第3章 进排气系统中的热力过程计算

1、第3章 进排气系统中的热力过程计算3.13.1概述概述 3.23.2排气管中的热力过程排气管中的热力过程3.33.3进气管中的热力过程进气管中的热力过程3.43.4中冷器的计算中冷器的计算3.13.1概述概述进气管子系统：进气管子系统：排气管子系统：排气管子系统：（进气总管、进气歧管、进气道）（进气总管、进气歧管、进气道）（排气道、排气歧管、排气总管、（排气道、排气歧管、排气总管、涡轮进气涡壳）涡轮进气涡壳）实际的进排气过程：不稳定的流动过程。实际的进排气过程：不稳定的流动过程。1.1.压气机，压气机，2.2.进气管，进气管，3.3.气缸，气缸，4.4.排气管，排气管，5.5.涡轮，涡轮，6.

2、6.中冷器中冷器定压增压系统定压增压系统 脉冲增压系统脉冲增压系统进排气系统的计算通常采用的计算模型：进排气系统的计算通常采用的计算模型：1.1.充满充满- -排空法（或称容积法）排空法（或称容积法）将不稳定流动过程简化为准稳定流动，只考虑状态参数随时间的变化将不稳定流动过程简化为准稳定流动，只考虑状态参数随时间的变化 pf t2.2.特征线法（目前已不常用）特征线法（目前已不常用）将不稳定流动过程简化为非定常一维流动，状态参数随时间和地点变化将不稳定流动过程简化为非定常一维流动，状态参数随时间和地点变化,pf t x3.3.有限体积法（有限体积法（GT-POWERGT-POWER采用）采用）

3、将不稳定流动过程简化为非定常一维流动，状态参数随时间和地点变化将不稳定流动过程简化为非定常一维流动，状态参数随时间和地点变化,pf t x3.23.2排气系统内的热力过程计算（容积法）排气系统内的热力过程计算（容积法）3.2.13.2.1容积法基本假设：容积法基本假设：2.2.排气管中的状态参数值随时间排气管中的状态参数值随时间t t（或曲轴转角（或曲轴转角）变化，在足够小的时）变化，在足够小的时间步长内，把排气管的不稳定流动简化为准稳定流动，把排气过程视为间步长内，把排气管的不稳定流动简化为准稳定流动，把排气过程视为排气对容积为排气对容积为V V3 3的容器准稳定流入和排出的过程。的容器准稳

4、定流入和排出的过程。1.1.排气管容积排气管容积V V3 3不变，不变， V V3 3= =排气道容积排气道容积+ +排气歧管容积排气歧管容积+ +排气总管容积排气总管容积+ +涡涡轮进气涡壳容积轮进气涡壳容积3.3.排气从气缸经排气阀流入排气管，总是有排气从气缸经排气阀流入排气管，总是有n n个气缸依次流入同一根排气个气缸依次流入同一根排气管。管。4.4.实际排气成分变化很小，假定排气过程排气成分不变。实际排气成分变化很小，假定排气过程排气成分不变。0mdd5.5.排气的气体常数变化很小，故去排气的气体常数变化很小，故去R R3 3= =常数常数。6.6.排气管内，排气不对外做功。排气管内，

5、排气不对外做功。3.2.23.2.2排气管内的基本微分方程排气管内的基本微分方程333331nAWAAAiid m udmdQdmhhdddd1 1）能量守恒方程）能量守恒方程331nAAiidmdmdmddd2 2）质量守恒方程）质量守恒方程33333p VmR T3 3）状态方程）状态方程1mvmddTdEdmuumdmcddd333331331nAWBmAAAivmidTdmdQdmddmuhhumdm cddddd3333331331nAWAAAividTdmdQdmdmhhudm cdddd1nAiidmd3WdQd3Admd排气系统的散热，排气系统的散热，排气系统的进气，排气系统的

