某型增压柴油机排气系统的仿真研究.pdf

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1、刘威王银燕王正祥徐浩包方芳：某型增压柴油机排气系统的仿真研究肆—翼—jc—o皂—x—，c一、，已岛0设计研究S点—，f，x～，f，af，x一某型增压柴油机排气系统的仿真研究InvestigationonPerformanceofTurbochargedDieselEngineExhaustSystem刘威1王银燕1王正祥2徐浩2包方芳2(1哈尔滨工程大学动力能源与工程学院2河南柴油机重工有限责任公司)[摘要]排气系统设计是否合理对柴油机的性能有着重要影响，为了探求某型增压柴油机采用不同排气系统的优越性，本文以内燃机性能仿真软件

2、GT—Power为平台，建立了工作过程仿真模型，利用试验数据验证了模型的可靠性。柴油机采用脉冲增压系统，针对定压增压系统和MPC增压系统对原机的排气系统进行了重新设计，建立了定压增压系统和MPC增压系统的柴油机模型，并分别对其进行了稳态工作过程计算，着重分析研究了采用不同排气系统对该柴油机性能的影响，为该柴油机排气系统的改进提供了参考依据。[关键词]内燃机性能试验排气系统仿真Keywords：ICEnginePerformanceExperimentExhaustsystemSimulation0概述柴油机排气系统不仅影响废气

3、的排出，并且在增压柴油机中．排气管的气体流动对废气能量的利用率、充量更换、泵气损失以及柴油机的动力性和经济性都有着重要的影响。良好的排气系统能够保证柴油机增压系统获得更优的性能，根据对废气能量利用方式的不同，废气涡轮增压有定压增压系统、脉冲增压系统和MPC增压系统等多种型式，本文以某型柴油机作为研究对象．利用GT—Power软件，对该柴油机建立了整机性能仿真模型，并进行了试验校核。针对定压增压系统和MPC增压系统，对原机的排气系统进行了重新设计，更改了原机模型，按标准推进特性进行了计算，分析了不同排气系统对该柴油机性能的影响，

4、研究了采用定压增压系统、脉冲增压系统及MPC增压柴油机性能的优越性，为该柴油机排气系统的优化设计提供了理论指导依据。1柴油机工作过程计算1．1实机参数本文以某型增压柴油机作为研究对象，该柴油机的主要技术参数如表1所示。表1柴油机主要技术参数项目参数标定功率1107kW标定转速2165r／min气缸数16气缸排列V型夹角600缸径×冲程132minxl60mm压缩比15燃烧方式直接喷射总排量35．03L爆发压力16MPa增压方式增压中冷燃油消耗率221+5％g·(kW·h)。(标定工况)强化指标20．161_2柴油机工作过程模拟

5、的理论基础本文所研究对象为涡轮增压柴油机。在工作过程模拟时。先将涡轮增压柴油机的热力系统划分为气缸、进气管、排气管、涡轮增压器以及空冷器等几个子系统【“。柴油机工作过程模拟时，缸内工作过程选用零维模型；燃烧模型选用三韦伯函数模型；传热模型选择Woschni模型：进、排气系统采用一维非定常流动模型：根据废气涡轮增压器的相关参数及2内燃机与配件2013年第10期废气涡轮增压器的平衡条件，建立了废气涡轮增压器的计算模型刚。该柴油机采用的是脉冲增压系统．柴油机结构示意如图1所示，根据柴油机的特点，建立了仿真模型，模型如图2所示。模型搭

6、建完成后，需对初始参数进行设置，参数设置准确与否直接影响到计算速度和计算结果的准确性。设置初始参数时，已知参数可以直接设置．其它参数需要根据经验值进行选取。若初始条件设置的不够合理，会造成程序无法收敛，因此设置初始条件时．应尽量与柴油机实际的工作状态保持一致，为此不同工况运行时，模型的初始值还需要重新设置[51。Ililt8I明嗡球驾挲祭祭粹骅￡F—兰三三三三三三三召})中一丁￡=5乏三三三三三三三三三蔓矽嚣一￡童垒幽图2柴油目【仿翼模型仿真模型调试完毕后，对该柴油机按标准推进特性进行计算，所选取的负荷点分别为25％、50％、

7、75％、90％、100％和110％工况，与之对应的转速分别是1364r／min、1719r／min、1968r／mi、2092r／min、2166r／min和2234dmin。2台架试验与模型验证2．1试验方案该柴油机主要作为船用主机投入市场，考虑到该柴油机充分发挥最大工作的能力，在试验台架上对该机进行了推进特性试验，测取了该机在规定工况下按标准推进特性运行时的燃油消耗率及爆发压力等性能参数随转速或功率的不同而变化的关系。2．2模型验证与分析表2为模拟计算结果与试验数据对比结果。从表中可以清楚看出，模拟计算值与试验数据误差较小

8、，不超过5％，两者吻合较好，说明该柴油机仿真模型具有较高的精度．能够再现该柴油机实际的运行情况，可以作为柴油机仿真研究的模型，为下一步不同排气系统柴油机的仿真做好了准备。表2模拟计算结果与试验数据对比负荷25％50％75％9I嗡loo％llO％转速r／min136417191