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高空车出租, 萝岗高空车出租, 高空车租赁    高空车的发动机排气管排气脉冲基本理论分析方法?

作者:admin 发布::2022-07-17

       高空车出租, 萝岗高空车出租, 高空车租赁    高空车的发动机排气管排气脉冲基本理论分析方法?    涡轮入口排气压力脉冲会受到以下因素的影响:发动机排量、气门操作、歧管几何结构、涡轮流量特性和发动机运行工况(转速和平均有效缸内压力BMEP等)。本文介绍了发动机气缸的填充和排空模型。该方法可用于识别排气脉冲波动的影响因素,并基于此方法对排气脉冲进行研究。 

      1 基本填充和排空模型。𝑚̇𝑒𝑐𝑇𝑟𝑒𝑐𝑃𝑟𝑒𝑐Vrec分别表示容器内气体的质量流量、温度、压力和体积;𝑚̇𝑛𝑇𝑛𝑃𝑛𝑎𝑛分别表示进口气体的质量流量、温度、压力和声速;𝑚̇𝑢𝑡𝑇𝑜𝑢𝑡𝑃𝑜𝑢𝑡𝑎𝑜𝑢𝑡分别表示出口气体的质量流量、温度、压力和声速。根据热力学第一定律和定常流动能量方程,可以得到: 𝑄̇𝑊̇=𝐸𝑟𝑑𝑡+𝑚̇𝑢𝑡(𝑂)𝑜𝑢𝑡𝑚̇𝑛(𝑂)𝑛  其中𝑄̇𝑊̇分别为传热和所做的功;𝑚̇𝑛(𝑂)𝑛𝑚̇𝑜𝑢𝑡(𝑂)𝑜𝑢𝑡分别表示接收器内进入和离开所定义的控制体积的能量。其中𝐸为容器内气体能量,可由式(2-24)计算得到: 𝐸=𝑚̇𝑟𝐶𝑣𝑇𝑟   其中𝑚̇为容器内气体的质量流量,𝐶𝑣为容器内气体的比热,𝑇𝑟为容器内气体的温度。 流体能量方程(2-23)可以变为(2-25)𝑄̇𝑊̇=(𝑚𝑟𝐶𝑣𝑇𝑟)𝑑𝑡+𝑚̇𝑢𝑡(𝑂)𝑜𝑢𝑡𝑚̇𝑛(𝑂)𝑛 根据理想气体状态方程(2-26)和比热容气体特性方程(2-27)及结合(2-25),得到(2-28) 𝑃𝑉𝑟=𝑚𝑟𝑅𝑇𝑟  𝐶=𝛾−1(2-27)  𝑄̇𝑊̇=𝑑𝑡(𝑟𝑉𝑟𝛾−1)+𝑚̇𝑢𝑡(𝑂)𝑜𝑢𝑡𝑚̇𝑛(𝑂)𝑛 其中𝑃为容器内气体的压力,𝑉𝑟为容器体积,𝐶𝑣为容积内气体的定容比热容。 (2-28)转换为(2-29) 𝑄̇𝑊̇=1𝛾−1(𝑃𝑑𝑉𝑟𝑑𝑡+𝑉𝑒𝑐𝑑𝑃𝑟𝑑𝑡)+(𝑚𝑑𝑡)𝑢𝑡(𝑂)𝑜𝑢𝑡𝑚̇𝑛(𝑂)𝑛      (2-29) 特定气体焓h可由式(2-30)计算得到: =𝐶𝑇=𝛾𝐶𝑣𝑇=𝑅𝑇𝛾−1=2𝛾−1其中𝐶为定压比热容,𝑎为音速。则方程(2-29)可转换为方程(2-31) 𝑄̇𝑊̇=1𝛾−1(𝑃𝑑𝑉𝑟𝑑𝑡+𝑉𝑑𝑃𝑟𝑑𝑡)+(𝑚𝑑𝑡)𝑡(2𝛾−1)𝑜𝑢𝑡𝑚̇𝑛(2𝛾−1)𝑛      

 

  

       2 发动机气缸模型 方程(2-31)为容器填充和排空模型的基本形式,可用于发动机气缸和进排气歧管的建模。在发动机气缸中,气缸内的控制容积是容器,进出容器的废气通过进排气门的操作实现。将基本的填充和排空方程应用于发动机气缸,假设无传热(Q = 0),气体做功为Pdv,方程(2-31)可转换为方程(2-32)(方程参数下标cyl表示气缸,exh表示排气,intake为进气): 0−𝑃𝑦𝑙𝑑𝑉𝑦𝑙𝑑𝑡 =1𝛾−1(𝑃𝑦𝑙𝑑𝑉𝑐𝑦𝑙𝑑𝑡+𝑉𝑦𝑙𝑑𝑃𝑐𝑦𝑙𝑑𝑡)+(𝑚𝑑𝑡)𝑥ℎ(2𝛾−1)𝑒𝑥ℎ𝑚̇𝑛2−1𝑛𝑡𝑎𝑘𝑒   (2-32) 在排气冲程过程中,进气阀门一般保持关闭(在排气行程结束前可能会开启),忽略进入系统的能量,故式(2-32)可转变为(2-33) 0−𝑃𝑦𝑙𝑑𝑉𝑐𝑦𝑙𝑑𝑡=1𝛾−1(𝑃𝑦𝑙𝑑𝑉𝑐𝑦𝑙𝑑𝑡+𝑉𝑦𝑙𝑑𝑃𝑐𝑦𝑙𝑑𝑡)+(𝑚𝑑𝑡)𝑥ℎ(2𝛾−1)𝑒𝑥ℎ将方程(2-33)变形得到方程(2-34) 𝑑𝑃𝑐𝑦𝑙𝑑𝑡=1𝑉𝑐𝑦𝑙(−𝛾𝑃𝑦𝑙𝑑𝑉𝑐𝑦𝑙𝑑𝑡𝑎2(𝑚𝑑𝑡)𝑜𝑢𝑡)

