DF4型机车柴油机工作过程热力学计算分析

思想是把本来求解温度随时间的连续变化的问题转化为求有限个离散点上的温度值问题。在这些离散点处的温度值被用来近似连续的温度变化。[3]

3标定工况气缸内工作过程的数值分析

3.1基本微分方程

（1）能量守恒方程：在上述假设下，为了检查气缸的热系统，通过系统边界的能量交换的具体项目如下：

由质量交换产生的能量可化为：

（3-1）

（3-2） （3-3）

按照前面所作的规定，加入系统的能量为正，反之为负

（2）质量守恒方程：在对柴油机模拟计算时，将柴油机的主要结构参数，气缸直径D、行程S、压缩余隙容积Vc、两曲柄比 、气门直径d以及气门升程曲线等作为已知数据输入计算机，根据这些数据即可计算其他几何参数。

气缸瞬时容积为：

（3-4）

气缸容积随曲轴转角的变化率为：

（3-5）

按代用燃烧规律进行喷油，并认为着火延迟等于零。也就是说喷油规律与代用燃烧规律成正比进行一系列简化计算，因此能量方程最终变为

在燃烧期间能量方程变为：

（3-6）

3.2 燃烧放热的分析

燃烧放热部分比较复杂，因此本文采用韦伯放热规律解决。

韦伯放热函数是半经验公式，经过一系列的简化计算可写成有量纲的累积放热量和放热规律为：

（3-6）

4计算方法及计算结果

4.1计算方法

在涡轮增压柴油机热力工作过程计算中，在汽缸、排气管和进气管中使用的方程都是一阶常微分方程。常微分方程通常有同时解。通常不能用精确解来解决。因此，只能使用数值解。

本文采用Runge-Kutta方法进行计算。在整个工作循环中，步长在程序中设置为1°。

本次计算共有四个微分变量，即 ， ， ， 对（3-6）式中的每个微分变量进行化简，代入后最终的C程序中

4.2標定工况下柴油机工作过程模拟结果

4.3计算结果与实际结果的比较

5.结论

本文对16V240JZB柴油机的热力循环过程进行了数值模拟，对公式进行了简化，运用数值分析的方法进行c语言编程，得出的标定工况下示功图与试验所得的结果接近，有较好的一致性。结果表明，所建立的物理模型和数学模型是正确的，所用的一些经验公式与机器的特性是相当一致的。。

运用数值分析的方法对所要研究的对象进行建模后求解，可以极大地减少实验成本，而且更高效，并且通过修改程序中的参数，可以讨论逐个参数对柴油机性能的影响，为优化改进柴油机提出了便捷、科学的方法。

参考文献：

[1]王凤.16V240ZJE柴油机缸内燃烧过程数值模拟[D]. 大连交通大学， 2010.

[2]陈金灿，严子浚.有限时间热力学理论的特征及发展中几个重要标志[J].厦门大学学报（自然科学版）， 2001（02）232-241.

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