高功率密度柴油机的排气流通特性.pdf

《高功率密度柴油机的排气流通特性.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第28卷第12期742012年6月农业工程学报Thnsactionsofthechinesesociety0fA鲥culturalEngine鲥ng、，0128No．12Jun．2012高功率密度柴油机的排气流通特性尤国栋1，苏铁熊1，许俊峰1※，(1．中北大学机电工程学院，太原030051；孙利魏1，徐春龙2，王增全12．中国北方发动机研究所，大同037036)摘要：为了分析柴油机功率密度提高后排气流动特征的变化，建立单缸柴油机一维热动力模型，对转速为3000r／min时柴油机的控制参数和热动力参数进行仿真，计算结果与试验值吻

2、合良好。应用校准的模型分析柴油机提高功率密度对排气流动的影响。结果表明，随转速提高超临界排气持续曲轴转角明显增加，在转速为4200r／min时达128。：活塞排气指示功明显增大。排气流通面积成为影响高功率密度柴油机排气流动性能的主要因素，增大排气fJ喉口直径，可缩短超临界排气，减小排气指示功绝对值。为高功率密度柴油机排气系统的优化设计提供理论参考。关键词：柴油机，排气系统，参数评估，数值仿真，超临界排气，指示功率doi：10．396蛳．is龇．1002—6819．2012．12．013中图分类号：Ⅸ421．3文献标志码：A文章编

3、号：1002-6819(2012)一12一0074一06尤国栋，苏铁熊，许俊峰，等．高功率密度柴油机的排气流通特性[J]．农业工程学报，2012，28(12)：74—79．YouGuodong，SuTiexiong，xuJuⅡfen昏eta1．Exhaustnowch啪cteristicsofdie鸵lenginewimhi曲powerd朗sjty们．TransactionsofmeChin髓esocietyofAgricul咖lEngin∞ring(TransactioIlsofthecsAE)'2012，28(12)：74—

4、79．(iIlChinesewithEnglishabstmct)0引言柴油机排气系统的设汁和优化提供理论参考。作为解决全球气候变暖的一项措施，降低C0：排放已成为世界汽车行业亟待优先考虑的问题ll】。具有高热效率、低油耗的柴油机在欧洲乘用车上已得到广泛应用。许多研究机构试图通过减小柴油机的尺寸，同时要求在相同的发动机体积下输出更高的功率(高升功率)，来达到更高的排放指标【2刊。1996年Niven和Webber提出了高功率密度柴油机的性能参数，随着市场对柴油机性能要求的不断提高，柴油机的强化指标不断提升，功率密度已达到92kw

5、／L以上【。12】。高转速和高增压压力是高功率密度柴油机的基本特征，这就使得高功率密度柴油机的排气过程与传统研究有所不同，而排气过程气体流动状态对发动机各个性能又有着至关重要的影响【1}141。当前，发动机排气系统的研究多为改善气道的流通能力、降低排气道内压力波动以及减少排气能量损失等方面115氆】。对柴油机提高功率密度后排气系统的流通状态的变化，国内外研究较少。该研究以高功率密度单缸柴油机为对象，建立一维气体流动热动力模型12抛们，并用试验结果对仿真模型进行校验，应用校准模型研究柴油机高转速和高增压压力下排气过程中超临界排气阶

6、段的变化规律以及排气门喉口直径对排气系统流动性能的影响。为研究高功率密度收稿日期：2012．01．09修订日期：2012．04—22作者简介：尤国栋(1979一)，男，山西偏关人，博士生，主要从事柴油机燃烧技术与排放控制研究，太原中北大学机电工程学院，030051。Ema钉：yg血uc@163．com※通信作者：许俊峰(1972一)，男，山西大同人，博士，主要从事内燃机工作过程优化及控制研究．太原中北大学机电工程学院，∞0051。Emn：cnxujf@yah∞．∞m．cn1数学与仿真模型1．1数学模型发动机进排气系统大多为管流系

7、统。系统管路内的流动和传热在工程应用中常被简化为一维流动。部件对系统的影响可以通过管路与部件连接处的边界条件反映。因此，可以通过求解一维计算流体动力学(co唧utationalnuidd”amics，CFD)模型对发动机进排气系统进行仿真。一维管道流动控制方程包括连续方程、动量方程和能量方型27。29】。连续方程娑+v．(∥)：o(1)动量方程挈+v．(尸叫)：v．(卜p忑)(2)能量方程警丹(删+厨硼耻害(3)式(1)～(3)中，p为密度，kg／m3；f为时间，s；V为微分算子；U为时均速度，m／s；五为导热系数，w“m2·K

8、)；丁为温度，K：p为压力，Pa；f为黏性应力张量；彤‘“‘为雷诺应力；p“’矗。为湍流脉动导致的附加对流输运项。日：向+当u2+七(4)2式中，H为总焓，J；矗为静焓，J：尼为湍动能，J。在柴油机的排气门处，由于通流面积变化剧烈，工质流经气门时，具有热交换的不