内燃机中的气体流动.ppt

第二章第二章1 试验方法试验方法1）等压差法）等压差法 缸径缸径 100 mm：p=-2.5 kPa 小缸径：小缸径：-3.5 kPa2）变压差法）变压差法天津大学刘书亮等：天津大学刘书亮等：只需确定气门最大升程时模拟气缸内与环境大气压的初始压差，在变压差条只需确定气门最大升程时模拟气缸内与环境大气压的初始压差，在变压差条件下进行试验。件下进行试验。2 气道性能评价指标气道性能评价指标 流通能力：常用流通系数流通能力：常用流通系数 或流量系数或流量系数两个参数表示；两个参数表示；涡流强度：可用涡流比涡流强度：可用涡流比、速度比、速度比 t/a 和无因次涡流和无因次涡流Nf 来表示。来表示。2.1 内燃机进排气道的试验方法与评价1第二章第二章3 计算方法计算方法1）Ricardo 方法方法 平均流量系数：平均流量系数：其中：其中：1、2分别为气门开启和关闭的曲轴转角。分别为气门开启和关闭的曲轴转角。涡流比：涡流比：注：气门升程与曲轴转角的对应关系按试验发动机的进排气凸轮计算。注：气门升程与曲轴转角的对应关系按试验发动机的进排气凸轮计算。2.1 内燃机进排气道的试验方法与评价2第二章第二章3 计算方法计算方法2）AVL 方法方法 平均流通系数：平均流通系数：其中：其中：计算时间区间是从上止点计算时间区间是从上止点到下止点到下止点。涡流比：涡流比：注：计算中气门升程与曲轴转角的对应关系为该公司的一个标准凸轮。在小气注：计算中气门升程与曲轴转角的对应关系为该公司的一个标准凸轮。在小气门升程（相对气门升程门升程（相对气门升程h/d，）时，气道压力降，）时，气道压力降 p1 采用采用6.37kPa(650 mm 水水柱柱)，其他气门升程点，其他气门升程点 p1 采用采用 2.45kPa(250 mm 水柱水柱)。2.1 内燃机进排气道的试验方法与评价3第二章第二章3 计算方法计算方法3）FEV 方法方法 假定：进气过程为可压缩、绝热过程。假定：进气过程为可压缩、绝热过程。流通能力流通能力：ak(流过气门座节流处有效流通截面积与活塞顶面面积之比流过气门座节流处有效流通截面积与活塞顶面面积之比)涡流强度涡流强度：Cm/Ca(叶片旋转中心的切向速度与气缸中气流轴向速度之比叶片旋转中心的切向速度与气缸中气流轴向速度之比)注注：90%最大气门升程所对应的最大气门升程所对应的ak 和和Cm/Ca 分别表示为平均流通系数分别表示为平均流通系数(ak)m 和平均涡流系数和平均涡流系数(Cm/Ca)m。2.1 内燃机进排气道的试验方法与评价4第二章第二章3 计算方法计算方法4）SWIR 方法方法 假定：进气过程为可压缩、绝热过程。假定：进气过程为可压缩、绝热过程。注注：发生在上止点和进气门关闭之间，气道和缸内的初始压力为：发生在上止点和进气门关闭之间，气道和缸内的初始压力为0.1 MPa，并，并考虑了压缩比的影响。考虑了压缩比的影响。各种方法比较各种方法比较：，Ricardo 方法中的流量系数只评价气道本身的性能好坏，并方法中的流量系数只评价气道本身的性能好坏，并不能反映该气道与内燃机的匹配情况，而不能反映该气道与内燃机的匹配情况，而FEV 方法就可以反映这一点。方法就可以反映这一点。2.1 内燃机进排气道的试验方法与评价5第二章第二章4 稳流气道试验台稳流气道试验台2.1 内燃机进排气道的试验方法与评价6第二章第二章4 稳流气道试验台稳流气道试验台2.1 内燃机进排气道的试验方法与评价7第二章第二章4 稳流气道试验台稳流气道试验台2.1 内燃机进排气道的试验方法与评价8第二章第二章1 进气涡流进气涡流定义定义：在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的气流运动。