numerical modeling numerical simulation
1、内燃机工作过程热计算
2、内燃机工作过程数值计算
第三节 内燃机工作过程数值计算——数学模型分类 第四节 发动机工作过程数值模拟软件 第五节 内燃机工作过程数值模拟应用实例 第六节 课程要求
内燃机工作过程数值计算


（3）热量利用系数 ξz
燃烧方程：
z Hu =Uz Uc Wcz
Hu为燃料低热值，在任意时刻 放出的热量中，一部分完成机械功， 另一部分增加工质的内能。 本例ξz=0.75 热量利用系数ξz是一个 来反映实际燃烧过程中燃烧不完善、通 道节流、高温分解和传热等损失大小程度的一个重要参数， 它的数值受内燃机燃烧品质的影响。凡是能改善燃烧过程和 减少传热损失的因素和措施有利于ξz的提高。 柴油机的热量利用系数一般在0.65-0.85范围内， 汽油机热量利用系数一般在0.85-0.95范围内，
取α =1.75
汽油机=0.90-1.0
一、经验参数选择
（2）最高燃烧爆发压力
本例子Pz=75(bar)
柴油机根据经验确定，汽油机直接从热计算中求出
Pz(bar) 直喷式非柴油机 预燃式柴油机 涡流式柴油机 增压柴油机 汽油机 60-90 45-60 50-70 120-150 30-80
一、经验参数选择
第二章 内燃机实际工作过程热力学计算
热计算的目的： 在一台新内燃机的设计过程中，大致确定气缸内的压力和温度 变化情况，绘出示功图，可以对发动机方案设计中所确定的指 标起到一定的校核作用。 热计算的局限性： 1、是一种近似的、半经验的估算方法、其计算结果的精确性依 赖于大量经验数据的选取是否恰当。 2、一般只能进行标定工况（额定工况）的计算，其它工况不适 用，须另找实验统计资料选取或进行详细的工作过程模拟。
一、经验参数选择
（4）示功图丰满系数
φi
本例 φi=0.96
在热计算时，先假设燃烧、 膨胀和排气过程由等容过程等 压过程、多边过程和等容过程 所组成的理论过程来处理。 为考虑实际循环的损失，用 棱角修圆（用小于1丰满系数 φi来修正）的简单办法来使所 得燃烧、膨胀和排气过程的PV线近似于实际循环的P-V线。
内燃机工作过程数值计算


第一章 概论 第二章 内燃机实际工作过程热力学计算 第三章 柴油机实际工作过程的数值计算 一. 基本微分方程 二. 气缸内实际工作过程的计算 三. 边界条件的确定 第四章 汽油机实际工作过程的数值计算 第五章 数值计算软件介绍
Hale Waihona Puke 第一章 概论第一节 模拟（仿真）技术 第二节 内燃机工作过程计算方法
H u =44100kg/kg燃料
ω Ps=1bar Ts=288k 1500r/min
第二章 内燃机实际工作过程热力学计算
一、经验参数选择 （1）过量空气系数（额定工况） • 高速非增压柴油机的过量空气系数一般均推荐1.6-1.9 • 高速增压柴油机的过量空 气系数较非增压机柴油机大10%-30%
空气中氧气摩尔成分约占21%）
1 wC wH wO L0 ( ) 0.21 12 4 32
柴油： wC＝0.87
( kmol/kg )
wO=0.004
wH＝0.126
L0=0.495 kmol/kg
二、燃烧热化学计算 （2）新鲜充量M1
M1 L0
燃烧 1 kg 燃料实际供给的空气量 完全燃烧 1 kg 燃料理论上所需要的空气量
泄漏损失
燃烧损失
换气损失
6135型柴油机热计算过程
• 已知条件为： • 型号： • 型式： • 缸数： • 气缸直径： • 活塞行程： • 工作容积： • 压缩比： • 燃料低热值： • 燃烧室 • 大气状态： • 额定工况转速 6135 四冲程,水冷，直列直喷式，非增压 i=6 D=135mm S=140mm VH=2L ε=16.5
一般四冲程发动机的丰满系数在（0.92-0.97）范围内。
一、经验参数选择
（5）机械效率 • 非增压柴油机：（0.78-0.85） • 增压柴油机： （0.80-0.92） • 汽油机： （0.80-0.90）
本例ηm=0.80
第二章 内燃机实际工作过程热计算
（6）残余废气系数及排气终了残余废气温度Tr 每循环进气过程结束时，缸内残余废气量与实际进入气缸的 新鲜充量的比值（质量或体积比）。
本题选取残余废气系数0.04,残余废气温度Tr=800K
二、燃烧热化学计算 （1） 1 kg燃料燃烧所需的理论空气量 ——质量kg：
（空气中氧气质量成分约占23%）
(kg / kg燃料)
1 wC Lo’ 8 8 w wo H 0.23 3
——摩尔数 kmol：（
第二章 内燃机实际工作过程热力学计算
混合加热理论循环
泄漏损失
实际循环与理论循环区别
燃烧损失
1、实际工质 2、传热损失和流动损失 3、泄漏损失 4、燃烧损失 5、换气损失
换气损失
第二章 内燃机实际工作过程热力学计算
混合加热理论循环 热计算方法：用闭口系统 来模拟不稳定的开口系统， 用定容定压加热代替实际 的燃烧过程，用多变过程 来代替实际的压缩和膨涨 过程，用定容放热代替排 气过程等；最后的结果用 一个折扣系数近似接近实 际循环。
燃烧前工质质量： 柴油机：M1= α L0（空气）
汽油机：M1=αL0+1/MT（空气+燃油）
（3）1kg燃料燃烧时的燃烧产物量M2
完全燃烧产物是由CO2、H2O、剩余的O2及未参与反应的 N2组成
wC wH wO wc wH wH wO M 2 L0 ( ) L ０ 12 4 32 12 2 4 32 0.8975 Kmol/Kg燃料
第一章 概论 第二章 内燃机实际工作过程热力学计算 第三章 柴油机实际工作过程的数值计算 一. 基本微分方程 二. 气缸内实际工作过程的计算 三. 边界条件的确定 第四章 汽油机实际工作过程的数值计算 第五章 数值计算软件介绍
第二章 内燃机工作过程热力学计算
是一种近似的、半经验的 估计方法，它是根据热力学 计算公式，以理论循环为基 础，对内燃机各热力参数、 性能参数进行计算.