力计算程序流程框图。第13-14周 编制多缸发动