汽车发动机原理张志沛第四版--内燃机性能指标及实际循环热计算.pptx

第一节内燃机理论循环概述第一节内燃机理论循环概述第二节内燃机实际循环与热损失第二节内燃机实际循环与热损失第三节热平衡第三节热平衡第四节指示指标第四节指示指标第五节有效指标第五节有效指标第六节机械损失第六节机械损失第七节燃烧热化学第七节燃烧热化学第八节燃烧基本理论第八节燃烧基本理论第九节实际循环的近似计算第九节实际循环的近似计算热计算热计算第十节第十节 实际循环数值计算的基本微分方程式实际循环数值计算的基本微分方程式第一章内燃机性能指标及实际循环热计算第一章内燃机性能指标及实际循环热计算本章要求：本章要求：1.掌握内燃机三种理想循环，理解内燃机实际循环掌握内燃机三种理想循环，理解内燃机实际循环与热损失，了解内燃机热平衡；与热损失，了解内燃机热平衡；2.掌握内燃机指示指标与有效指标，理解机械损失掌握内燃机指示指标与有效指标，理解机械损失及其测试方法；及其测试方法；3.熟悉内燃机燃烧热化学及基本理论，了解内燃机熟悉内燃机燃烧热化学及基本理论，了解内燃机实际循环的热近似计算，了解时间循环数值计算实际循环的热近似计算，了解时间循环数值计算的基本微分方程。的基本微分方程。高高速速柴柴油油机机:混混合合加加热热循循环环燃燃烧烧过过程程基基本本上上由由定定容容燃燃烧和定压燃烧烧和定压燃烧1.混合加热循环混合加热循环第一节第一节 内燃机理论循环概述内燃机理论循环概述一、理想循环一、理想循环 汽油机中混合汽油机中混合气燃烧迅速，近似气燃烧迅速，近似为定容加热循环。为定容加热循环。2定容加热循环定容加热循环 高增压和低速大高增压和低速大型柴油机工作循环近型柴油机工作循环近似为定压加热循环。似为定压加热循环。3定压加热循环定压加热循环二、评定指标二、评定指标混合加热循环混合加热循环1循环热效率循环热效率2循环平均压力循环平均压力混合加热循环混合加热循环06:39由上述理论循环的由上述理论循环的tt和和t t表达式可得出以下结论表达式可得出以下结论:()增增加加,可可提提高高t,t,但但其其提提高高率率将将随随值值的的不不断断增增大而逐渐降低。大而逐渐降低。()增增大大，由由于于可可增增加加混混合合循循环环中中等等容容部部分分的的加加热热量量，从而导致热量利用率的提高，因而也可使从而导致热量利用率的提高，因而也可使tt提高。提高。()和和的的增增长长，将将伴伴随随着着最最高高循循环环压压力力z z的的急急剧剧上升。上升。()增增大大，可可提提高高t t，但但由由于于的的增增大大相相当当于于混混合合循环中等压部分的加热量增加了，因此循环中等压部分的加热量增加了，因此tt将随之降低。将随之降低。()绝热指数越大，则绝热指数越大，则t t越高，越高，第二节第二节 内燃机实际循环与热损失内燃机实际循环与热损失发动机实际循环与发动机实际循环与理论循环的比较理论循环的比较1.1.工质的影响：工质的影响：工质的影响：工质的影响：实际循环中，燃烧前后工质成分、数量改变；实际循环中，燃烧前后工质成分、数量改变；2.2.换气损失：换气损失：换气损失：换气损失：实际循环中，存在进、排气过程中的流动阻力损失实际循环中，存在进、排气过程中的流动阻力损失和有用功损失；和有用功损失；3.3.气缸壁的气缸壁的传热损失：传热损失：传热损失：传热损失：工质与周围环境的热量交换；工质与周围环境的热量交换；4.4.燃烧损失：燃烧损失：燃烧损失：燃烧损失：（1 1）燃料燃烧速度的有限性）燃料燃烧速度的有限性 a.a.压缩负功的增加压缩负功的增加 ;b.;b.最高压力的下降最高压力的下降;c.c.初始膨胀比减小。初始膨胀比减小。