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涡轮和压气机的匹配发动机与负荷的匹配其轴的弹性可忽略不计

2024-02-18 18:18

  起初,人们劳神费心地去捉摸发动机的运行状态BWIN体育,而现在BWIN体育,已能足够准确地预测结构的变化甚至新的工作方式的效果BWIN体育。

  非增压发动机计算和增压发动机计算之间的基本差别在于排气状态对吸气状态的反作用BWIN体育BWIN体育。

  如果知道了发动机前的吸气状态BWIN体育,一般只需一次校核计算单缸中的循环过程就足够了BWIN体育。

  然而对于装有废气涡轮增压器的发动机来说,其吸气状态开始是不知道的,因此计算始于假设的进气管和废气管中的压力和温度值,以及增压器的转速值。

  随着计算一步步地进行越野车,这些值一般都收敛在一个固定的运行状态,在此状态下,质量流量和能量流量以及作用在增压器各个部分上的转矩处于平衡。

  如果这种平衡是逻辑步进建立起来的BWIN体育BWIN体育BWIN体育,这种计算就称为迭代法;如果这种平衡是物理连续建立起来的,这种计算就称为积分法。

  当质量流量和转矩之差引起状态参数(压力BWIN体育BWIN体育、温度BWIN体育、转矩)的模拟变化时,这种方法尚还能适合于发动机的物理变化过程。

  因此,也适合于动态过程的计算,如加速和加载过程的计算,现已公开的某些增压发动机的数字模拟。

  其中有一次对通过涡轮的流量进行了分析计算,但效率也是凭经验估算。用这种方法,一般不可能预测增压器上几何形状变化的影响。

  如果模拟计算的重点或者发展模拟方法的由缘在于内部过程BWIN体育,碍于必不可少的花费电动自行车,留给增压器的位置通常就很小了。

  本文着重计算了发动机与增压器的匹配BWIN体育,对循环过程虽然作了分析,但只是简单地计算了几个步骤BWIN体育,并从这几个步骤中求出积分值(在常量转矩和流量时)。

  用这种简化可在模拟发动机和增压器的费用之间找到一定的平衡,增压器发出的功率相对越大,采用这种简化的计算方法也就越有意义。

  在计算增压器元件的时候BWIN体育BWIN体育,选择一种增瓜发动机元件的逻辑运算方法是非常重要的。

  本计算中假设增压器元件(如压气机和涡轮)同一个质量存储器(以管路形式)相联结,且忽略不计气体在元件中的惯性(通流元件的准稳定描述)BWIN体育。

  对于涡轮和压气机的匹配以及发动机与负荷的匹配BWIN体育,假设它们通过动量存储器(以惯性矩的形式)联结,并且轴的弹性可忽略不计。

  当增压器通流元件之间的质量流量与机械元件之间的转矩相等时,就会出现平衡BWIN体育,显然BWIN体育,元件之间的压力或是转速对每个元件都是一致的。

  增压器元件逻辑运算的迭代法和积分法之间的基本差别,用一个在给定转速下运转的单级定压增压发动机的简化例子予以说明BWIN体育。

  在不同的情况下采用的迭代法是不相同的,但所有的迭代法都要首先假设所有的状态参数值,然后通过平衡条件试验加以逐个修正。

  由于没有一个状态参数影响到平衡状态,因此在每次修正时必须重新计算剩余的平衡状态制动频率,对于迭代法BWIN体育,出一幅用框图表示的流程图。

  因此BWIN体育,对于发动机和增压器之间的复杂匹配,用迭代法无论是在编制程序BWIN体育,还是在计算机上计算都要导致很高的费用BWIN体育。

  和用方块连接起来的迭代法并行的另一种方法是积分法BWIN体育,本文中所有对于增压器部分的计算都是采用这种方法的。

  在此,转矩和流量之差用微分表示BWIN体育,由此而得出的微分方程组可由预先编制的数字程序求解BWIN体育。

  为了计算稳定状态单向阀,当微分值超过终值的给定百分比(一般为1%)时,这种方法就停用BWIN体育。

  这个百分比关系到数字结果的准确度。为增压发动机的简化流程图,双线框表示积分级流体摩擦BWIN体育。

  下面将举例说明气缸工作容积为5.8立方分米的六缸空一空冷脉冲增压发动机的计算值和测量值之间的一致性以及预测未知工作状态的可能性BWIN体育。

  计算值表明,随着转速增加,压力特性曲线向下移BWIN体育,这是由于高速流体损失和摩擦损失所致BWIN体育。

  只是在1000转/分的最低转速时,特性曲线的倾斜角度发生了变化BWIN体育,这是由于热力学方面损失增大的缘故BWIN体育BWIN体育。而这种情况也是由计算所证实BWIN体育。