6、进气，流出排气系统的质量变化率。流出排气系统的质量变化率。若为非增压柴油机：若为非增压柴油机：若为增压柴油机：若为增压柴油机：333123300333333321()()1kkkAdmkppu Fpdkpp 3331233443333321()()1kkkATTdmkppu Fpdkpp 3.2.33.2.3排气系统中的散热排气系统中的散热3WWAKWAWTdQdQdQdQddddAAKWAKpmdmTTdAcdTd 16WAKApmAKdQdmcTTdnd AKTAKTAAWAKpmdTdAdmTTcdAKAWAKpmdTdAdmTTcd AlnlnAKAKAKWAKWAKApmTTTTdm

7、cd expAKAKAKWAKWAKApmATTTTdmcd3.2.43.2.4排气平均温度排气平均温度柴油机重要参数之一。柴油机重要参数之一。非增压柴油机：反应热负荷的大小。非增压柴油机：反应热负荷的大小。增压柴油机：根据排气温度计算排增压柴油机：根据排气温度计算排气能量。气能量。1 1）时间平均值）时间平均值3331720cyctcyccycT dTT dd2 2）能量平均值）能量平均值3333pmcychpmcycdmcTddTdmcdd3 3）热电偶平均值）热电偶平均值33cycacyca T dTad333tahTTT3.33.3进气管中的热力过程进气管中的热力过程稳定工况下，进气管

8、中压力一般是为常数。稳定工况下，进气管中压力一般是为常数。增压柴油机要考虑进气压力波的影响。增压柴油机要考虑进气压力波的影响。过渡工况，进气容积对发动机瞬态特性有延迟作用，过渡工况，进气容积对发动机瞬态特性有延迟作用，因此要考虑进气系统中状态随时间变化。因此要考虑进气系统中状态随时间变化。222221nWKEKEiid mudQdmdmhhdddd3 3）能量守恒方程）能量守恒方程221nKEiidmdmdmddd1 1）质量守恒方程）质量守恒方程22222p VmR T2 2）状态方程）状态方程1mvmddTdEdmuumdmcddd222222221221nWmEKEKivmidQddTd

9、mdmdmuhhumdm cddddd2222221221nWEKEKividQdTdmdmdmhhudm cdddd3.43.4中冷器的计算中冷器的计算LELALWEWAWmmmmmm1 1）质量守恒方程）质量守恒方程WLLWQQQQ2 2）能量平衡方程）能量平衡方程LLPLLELAQmcTTWWPWWAWEQmcTTLWKLWQk AT当量平均温度。当量平均温度。:LWTdQk dATLPLLELAWPWWAWEmcTTmcTT11WPWLPLk dATmcmc由热量平衡得：由热量平衡得：LPLLWPWWmcdTmcdTdQLLPLdQdTmcWWPWdQdTmc两者相减得：两者相减得：1

10、1WLWPWLPLd TTdQmcmc11WPWLPLd Tk dATmcmc11WPWLPLd Tk dATmcmcmaxmin11KTTWPWLPLAd Tk dATmcmc1LELALPLTTmcQmaxmin11lnKWPWLPLTk ATmcmc1LELALPLTTmcQ11WAWELELAWPWLPLTTTTmcmcQlnWAWELELALWLAWEKLEWATTTTQTTTk ATTlnLAWEKWAWELELALEWATTk ATTTTTTQLWKck Aln()LWWAWELELALAWELEWAWPWWAWEcTTTTTTTTmcTTexp()LEWALAWELWLELAWEWAWPWWAWETTTTcTTTTmcTTWLLWQQQQLLPLLELAQmcTTWWPWWAWEQmcTTLPLLELAWAWEWPWmcTTTTmc.LWKLWQck AconstT计算中冷器的简化方法：计算中冷器的简化方法：-LELALEWETTTTLALELppp中冷器的压力损失：中冷器的压力损失：200LLLLmppm 0300500LpPa3 3进排气系统中的热力过程计算进排气系统中的热力过程