（2 2）后燃及不完全燃烧）后燃及不完全燃烧（3 3）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，是循环最高温度下降。）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，是循环最高温度下降。5.5.时间时间损失损失6.6.其他几项其他几项损失损失第三节第三节 热平衡热平衡一.一.热量分配情况：热量分配情况：（1 1）一部分转化为有用功）一部分转化为有用功 ；（2 2）一部分传递给冷却介质：）一部分传递给冷却介质：（3 3）废气带走的热量；）废气带走的热量；（4 4）不完全燃烧、辐射热、驱动附件的能量）不完全燃烧、辐射热、驱动附件的能量消耗等其他热量损失消耗等其他热量损失.Q QT T=Q=Qe e+Q+Qs s+Q+Qr r+Q+Qb b+Q+QL L 100%=q100%=qe e+q+qs s+q+qr r+q+qb b+q+ql l二二.发动机热平衡发动机热平衡第四节第四节 指示指标指示指标示示功功图图：气气缸缸内内工工质质的的压压力力p随随气气缸缸工工作作容容积积v或或曲曲轴转角轴转角变化的图形称为示功图。变化的图形称为示功图。1.指示功指示功Wi：气缸内完成一个工作循环所作的有用功。可由：气缸内完成一个工作循环所作的有用功。可由p-v图图中闭合曲线包围的面积求得。中闭合曲线包围的面积求得。Wi=Fi ab/106 (J)2.平均指示压力平均指示压力pi：单位气缸容积一个工作循环所作的指示功。：单位气缸容积一个工作循环所作的指示功。pi=Wi/Vh (MPa)指示功率指示功率Pi：发动机单位时间内所作的指示功。：发动机单位时间内所作的指示功。一一.指示功和平均指示压力指示功和平均指示压力二二.指示功率指示功率1.指示热效率指示热效率i：发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。：发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。i=Wi/Q1 2.指示燃油消耗率指示燃油消耗率gi：单位指示功的耗油量。：单位指示功的耗油量。三三.指示热效率和指示燃油消耗率指示热效率和指示燃油消耗率第五节第五节 有效指标有效指标一一.内燃机动力性指标内燃机动力性指标1.有效功率有效功率Pe：发动机功率输出轴上实际输出的净功率。：发动机功率输出轴上实际输出的净功率。Pe=Pi -Pm (kW)2.有效转矩有效转矩Me：发动机工作时，由功率输出轴输出的转矩。：发动机工作时，由功率输出轴输出的转矩。3.平均有效压力平均有效压力pe：发动机单位气缸工作容积输出的有效功，反映：发动机单位气缸工作容积输出的有效功，反映了发动机输出转矩了发动机输出转矩Te的大小。的大小。四行程内燃机曲轴旋转一圈，则活塞上、下移动两个活塞行程四行程内燃机曲轴旋转一圈，则活塞上、下移动两个活塞行程。所以转速与活塞平均速度的关系为：。所以转速与活塞平均速度的关系为：4.转速转速n和活塞平均速度和活塞平均速度Cm二二.内燃机经济性指标内燃机经济性指标1.有效热效率有效热效率e：实际循环的有效功与为得到有效功所消耗热量的：实际循环的有效功与为得到有效功所消耗热量的比值。比值。2.有效燃油消耗率有效燃油消耗率ge：单位有效功率的耗油量。：单位有效功率的耗油量。三三.内燃机强化程度内燃机强化程度1.1.升功率升功率：发动机每升工作容积所发出的有效功率称为升功率。：发动机每升工作容积所发出的有效功率称为升功率。2.2.比质量比质量：发动机的质量发动机的质量G与所发出的标定功率之比。与所发出的标定功率之比。3.3.强化系数强化系数：平均有效压力平均有效压力与活塞平均速度与活塞平均速度的乘积称为强的乘积称为强化系数。