某型增壓柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的仿真研究.pdf

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1、劉威王銀燕王正祥徐浩包方芳：某型增壓柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的仿真研究肆—翼—jc—o皂—x—，c一、，已島0設(shè)計(jì)研究S點(diǎn)—，f，x～，f，af，x一某型增壓柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的仿真研究InvestigationonPerformanceofTurbochargedDieselEngineExhaustSystem劉威1王銀燕1王正祥2徐浩2包方芳2(1哈爾濱工程大學(xué)動(dòng)力能源與工程學(xué)院2河南柴油機(jī)重工有限責(zé)任公司)[摘要]排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理對柴油機(jī)的性能有著重要影響，為了探求某型增壓柴油機(jī)采用不同排氣系統(tǒng)的優(yōu)越性，本文以內(nèi)燃機(jī)性能仿真軟件

2、GT—Power為平臺，建立了工作過程仿真模型，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的可靠性。柴油機(jī)采用脈沖增壓系統(tǒng)，針對定壓增壓系統(tǒng)和MPC增壓系統(tǒng)對原機(jī)的排氣系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，建立了定壓增壓系統(tǒng)和MPC增壓系統(tǒng)的柴油機(jī)模型，并分別對其進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)工作過程計(jì)算，著重分析研究了采用不同排氣系統(tǒng)對該柴油機(jī)性能的影響，為該柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的改進(jìn)提供了參考依據(jù)。[關(guān)鍵詞]內(nèi)燃機(jī)性能試驗(yàn)排氣系統(tǒng)仿真Keywords：ICEnginePerformanceExperimentExhaustsystemSimulation0概述柴油機(jī)排氣系統(tǒng)不僅影響廢氣

3、的排出，并且在增壓柴油機(jī)中．排氣管的氣體流動(dòng)對廢氣能量的利用率、充量更換、泵氣損失以及柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性都有著重要的影響。良好的排氣系統(tǒng)能夠保證柴油機(jī)增壓系統(tǒng)獲得更優(yōu)的性能，根據(jù)對廢氣能量利用方式的不同，廢氣渦輪增壓有定壓增壓系統(tǒng)、脈沖增壓系統(tǒng)和MPC增壓系統(tǒng)等多種型式，本文以某型柴油機(jī)作為研究對象．利用GT—Power軟件，對該柴油機(jī)建立了整機(jī)性能仿真模型，并進(jìn)行了試驗(yàn)校核。針對定壓增壓系統(tǒng)和MPC增壓系統(tǒng)，對原機(jī)的排氣系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，更改了原機(jī)模型，按標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)特性進(jìn)行了計(jì)算，分析了不同排氣系統(tǒng)對該柴油機(jī)性能的影響，

4、研究了采用定壓增壓系統(tǒng)、脈沖增壓系統(tǒng)及MPC增壓柴油機(jī)性能的優(yōu)越性，為該柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)依據(jù)。1柴油機(jī)工作過程計(jì)算1．1實(shí)機(jī)參數(shù)本文以某型增壓柴油機(jī)作為研究對象，該柴油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。表1柴油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)標(biāo)定功率1107kW標(biāo)定轉(zhuǎn)速2165r／min氣缸數(shù)16氣缸排列V型夾角600缸徑×沖程132minxl60mm壓縮比15燃燒方式直接噴射總排量35．03L爆發(fā)壓力16MPa增壓方式增壓中冷燃油消耗率221+5％g·(kW·h)。(標(biāo)定工況)強(qiáng)化指標(biāo)20．161_2柴油機(jī)工作過程模擬

5、的理論基礎(chǔ)本文所研究對象為渦輪增壓柴油機(jī)。在工作過程模擬時(shí)。先將渦輪增壓柴油機(jī)的熱力系統(tǒng)劃分為氣缸、進(jìn)氣管、排氣管、渦輪增壓器以及空冷器等幾個(gè)子系統(tǒng)【“。柴油機(jī)工作過程模擬時(shí)，缸內(nèi)工作過程選用零維模型；燃燒模型選用三韋伯函數(shù)模型；傳熱模型選擇Woschni模型：進(jìn)、排氣系統(tǒng)采用一維非定常流動(dòng)模型：根據(jù)廢氣渦輪增壓器的相關(guān)參數(shù)及2內(nèi)燃機(jī)與配件2013年第10期廢氣渦輪增壓器的平衡條件，建立了廢氣渦輪增壓器的計(jì)算模型剛。該柴油機(jī)采用的是脈沖增壓系統(tǒng)．柴油機(jī)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，根據(jù)柴油機(jī)的特點(diǎn)，建立了仿真模型，模型如圖2所示。模型搭

6、建完成后，需對初始參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確與否直接影響到計(jì)算速度和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。設(shè)置初始參數(shù)時(shí)，已知參數(shù)可以直接設(shè)置．其它參數(shù)需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行選取。若初始條件設(shè)置的不夠合理，會造成程序無法收斂，因此設(shè)置初始條件時(shí)．應(yīng)盡量與柴油機(jī)實(shí)際的工作狀態(tài)保持一致，為此不同工況運(yùn)行時(shí)，模型的初始值還需要重新設(shè)置[51。Ililt8I明嗡球駕挲祭祭粹驊￡F—蘭三三三三三三三召})中一丁￡=5乏三三三三三三三三三蔓矽囂一￡童壘幽圖2柴油目【仿翼模型仿真模型調(diào)試完畢后，對該柴油機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)特性進(jìn)行計(jì)算，所選取的負(fù)荷點(diǎn)分別為25％、50％、

7、75％、90％、100％和110％工況，與之對應(yīng)的轉(zhuǎn)速分別是1364r／min、1719r／min、1968r／mi、2092r／min、2166r／min和2234dmin。2臺架試驗(yàn)與模型驗(yàn)證2．1試驗(yàn)方案該柴油機(jī)主要作為船用主機(jī)投入市場，考慮到該柴油機(jī)充分發(fā)揮最大工作的能力，在試驗(yàn)臺架上對該機(jī)進(jìn)行了推進(jìn)特性試驗(yàn)，測取了該機(jī)在規(guī)定工況下按標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)特性運(yùn)行時(shí)的燃油消耗率及爆發(fā)壓力等性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速或功率的不同而變化的關(guān)系。2．2模型驗(yàn)證與分析表2為模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比結(jié)果。從表中可以清楚看出，模擬計(jì)算值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較小

8、，不超過5％，兩者吻合較好，說明該柴油機(jī)仿真模型具有較高的精度．能夠再現(xiàn)該柴油機(jī)實(shí)際的運(yùn)行情況，可以作為柴油機(jī)仿真研究的模型，為下一步不同排氣系統(tǒng)柴油機(jī)的仿真做好了準(zhǔn)備。表2模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比負(fù)荷25％50％75％9I嗡loo％llO％轉(zhuǎn)速r／min136417191