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     3 排气歧管模型及关键因子分析: 接收排气的容器是排气歧管。在整个过程中,气体通过排气阀进入排气歧管,再排出进入涡轮机。在排气冲程期间,排气歧管不做功(体积不变,dv/dt = 0),假设无传热,则基本的填充和排空方程(2-31)可转换为(2-35)(2-36) 0−0= 1𝛾−1(0+𝑉𝑒𝑐𝑑𝑃𝑟𝑒𝑐𝑑𝑡)+(𝑚𝑑𝑡)𝑢𝑟𝑏𝑛𝑒(2𝛾−1)𝑡𝑢𝑟𝑏𝑛𝑒−(𝑚𝑑𝑡)𝑥ℎ(2𝛾−1)𝑥ℎ   𝑑𝑃𝑒𝑥ℎ𝑑𝑡=1𝑉𝑒𝑥ℎ(𝑎𝑥ℎ2(𝑚𝑑𝑡)𝑒𝑥ℎ𝑎𝑢𝑟𝑏𝑛𝑒2(𝑚𝑑𝑡)𝑡𝑢𝑟𝑏𝑛𝑒) 结合公式(2-34)(2-36)𝑎𝑥ℎ2(𝑚𝑡)𝑒𝑥ℎ可以除去,则排气压力变化量𝑃𝑒𝑥ℎ𝑑𝑡可以用方程求解:𝑑𝑃𝑒𝑥ℎ𝑑𝑡=1𝑉𝑒𝑥ℎ(−𝑉𝑦𝑙𝑑𝑃𝑐𝑦𝑙𝑑𝑡−γ𝑃𝑦𝑙𝑑𝑉𝑐𝑦𝑙𝑑𝑡𝑎𝑢𝑟𝑏𝑛𝑒2(𝑚𝑑𝑡)𝑡𝑢𝑟𝑏𝑛𝑒)等号左边第一项是排气压力变化率。公式(2-37)已经定义为𝑃𝑑𝑡的形式,如果排气压力脉冲变化率用发动机曲轴转角𝜃表达,公式(2-37)还需要乘以𝑡𝑑𝜃,它等效于发动机转速的倒数。因此,𝑃𝑒𝑥ℎ𝑑𝑡实质上同发动机转速成反比,在发动机转速较低时此项变大,导致排气管中的排气压力波动变大,即排气脉冲幅值较大,波谷较低。 公式(2-37)等号右边括号内的第一项是气缸内气体压力的变化和气缸与排气管容积的比值。在排气冲程阶段,活塞从下止点移动到上止点,气缸中的气体压力降低(𝑑𝑃𝑐𝑦𝑙𝑑𝑡<0),所以此项为正。这说明在发动机排气冲程过程,排气歧管中的排气压力上升。在发动机高负荷(平均有效缸内压力高)以及排气阀开启较早的情况下,高的缸内气体压力会导致排气压力上升更快,达到更高的峰值压力。同样,对于气缸容积而言,更小的排气歧管容积也会导致排气压力在排气歧管内上升更快。因此,排泄脉冲幅值主要由缸内气体压力和发动机气缸容积与歧管容积比𝑉𝑐𝑦𝑙𝑉𝑒𝑥ℎ决定。 公式(2-37)等号右边括号内的第二项是气缸内压力与排气歧管容积之比和气缸容积变 化率的乘积。在排气冲程中,缸内容积减小,气缸容积变化率为负(𝑑𝑉𝑐𝑦𝑙𝑑𝑡<0)。因此这项在排气冲程时也应为正,这有助于排气压力的增加。 公式(2-37)等号右边括号内的第三项是涡轮流量和声速(或者废气温度,声速是温度的函数)相关项。在排气冲程中:涡轮中的流量变化率为正((𝑚𝑑𝑡)𝑢𝑟𝑏𝑛𝑒>0),所以此项为负,这有助于排空滞留在歧管中的废气质量,减少排气歧管的压力。涡轮质量流量随涡轮流通能力、涡轮进口压力及温度变化,且非对称双流道涡轮机的双进口排气压力脉冲也是非对称交变的废气压力波,所以它的运行极其复杂,这项说明非对称双流道涡轮机在脉冲进气条件下的流动特性对排气歧管中的排气压力形状与幅度也会产生影响。 综上所述,发动机歧管中的排气压力脉冲是发动机转速、发动机运行工况(缸内压力),歧管容积、发动机排量、排气阀运行和涡轮机流量特性的强相关函数。

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