化系数。四四.内燃机其他性能评定内燃机其他性能评定1排气品质排气品质 汽车的排放标准对氮氧化物汽车的排放标准对氮氧化物()、碳氢化合物、碳氢化合物()及一及一氧化碳氧化碳()种危害最大的气体的排放量都做出限额规定。种危害最大的气体的排放量都做出限额规定。排气颗粒是指排放物中除水以外的各种液态和固态微粒。排气颗粒是指排放物中除水以外的各种液态和固态微粒。2噪声噪声 汽车是城市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声汽车是城市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源。源。3起动性起动性 我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10、柴油机在、柴油机在-5以下的气温条件下起动发动机时，以下的气温条件下起动发动机时，15s以内发动机以内发动机要能自行运转。要能自行运转。第六节第六节 机械损失机械损失机械损失分配情况机械损失分配情况06:39 由由上上表表可可知知，机机械械损损失失所所消消耗耗的的功功率率占占指指示示功功率率的的10 -30，是是不不可可忽忽视视的的功功率率损损失失，降降低低机机械械损损失失，特特别别是是摩摩擦擦损损失失，使使实实际际循循环环发发出出的的指指示示功功尽尽可可能能转转变变成成对对外外输输出出的的有有效效功功，是是提提高高内内燃燃机机性性能能的的一一个个重重要途径。要途径。一一.机械效率机械效率机械效率机械效率是有效功率和指示功率的比值。是有效功率和指示功率的比值。机械效率的大致范围是：机械效率的大致范围是：汽油机汽油机 0.70.9柴油机柴油机 0.70.85二二.机械损失的测定机械损失的测定 让内燃机在给定的工况下稳定运转，让内燃机在给定的工况下稳定运转，当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油 （柴（柴油机）或停止点火（汽油机），同时将油机）或停止点火（汽油机），同时将电力测功器电力测功器转换转换为电动机，以给定转速倒拖内燃机，为电动机，以给定转速倒拖内燃机，此过程中尽可能维持冷却水和机油温度不变，此过程中尽可能维持冷却水和机油温度不变，这时电力测功器所测得的倒拖功率即为内燃机在该工况这时电力测功器所测得的倒拖功率即为内燃机在该工况下的机械损失功率。下的机械损失功率。1.1.倒拖法倒拖法 首先将内燃机调整到给定工况稳定工作，测定其首先将内燃机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功有效功率率，然后停止向一个气缸（例如第一缸）供油，并调整测功，然后停止向一个气缸（例如第一缸）供油，并调整测功器的阻力矩，使内燃机恢复到原来的转速，再测定内燃机的器的阻力矩，使内燃机恢复到原来的转速，再测定内燃机的有效功率，由于有一个气缸不工作，第二次测得的有效功率有效功率，由于有一个气缸不工作，第二次测得的有效功率比第一次测得的小，两者之差即为停油气缸的比第一次测得的小，两者之差即为停油气缸的指示功率指示功率，然，然后恢复第一缸的工作，同法，依次使各缸熄火，即可测得对后恢复第一缸的工作，同法，依次使各缸熄火，即可测得对应的有效功率、应的有效功率、。2.2.灭缸法灭缸法各缸的指示功率为：各缸的指示功率为：将上列各式相加得到将上列各式相加得到整机指示功率整机指示功率为：为：因此，因此，机械损失功率机械损失功率为为 3.3.