x4=hyd·xn/(1+Cs√x3) (1-66) x10=r·x12 (I-67) x3为以下方程之正根 2x3 Cor hyd 2 1+C2Vx, 1+Cv 2r _2car hyd (1-68) x12可根据混合气的性质以及有关的假定由式(1-61)至式(1 64)求出 hyd x12=1.0/(+4+r,当φ<1.0 (1-69) x2=1.0/(ar++r,当中≥10 (1-7 给出正确的初值以后,迭代求解过程可在5~7次左右完成 计算中所需之平衡常数K是温度的函数,其值可在有关文献 〔2〕中查得 参事文献 〔1〕水谷幸夫:“燃烧圹入φ化学平衡计算”,《内燃檨闐》, No.7,1972 (2) D. Agrawal, et al: Computer Program for Constant Pressure or Constant Volumc Combustion Calculation in Hydrocarbon-Air system, ASME Diesel and Gas Engine Power Conference and Exhibit, Paper No. 76-DGP 1976 〔3〕刘传李:汽油机燃烧计算的准维紊流卷吸模型,西安交通 大学硕士学位论文,1988年
第2章撚烧过程的热力学分析 在分析气缸内燃烧过程时,对火花点火发动机而言,最常用 的燃烧诊断方法是测量气缸内的示功图和拍摄火焰传播过程照 片。这里主要讨论火焰传播与示功图之间的关系以及如何由实测 的示功图,运用热力学的方法,求取已燃质量百分比(Ma Fraction Burned)xb=x(q)曲线或规范化放热曲线( Normalized Heat Release)Qb=Q/(mH)=Qb(q)。严格地说,这两条曲线 是不相等的,这是因为在燃烧过程中总有一部分已燃质量没有全 部放出化学能,这部分没有放出的化学能将贮存在燃烧产物中 例如由于离解形成的CO和H2以及由于过量空气系数小于L燃 烧空气不足而形成的不完全燃烧产物等.图2-1上示出当量比 φ=1.0时,由示功图计算所得的已燃质量百分比 1.0 08 规范化 已燃质量百分比 放热曲线 0.2 00 150 100 150 曲轴转角CA 图2-1当申=1.0时,已燃质量百分比曲线和放热曲线的比较 曲线与放热曲线的比较,在火焰传遍整个燃烧室的时刻,有高达
10%的燃料化学能没有释放出来.但在以后各章的讨论中,除特 别指明者外,对已燃质量百分比曲线和规范化放热曲线将不加严 格的区分 §2-1求取已然质量百分比的 Rassweiler 和 Withrow多变指数法 1980年SAE在纪念它成立75周年的年会上,把 Rassweiler 和 Withrow在1938年发表的 Motion Pictures of Engine Flames Correlated with pressure Cards一文作为“里程碑”式的论文重新 刊载一次,认为论文中所提出的计算已燃质量百分比曲线等方 法,至今仍适于火花点火发动机应用 1.由火焰传播团及示功图求已燃质量百分比的方法 图2-2示出三幅火焰图,图2-2(a)表示在点火瞬间的情况, 图22(b表示火焰传播过程中的某一图形,图2-2(c)表示燃烧结 束时的情况 (b) 阳2-2火焰传播图 具体的计算步骤为 (1)由图2-2b)出发、从图上量出未燃区U的容积为vt, 已燃区的容积为V",和总气缸容积v,=卩+V"相应该曲轴转 角的气缸压力pt由示功图获得
2)从图2-2()的未燃区U出发进行计算U区包含一定质 的未燃气,它相应于图2-2(a)上所占的容积为v(足标i表示 点火时状态),因此有 vu′=V;() 上式两边除以点火时的气缸总容积v Vi () 因此,1-V/Vt=t-H/vs() pti 一般取m1≈136,上式左边代表B区所占容积的比例 (3)设在点火时气缸内充量密度是均匀的,可得图1-2(b)的 已燃质量百分比X为 Xb=1 同样也可由图2-2(b)上的已燃区出发进行计算,即 y=v(红)n P 式中足标〔表示燃烧刚结束时图2-2(c)的状态,"x表示与 图2-2(b)上B区相应的在图2-2(c)上已燃区的容积,而n =1.30~1.38,同样 Vir vu pu ) 因此,图2-2b)的已燃质量百分比x为 VLP ap世 一般不采用式(2-2)计算,主要因为燃烧终点气缸内的温度、 充量密度分布不均匀,靠近火花塞区最早燃烧的那部分气体的温度 可比最后燃烧的温度高400K左右,此外,由于传热的原因,多变 指数m的变化也比n为大
2.已燃容积百分比y和已燃质量百分比x之间的关系 设已燃质量百分比Xb=mb/m以及已燃容积比yb Vb/v,则有m=m+mb,V=V+Vb 由 n4 x 1 Mu pb b p 可得 RAise pb y 即 =[+巴(-1 (2-3) 在火花点火发动机中,未燃混合气和已燃混合气的密度比 p/p大约等于4,图2-3(a示出x和y的关系曲线,这 曲线的重要性是可用来解释火焰发展情况,在开始时火焰半径增 加很快,而已燃质量较少,大部分燃料是在火焰发展的后期燃烧 的。 Rassweiler和 Withrow仍采用多变指数法分析上述问题(图 2-3(b),设未燃区的状态变化服从以下规律 Pal ys const 对图2-2(a所示点火时刻(足标i有 =c。nst 式中 气缸总容积 M总可燃混合气质量 v未燃混合气的容积 M未燃混合气的质量