  通过计算,爆发压力在定性上得到了正确的再现;只在两种情况下BWIN体育,实测值和计算值之差超过5巴。

  在示出的宽广的工作范围内偏心质量,计算与实测之问的定性的一致性被认为是很好的,定量的一致性也是令人满意的滑动轴承。

  在按螺旋桨特性运行的试验台条件下(即只有发动机和制动器的惯性矩存在时),计算的加速特性和延迟特性曲线与测量的加速特性和延迟特性曲线进行了比较。

  用同样的方法对定压增压发动机进行的计算表明:脉冲增压发动机加速特性曲线较好的基本原因是在低负荷范围内出口增压压力较高BWIN体育。

  运行状态的计算以及运行参数的绝对预测只是模拟计算的次要问题BWIN体育BWIN体育,主要的问题是预测结构或其它方面变化时运行参数的相对改变。

  下面以预测喷油量以及实际工作压力恒定时的高原和热带特性及增压器设计改变时的特性作BWIN体育。

  在此所研究的发动机与前面已经谈到的车用单级增压发动机是一样的,但是低压增压器 (定压增压)稍微大一些BWIN体育。

  校核计算由经验确定的有效压力的精度基本上与单级增压的相等,但是有效压力可达15巴压花把手。

  值得注意的是:由于高压涡轮(脉冲增压)后的压力的提高,在气门重叠的宽广的工作范围内,压力水平是如此之高BWIN体育,以至于不可能发生废气倒灌的现象。

  为运行参数变化情况BWIN体育。运行参数是按下述条件计算的:周围压力由1降到0.9巴;吸气温度由15增加到46℃;压气机效率在总的运转范围内增加5%;喷嘴环宽度约减少15%。

  同样,括号中列出了相应的经验参考值。涡轮增压器转速和燃烧空气比具有很好的一致性。

  只是计算的涡轮温升较高些BWIN体育BWIN体育,然而在定义和测量这个强烈摆动的参数时,这个问题定会涉及到。

  作为两级增压的优点常常提到压气机特性曲线在下半部分具有较宽的工作范围,从而可与发动机更好地匹配BWIN体育BWIN体育。

  这种情况对于低压压气机是可靠的BWIN体育,此处BWIN体育,一个较宽范围的发动机转速和有效压力工作点一起形成了一个窄带;这个窄带可以通过压气机的设计调到最佳效率曲线上BWIN体育。

  与此相反,在高压压气机的特性场上,可以找到一个很宽的工作范围,从而接近喘振界限,或者使压气机功率在工作范围内急剧下降齿廓BWIN体育。

  在低负荷范围内,以脉冲增压工作的高压涡轮吸收了废气能量,随所测量的和计算的压力比的分布情况:

  ①高压压气机的压比;②压力升高比BWIN体育,高压:低压1.1;③测量;④低压压气机压比;①计算。

  随着功率的提高,这个功又转到低压涡轮增压器上。这两种压比构成了一个很窄的带BWIN体育。

  在计算时不仅正确给出随着发动机功率的提高向低压压气机上转移的功确定性故障,而且也正确给出窄带内的分布过程。

  通过对增压发动机元件进行物理积分计算,使得能够在数字计算机上以很简单的方式模拟出稳定工况和动态变化过程BWIN体育。

  [3]方祥军.对转涡轮气动设计与叶片造型研究[D].北京:北京航空航天大学,2000.

  [4]季路成.关于复杂流场计算及对转涡轮设计与实验方案的初步研究[D].北京:中国科学院工程热物理研究所,