油耗线法油耗线法 在在负荷特性曲线负荷特性曲线中找出接近直线的线条，并顺此线条中找出接近直线的线条，并顺此线条作延长线，直到与横坐标相交，则交点到坐标原点的长度即该机作延长线，直到与横坐标相交，则交点到坐标原点的长度即该机的的平均机械损失压力平均机械损失压力。4.4.示功图法示功图法 录取被测内燃机一个汽缸的录取被测内燃机一个汽缸的示功图示功图，然后算出，然后算出 值，同时从测功器上记录该工况的读数值并由此算出值，同时从测功器上记录该工况的读数值并由此算出 值，二者之差值即为该工况下内燃机的值，二者之差值即为该工况下内燃机的平均机械损失压力平均机械损失压力。三三.影响机械效率的因素影响机械效率的因素 或或 增大，各摩擦副之间的相对速度增加，增大，各摩擦副之间的相对速度增加，摩擦摩擦损失损失增大，同时曲柄连杆机构的增大，同时曲柄连杆机构的惯性力增大惯性力增大，活塞的侧压力和，活塞的侧压力和轴承负荷增大，摩擦损失也增大。增大，轴承负荷增大，摩擦损失也增大。增大，泵气损失泵气损失、驱动附驱动附件消耗的功件消耗的功随之增加，所以随之增加，所以机械效率下降机械效率下降。1.1.转速转速n(n(或活塞平均速度或活塞平均速度C Cm m)2.2.负荷变化负荷变化当当n n不变，负荷不变，负荷,则则P Pi i,而而P Pm m基本不变。基本不变。在保证内燃机正常工作时有可靠润滑条件的前提下，尽在保证内燃机正常工作时有可靠润滑条件的前提下，尽量量选用粘度较小选用粘度较小的机油，以减少摩擦损失，改善起动性能。的机油，以减少摩擦损失，改善起动性能。冷却液温度冷却液温度直接影响内燃机的热负荷，所以与机油粘度直接影响内燃机的热负荷，所以与机油粘度也密切相关，从而也影响到摩擦的大小。也密切相关，从而也影响到摩擦的大小。3.3.润滑油品质和冷却液温度润滑油品质和冷却液温度第七节第七节 燃烧热化学燃烧热化学一一.燃烧所必备的空气量燃烧所必备的空气量1 1.1.1kgkg燃料完全燃烧所需的理论空燃料完全燃烧所需的理论空气气量量设设1 1kgkg燃料中含燃料中含C Cg gC Ckg Hkg Hg gH Hkg Okg Og gO Okgkg所以所以1kg1kg燃料完全燃烧所需的氧气量为：燃料完全燃烧所需的氧气量为：06:39几种主要液体燃料的成分几种主要液体燃料的成分、热值及理论空气热值及理论空气2 2.过量空气系数过量空气系数L表示发动机工作过程中每表示发动机工作过程中每1kg燃料实际供给的空气量燃料实际供给的空气量,L0表示表示1kg燃料完全燃烧需要的理论空气量燃料完全燃烧需要的理论空气量 1 稀混合气稀混合气11的情况的情况柴油机：柴油机：汽油机：汽油机：2 2.11的情况的情况仅在汽油机上出现。仅在汽油机上出现。三三.实际分子变更系数实际分子变更系数 内燃机工作时，由于汽缸中废气不可能完全排除干净，每内燃机工作时，由于汽缸中废气不可能完全排除干净，每次吸入新鲜充量时都有上个循环留下来的次吸入新鲜充量时都有上个循环留下来的残余废气残余废气，因此研究，因此研究燃烧前、后工质摩尔数的变化时，应将这种实际情况考虑进去。燃烧前、后工质摩尔数的变化时，应将这种实际情况考虑进去。考虑了考虑了残余废气残余废气后，燃烧后的工质摩尔数后，燃烧后的工质摩尔数与燃烧前工与燃烧前工质摩尔数质摩尔数之比称为之比称为实际分子变更系数实际分子变更系数，以，以表示表示:第八节第八节 燃烧基本理论燃烧基本理论一一.连锁反应的机理及燃烧放热规律连锁反应的机理及燃烧放热规律1 1.连锁反应的基本概念连锁反应的基本概念 链锁反应过程包括：链锁反应过程包括：链引发：链引发：反应物分子受到某种因素激发（如受热裂解、受反应物分子受到某种因素激发（如受热裂解、受光辐射等）分解成自由原子或自由基。光辐射等）分解成自由原子或自由基。