：在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的气流运动。2.2 内燃机缸内的气流运动9第二章第二章1 进气涡流进气涡流2.2 内燃机缸内的气流运动10第二章第二章1 进气涡流进气涡流2.2 内燃机缸内的气流运动11第二章第二章直喷式柴油机缸内涡流直喷式柴油机缸内涡流2.2 内燃机缸内的气流运动图 涡流旋转速率随曲轴转角的变化（n=1000r/min）不带缩口的燃烧室 -带缩口的燃烧室 测点位置 12第二章第二章2 压缩挤流和压缩涡流压缩挤流和压缩涡流1）定义）定义 挤压流动挤压流动：在压缩过程后期，活塞表面的某一部分和气缸盖彼此靠近：在压缩过程后期，活塞表面的某一部分和气缸盖彼此靠近时所产生的径向或横向气流运动。时所产生的径向或横向气流运动。挤流强度主要由挤气面积和挤气间隙的大小决定。挤流强度主要由挤气面积和挤气间隙的大小决定。逆挤流逆挤流：当活塞下行时，燃烧室中的气体向外流到环形空间，产生：当活塞下行时，燃烧室中的气体向外流到环形空间，产生膨胀流动。膨胀流动。缩口形燃烧室就是充分利用了较强的挤流和逆挤流。缩口形燃烧室就是充分利用了较强的挤流和逆挤流。压缩涡流压缩涡流：在压缩过程中形成的有组织的旋转空气运动。如涡流室：在压缩过程中形成的有组织的旋转空气运动。如涡流室中涡流大小由涡流室形状、通道尺寸、位置和角度决定。中涡流大小由涡流室形状、通道尺寸、位置和角度决定。2.2 内燃机缸内的气流运动13第二章第二章2 压缩挤流和压缩涡流压缩挤流和压缩涡流2.2 内燃机缸内的气流运动DDdX0XWkrka)b)图 直喷式柴油机的挤气效应a）正向挤流b）逆向挤流 14第二章第二章2 压缩挤流和压缩涡流压缩挤流和压缩涡流2.2 内燃机缸内的气流运动15第二章第二章2 压缩挤流和压缩涡流压缩挤流和压缩涡流2.2 内燃机缸内的气流运动图图 挤流速度随曲轴转角的变化关系挤流速度随曲轴转角的变化关系（=13，Vk/Vc，），）16第二章第二章2 压缩挤流和压缩涡流压缩挤流和压缩涡流2.2 内燃机缸内的气流运动17第二章第二章3 滚流滚流定义：定义：在进气过程中形成的，绕垂直于气缸轴线的有组织的空气旋流，在进气过程中形成的，绕垂直于气缸轴线的有组织的空气旋流，称为滚流或横轴涡流。称为滚流或横轴涡流。应用：四气门汽油机，应用：四气门汽油机，在两个进气道的一个进气道中安装旋流控制阀，通过改变在两个进气道的一个进气道中安装旋流控制阀，通过改变旋流控制阀的开度，即可形成不同角度的斜向旋流，斜向旋流可以认为是由进旋流控制阀的开度，即可形成不同角度的斜向旋流，斜向旋流可以认为是由进气涡流和滚流两部分组成的。气涡流和滚流两部分组成的。2.2 内燃机缸内的气流运动18第二章第二章3 滚流滚流2.2 内燃机缸内的气流运动19第二章第二章3 滚流滚流2.2 内燃机缸内的气流运动20第二章第二章3 滚流滚流2.2 内燃机缸内的气流运动21第二章第二章4 湍流湍流2.2 内燃机缸内的气流运动22第二章第二章4 湍流湍流1）长度积分尺度）长度积分尺度l lI I：大涡的尺度。：大涡的尺度。2 2）TaylorTaylor微观微观长度尺度长度尺度l lM M：发生粘性耗散：发生粘性耗散 的剪切层的大致间距。的剪切层的大致间距。3 3）KolmogorovKolmogorov长度尺度长度尺度l lk k：在分子混合和反应过程中，最小的湍流在分子混合和反应过程中，最小的湍流小尺寸涡结构尺寸。小尺寸涡结构尺寸。注：具体见蒋德明注：具体见蒋德明火花点火发动机的燃烧火花点火发动机的燃烧，西安交通大学出版社，西安交通大学出版社，19922.2 内燃机缸内的气流运动23