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《船用 v 型高速柴油機(jī)相繼增壓計算分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、船用V型高速柴油機(jī)相繼增壓計算分析來自:轉(zhuǎn)載??作者：不詳??2007-1-3115:17:25????摘要：建立了某船用V型柴油機(jī)采用兩臺增壓器相繼增壓的計算模型，為驗證計算模型、程序和所選參數(shù)的正確性，對常規(guī)增壓進(jìn)行了計算，計算與試驗結(jié)果基本一致.對兩臺增壓器相繼增壓進(jìn)行計算分析的結(jié)果表明，采用相繼增壓可明顯改善該型機(jī)低工況性能，擴(kuò)大了該機(jī)作為船用主機(jī)的運行范圍.關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；相繼增壓；性能；計算１ 引言提高柴油機(jī)功率，降低油耗以及減少排放一直是柴油機(jī)研究與發(fā)展的主要目標(biāo)，提高增壓壓力是提高柴油機(jī)功率的最主要方法．
2、隨著高壓比、高效率渦輪增壓器的發(fā)展，渦輪增壓柴油機(jī)的增壓程度越來越高．而回轉(zhuǎn)運動的渦輪增壓器與往復(fù)運動的柴油機(jī)聯(lián)合運行時，難以滿足柴油機(jī)高、低工況運行的要求，而且增壓程度越高，矛盾越突出．為了改善高增壓或超高增壓柴油機(jī)的低工況性能，開發(fā)了各種渦輪增壓系統(tǒng)，如：可變截面渦輪、可變氣門時機(jī)構(gòu)、進(jìn)排氣旁通及高工況放氣、低壓縮比補(bǔ)燃、相繼增壓等．其中，高工況放氣、進(jìn)排氣旁通是對經(jīng)濟(jì)性和性能的有效折中，可用于對經(jīng)濟(jì)性要求不高和增壓比變化不大的場合．可變截面渦輪與相繼增壓雖然都是改變渦輪的進(jìn)口面積，但卻有很多不同之處：可變截面渦輪只改
3、變渦輪的進(jìn)口面積，改變幅度較小，是連續(xù)的，但在低工況時渦輪增壓器的綜合效率低；相繼增壓則同時改變渦輪及壓氣機(jī)的進(jìn)口面積，渦輪進(jìn)口面積的改變是不連續(xù)的，改變幅度較大，可保持增壓器較高的綜合效率．故可變截面渦輪增壓適用于缸數(shù)較少，平均有效壓力較低的柴油機(jī)，相繼增壓適用于工作范圍寬，負(fù)荷變化大，增壓比較高，對低速大扭矩要求較高，經(jīng)濟(jì)性要求好的場合．目前船用中高速大功率柴油機(jī)多為V型12缸~20缸，按或來運行．為了改善低工況性能，大多采用相繼增壓系統(tǒng)、低壓縮比補(bǔ)燃或米勒系統(tǒng)等．如有代表性的德國MTU595型20缸高速柴油機(jī)，法國P
4、A6-280STC12缸、16缸柴油機(jī)均采用了相繼增壓系統(tǒng)（簡稱為STC系統(tǒng)）．在標(biāo)定工況時，STC系統(tǒng)使柴油機(jī)的每臺增壓器都工作在高效區(qū)，效率高，標(biāo)定工況油耗低；在部分工況時減少投入使用的渦輪增壓器數(shù)量，使投入使用的渦輪增壓器仍在高效區(qū)附近工作，最大限度地增加氣缸進(jìn)氣量，從而改善了柴油機(jī)的性能．2相繼增壓系統(tǒng)圖1為某船用V型高速柴油機(jī)常規(guī)增壓系統(tǒng)示意圖，該機(jī)基本參數(shù)：標(biāo)定功率1680kW；標(biāo)定轉(zhuǎn)速1860r/min；缸徑170mm；沖程195mm；壓縮比13.5：1．采用MPC排氣管，氣缸數(shù)目12；V型夾角90°，用兩臺
5、RR151徑流式渦輪增壓器．采用STC系統(tǒng)的示意圖見圖2．在A列排氣管與B列排氣管（靠近渦輪端）之間用一連通管連通，在B列壓氣機(jī)出口處安裝一空氣閥，B列渦輪入口前安裝一燃?xì)忾y．當(dāng)柴油機(jī)運行在高工況時，空氣閥、燃?xì)忾y都開啟，兩增壓器都投入運轉(zhuǎn)（2TC），柴油機(jī)運行在低工況時關(guān)閉空氣閥和燃?xì)忾y，切除B列增壓器，B列的排氣與A列的排氣一起進(jìn)入A列增壓器（1TC），使A列增壓器運轉(zhuǎn)在高效區(qū)，提高了增壓壓力，使柴油機(jī)在低工況運轉(zhuǎn)時進(jìn)氣充分，燃燒良好，動力性、經(jīng)濟(jì)性得到改善．3計算模型本文采用模塊化建模方法，對渦輪增壓柴油機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)建
6、模，分別建立了中冷器、進(jìn)氣總管、進(jìn)氣支管、進(jìn)排氣閥、噴油器、氣缸與曲軸箱、排氣支管、排氣總管、壓氣機(jī)和渦輪等系統(tǒng)模型，其相互關(guān)系如圖3所示（B列系統(tǒng)模型類似）．3.1燃燒放熱規(guī)律考慮到高速柴油機(jī)的特點，燃燒過程放熱規(guī)律采用三條韋伯曲線疊加來模擬，如圖4所示，即把燃燒分為預(yù)混合燃燒、擴(kuò)散燃燒、尾燃燒三種形式，缸內(nèi)某一瞬時的累計放熱率為：其中，x—累計放熱率；β—某一種燃燒的燃料分?jǐn)?shù)；α—某一瞬時曲軸轉(zhuǎn)角，；?α—燃燒持續(xù)角，；k—燃燒效率因數(shù)；m—燃燒品質(zhì)指數(shù)；；下標(biāo)：0—燃燒起始角；1—預(yù)混合燃燒；2—擴(kuò)散燃燒；3—尾燃燒
7、．通過調(diào)整來使放熱規(guī)律符合實際．3.2排氣系統(tǒng)描述排氣系統(tǒng)采用一維非定常流動的計算模型，并將其分成有限個控制體，以每個控制體的中心為計算節(jié)點．圖5為MPC增壓系統(tǒng)排氣管的計算節(jié)點劃分，圖6為相繼增壓排氣連通管的計算節(jié)點劃分，進(jìn)氣連通管的計算節(jié)點劃分類似．排氣系統(tǒng)控制方程：質(zhì)量守恒方程：動量守恒方程：能量守恒方程：其中，ρ—密度，；u—氣體速度，m/s；p—氣體壓力，Pa；A—管子截面積，；K—比熱容；A1—單位長度壁面面積，；t—時間，s；g為摩擦項，，f—管道摩擦系數(shù)；q為壁面導(dǎo)熱量，，D—管徑，m；—氣體速度絕對值；T
8、—溫度，K；R—氣體常數(shù)，J/kg·K；下標(biāo)：g—氣體；w—壁面．3.3計算中的其他問題氣缸內(nèi)熱力過程滿足能量守恒、質(zhì)量守恒和狀態(tài)方程；燃燒室傳熱系數(shù)采用胡希尼的修正公式；把空冷器作為一個節(jié)流和溫降的元件來模擬，計算溫降時引進(jìn)空冷器冷卻系數(shù)進(jìn)行簡化處理，冷卻系數(shù)由標(biāo)定工況時的參數(shù)計算出來，作為變工況時使