链传播：链传播：自由原子或自由基与反应物作用，一方面使反应自由原子或自由基与反应物作用，一方面使反应进行，另一方面又生成新的自由原子（基）。进行，另一方面又生成新的自由原子（基）。直链反应直链反应一个活化中心与反应物作用产生一一个活化中心与反应物作用产生一 个新的活化中心，反应以恒速进行。个新的活化中心，反应以恒速进行。支链反应支链反应一个活化中心引起的反应，同时生成一个活化中心引起的反应，同时生成 两个以上的活化中心，反应速度急剧增长。两个以上的活化中心，反应速度急剧增长。链中断：链中断：自由原子（基）与容器壁面或惰性气体分子碰撞，自由原子（基）与容器壁面或惰性气体分子碰撞，反应能力下降，不再引起反应。反应能力下降，不再引起反应。例如：氢的燃烧化学方程：例如：氢的燃烧化学方程：2H2+O22H2O实际过程是：实际过程是：链引发：链引发：H2 2H链传播链传播(链爆炸链爆炸)：H+O2 OH+O O+H2OH+H 2OH+H2 2H2O+2H链中断：链中断：H+H+M H2+M（M是惰性气体分子）是惰性气体分子）H+OH+M H2O+M H+O+M OH+M2 2.有效反应概念和连锁化学反应的普遍方程式有效反应概念和连锁化学反应的普遍方程式 所谓有效反应是指能获得最终产物及活化中心的反应。所谓有效反应是指能获得最终产物及活化中心的反应。链锁化学反应的速度链锁化学反应的速度与与有效反应中心的生成速度有效反应中心的生成速度成正比。成正比。如果将有效反应中心的生成速度与原始物质的分子数的比值如果将有效反应中心的生成速度与原始物质的分子数的比值称为称为有效反应中心的相对密度有效反应中心的相对密度，则，则:连锁反应速度的普遍方程式为：连锁反应速度的普遍方程式为：3 3.内燃机燃烧速度的半经验方程式内燃机燃烧速度的半经验方程式燃烧品质指数燃烧品质指数对燃烧百分比对燃烧百分比和燃烧速度和燃烧速度/的影响的影响二二.预混合气体中的火焰传播预混合气体中的火焰传播1 1.火焰核心的形成火焰核心的形成 预混合气体在外源点火的情况下形成火焰核心的前提条件预混合气体在外源点火的情况下形成火焰核心的前提条件是是火花塞附近的混合气必须具备一定的浓度火花塞附近的混合气必须具备一定的浓度。汽油机预混合气。汽油机预混合气体的着火浓度范围为体的着火浓度范围为 0.50.5 -1.3-1.3。在预混合气体中，从在预混合气体中，从火花塞跳火花火花塞跳火花至至火焰核心形成火焰核心形成要经历要经历一段时间。这段时间的长短与一段时间。这段时间的长短与火花塞附近预混合气体的压力、火花塞附近预混合气体的压力、温度、氧的浓度、燃料种类、混合气浓度、气流运动状况、电温度、氧的浓度、燃料种类、混合气浓度、气流运动状况、电火花的性质、电极几何形状和距离火花的性质、电极几何形状和距离等诸多因素有关。等诸多因素有关。2 2.火焰的传播火焰的传播（1 1）=0.850.95时时，火，火焰传播速度焰传播速度u u最大最大,用此混用此混合气时，发动机的功率达合气时，发动机的功率达最大，故称最大，故称功率混合比。功率混合比。（2 2）=1.031.1 时时，燃燃烧最完全，热效率最高，烧最完全，热效率最高，油耗最低，故称油耗最低，故称经济混合经济混合比。比。对火焰传播的影响对火焰传播的影响三三.燃油喷雾与扩散燃烧燃油喷雾与扩散燃烧1 1.燃油喷雾与混合燃油喷雾与混合 喷入汽缸中的燃油首先要经历喷入汽缸中的燃油首先要经历破碎破碎和和雾化雾化过程。燃油喷入过程。燃油喷入汽缸后的雾化、吸热、汽化的过程总是伴随着混合气的形成过汽缸后的雾化、吸热、汽化的过程总是伴随着混合气的形成过程，即程，即边雾化、边混合边雾化、边混合的过程，以逐步形成可燃混合气。柴油的过程，以逐步形成可燃混合气。柴油机混合气形成的方式有多种形式，如雾化混合型、油膜混合型、机混合气形成的方式有多种形式，如雾化混合型、油膜混合型、雾化雾化-油膜混合型等。油膜混合型等。不管具体柴油机的混合气形成哪种形式，在一个循环的工不管具体柴油机的混合气形成哪种形式，在一个循环的工作过程中混合气的形成都必须经历作过程中混合气的形成都必须经历预混合预混合和和扩散混合扩散混合这样两个这样两个阶段。阶段。预混合燃烧预混合燃烧扩散燃烧扩散燃烧2 2.扩散燃烧的特点扩散燃烧的特点 扩散燃烧阶段的燃烧情况非常复杂，它既存在扩散燃烧阶段的燃烧情况非常复杂，它既存在预混合燃预混合燃烧烧的形式，又存在的形式，又存在单油滴的扩散燃烧单油滴的扩散燃烧形式，是一种形式，是一种气、液双气、液双相混合相混合的燃烧过程。的燃烧过程。柴油机中的燃烧，不管是预混合气的均相气相燃烧，还柴油机中的燃烧，不管是预混合气的均相气相燃烧，还是微油滴群的油滴扩散燃烧，都仅与是微油滴群的油滴扩散燃烧，都仅与局部的油气比例局部的油气比例和和着火着火环境环境有关，而与整个燃烧室中油气的宏观比例无关。有关，而与整个燃烧室中油气的宏观比例无关。柴油机燃烧过程的另一特点是它容易生成柴油机燃烧过程的另一特点是它容易生成炭烟炭烟。第九节第九节 实际循环的近似计算实际循环的近似计算热计算热计算一一.燃烧热化学计算燃烧热化学计算根据给定或选定的燃料成分、过量空气系数根据给定或选定的燃料成分、过量空气系数 和和残余废气系数残余废气系数 计算下列各值计算下列各值:1kg1kg燃料所需的理论空气量燃料所需的理论空气量；新鲜充量的摩尔数新鲜充量的摩尔数；燃烧产物的摩尔数燃烧产物的摩尔数；残余废气的摩尔数残余废气的摩尔数；理论分子变更系数理论分子变更系数；实际分子变更系数实际分子变更系数。二二.换气过程参数的确定换气过程参数的确定1 1.进气终点压力进气终点压力p pa a p p是影响是影响充气效率充气效率的主要因素，对的主要因素，对泵气损失泵气损失也有影也有影响。一般情况下，进气终点的汽缸内压力响。一般情况下，进气终点的汽缸内压力 低于进气低于进气系数的压力，其差值取决于系数的压力，其差值取决于吸气过程中的压力降吸气过程中的压力降。(非增压内燃机非增压内燃机)(增压内燃机增压内燃机)式中式中:环境大气压力；环境大气压力；增压压力。增压压力。2 2.残余废气系数残余废气系数3 3.进气终点温度进气终点温度T Ta a4 4.充气效率充气效率v v三三.压缩过程压缩过程压缩比压缩比是内燃机的一个重要结构参数。是内燃机的一个重要结构参数。汽油机压缩比的选取主要受到汽油机压缩比的选取主要受到燃料和燃烧室结构类型、燃料和燃烧室结构类型、排气污染和不正常燃烧现象排气污染和不正常燃烧现象等的限制，它的等的限制，它的比柴油比柴油机低得多。机低得多。的大致范围是的大致范围是:汽油机汽油机 柴油机柴油机 增压柴油机增压柴油机 四四.燃烧过程计算燃烧过程计算柴油机的燃烧方程式：柴油机的燃烧方程式：汽油机的燃烧方程式：汽油机的燃烧方程式：五五.膨胀过程膨胀过程膨胀终点的压力和温度：膨胀终点的压力和温度：六六.平均指示压力和指示热效率的计算平均指示压力和指示热效率的计算平均指示压力平均指示压力p pi i：指示热效率指示热效率i i：七七.实际循环热计算举例实际循环热计算举例试对试对 柴油机标定工况进行实际循环热计算。柴油机标定工况进行实际循环热计算。已知条件为已知条件为:缸径缸径135行程行程 140缸数缸数 12h功率功率 .转速转速1500r/min压缩比压缩比 16.5每缸工作容积每缸工作容积 曲柄半径与连杆长度比曲柄半径与连杆长度比/大气状态大气状态 100kPa，288K燃料平均质量成分燃料平均质量成分0.87，0.126，0.004燃料低热值燃料低热值 42500kJ/kg燃料燃料燃烧室形式燃烧室形式 形分开式形分开式.参数选择参数选择.燃料热化学计算燃料热化学计算.换气过程参数计算换气过程参数计算.压缩过程计算压缩过程计算.燃烧过程计算燃烧过程计算.膨胀过程计算膨胀过程计算.平均指示压力计算平均指示压力计算.指示热效率计算指示热效率计算.指示燃油消耗率计算指示燃油消耗率计算10.10.有效热效率有效热效率 和有效燃油消耗率计算和有效燃油消耗率计算11.11.平均有效压力平均有效压力 和有效功率计算和有效功率计算计算步骤：计算步骤：实际循环热计算的数学模型虽不算复杂，但实际循环热计算的数学模型虽不算复杂，但计算计算步骤仍较烦琐，手算很费时间步骤仍较烦琐，手算很费时间。特别是在特别是在经验数据选经验数据选择不当择不当，需另选数据进行重算时尤显烦琐。，需另选数据进行重算时尤显烦琐。如果将热如果将热计算的数学模型计算的数学模型编成计算机程序编成计算机程序，然后上机进行计算，然后上机进行计算可大大缩短时间。可大大缩短时间。八八.热计算的计算机程序编制热计算的计算机程序编制第十节第十节 实际循环数值计算实际循环数值计算一一.数值计算的数学模型数值计算的数学模型.单纯燃烧放热率计算单纯燃烧放热率计算.零维燃烧模型零维燃烧模型.准维燃烧模型准维燃烧模型.多维燃烧模型多维燃烧模型.模型假定模型假定在推导缸内工作过程计算的基本微分方程式时在推导缸内工作过程计算的基本微分方程式时 采用如下的简化采用如下的简化假定假定:()汽缸内工质的状态是均匀的，不考虑缸内各点的压力、温汽缸内工质的状态是均匀的，不考虑缸内各点的压力、温度和浓度的差异；度和浓度的差异；()工质为理想气体，其比热、内能仅与气体温度和成分有关；工质为理想气体，其比热、内能仅与气体温度和成分有关；()气体流入或流出汽缸为准稳定流动；气体流入或流出汽缸为准稳定流动；()进、出口的动能忽略不计。进、出口的动能忽略不计。二二.一种简单的零维模型数值计算方法一种简单的零维模型数值计算方法.基本微分方程组基本微分方程组四冲程柴油机实际循环数值计算的基本微分方程式：四冲程柴油机实际循环数值计算的基本微分方程式：.缸内实际工作过程的计算缸内实际工作过程的计算)压缩期压缩期)燃烧期燃烧期)膨胀期膨胀期.进排气过程的计算进排气过程的计算 进进排排气气过过程程计计算算的的最最简简单单的的方方法法是是容容积积法法，又又称称充充满满-排排空空法法，实实际际上上是是把把进进排排气气管管系系看看成成是是与与原原有有管管道道容容积积相相当当的的一一个个简简单单容容器器，把把不不稳稳定定的的气气体体流流动动过过程程简简化化为为准准稳稳定定的的流流进进或或流流出出，即即充充满满和和排排空空，把把一一些些存存在在压压力力降降的的元元件件(如如空空气气滤滤清清器器、消消声声器器、增增压压器器、涡涡轮轮等等)简简化化为为节节流流元元件件。这这样样，对对于于简简化化后后的的简简单单容容积积系系统统，可可以以分分别别列列出出质质量量守守恒恒方方程程、能能量量守守恒恒方方程程以以及及气气体体状状态态方方程程，其其形形式式与与求求解解缸缸内内参参数数的的微微分分方方程程式式相相似似，从从而而可可以以求求解解出出进进排排气气系系统统内内气气体体的的质质量量、压力、温度等热力学参数。压力、温度等热力学参数。.内燃机性能的计算内燃机性能的计算 在在机机械械效效率率或或平平均均机机械械损损失失压压力力确确定定之之后后，可可以以根根据据本本章章第第五五节节的的有有关关公公式式，计计算算出出内内燃燃机机有有效效效效率率、有有效效热热效效率率、燃油消耗率、平均有效压力等有效性能参数。燃油消耗率、平均有效压力等有效性能参数。