例如对当量比中=1.0标准汽油( ( ndolene)的可燃混合气有 y=1.392-813×10-5T(K) 对中=09的丙烷空气混合气有 y=1375-699×10-3T(K) 在式(2-9)中,dma项的系数为 h'-u+CrT=u+(pvy-u+C,T +R(T+-;) 而 R dt a+bT )In 式(1-9)可化简为 so Vdp+so st dm (2-12) 这样,可得用于单区模型计算放热率(毛放热率或化学能释放 率的公式,由ma=PVm!RTw可得dma=() do V+y n de Tw(r-1) I ndp dobt bt (2-13) de 图2-6示出利用式(2-13)进行的放热分析结果示功图是利 用44个循环的平均值,发动机转速为2500r/min,进气压力70 kPa.这组曲线的最上面一条表示存在于气红内的燃料mr乘以燃 料的低热值H在上止点附近有所降低,这表示在Pmnx作用下 燃料进入隙缝,mHl与化学能Q之差表示燃料的不完全燃烧, 这种不完全燃烧可以用排气成分的分析来测定,因此如果气缸压 19
力测量或者放热计算出现误差,也可用排气分析得到判断和校 正,图2-6的计算结果与测量出来的不完全燃烧量是完全一致 的 不完全燃烧损失 1000 缝mMD 传热损失 50-00-500 50 00150 φ,℃A 图2-6放热分析结果示例,分删示出了传热、隙畿以及不完全燃烧的影响 (n=2500/mi,进气管压力007MPa) §2-3求取放热曲线的双区模型法 由于火花点火发动 机中的燃烧过程是与火 焰传播同时进行的,假 定一层薄薄的火焰前锋 B 〔虽然在澗流火焰传播 v装 中,火焰前锋的厚度与 燃烧室尺寸相比不可忽 W边界线 略)把燃烧室分成两个 部分,一部分为已燃区 图2-7双区模庭示意图 B,另一部分为未燃区U(图2-7),Q表示向气缸壁的热传导 率,W表示向活塞的作功率,BL表示已燃区的热边界层.用双
区模型进行放热计算可以充分反映已燃和未燃区工质物性参数等 的影响,但计算时可假定气缸压力在任何时刻都是均匀一致的 由质量守恒m=mb+mu 和容积守恒V=Vb+Vu 可得 vbox+ dx (2-14) 由热力学第一定律可以写出 Uo-w-e dx t n dx 式中 比容 已燃质量百分比 U 在某一参考曲轴转角q时,气缸内工质的内 能 Q一向气缸壁传热量 显然有W pdv, e= 360 do (2-16) 式中n为转速(r/s);Q为瞬时传热率(W/kg) 已燃和未燃混合气物性参数的计算可以以多种方式进行,最 复杂的计算方法已在第一章中述及,但在作双区模型计算时, 般只需对已燃气体作化学平衡计算,未燃气体作为理想混合气计 算,有时为简便起见,也可把已燃气体和未燃气体均作为理想气 体计算,例如 pyb Rb Tb ub=C, Tb +ht b pv=Ruu ua CnTa+hea (2-18 式中h和hrb分别为未燃和已燃理想气体在0K时的焓 由式(2-1得P=xR7+(1-x)T(2-19) 由式(2-15)、(2-17)、(2-18)得
0=W-g (Crb The)+(1-xbCru T,+hf)(2-20) 式中Te Tbd. T Tud 化简式(2-19)和式(2-20)可得 F-poVo+(b-1)(W+ρ) )mCu(T.-To m(rb -1(h -hrb)+(rb-r)Cpu T, (2-2) 以及r=Rr+=mR:T (2-22) b mrb 式中rb和r分别为已燃气体和未燃气体的比热容比 在已知未燃和已燃气体的热物理参数,以及已知p,Vm,Q 的条件下,再加上 T=To(2)23y (2-23) 应用式(2-22)计算所得的已燃气体温度是平均值,但事实上 气缸内的温度分布是不均匀的。最早燃烧靠近火花塞的那部分气 体,由于受到后来燃烧气体的压缩作用而温度较高,这一现象在 上述计算中反映不出来 以上所述方法,有其数学表达式(式(2-21))比较规整化的 优点,但由于在物性计算上作了较大的假定,所得信息也较少, 因此在实用上(特别对用计算机时)不一定占优势。美国GM汽 车公司工程部的JN. Mattayi应用以下双区模型法.作者假定火 花点火发动机燃烧时以球半径r的无限薄的火焰前锋面在燃烧室 中传播,把燃烧室分成未燃区v和已燃区V两部分,其公共压 力为p并假定已燃区与未燃区之间,通过火焰前锋没有热交换 (图2-7)。通用汽车公司工程部还专门开发了一个专用子程序, 用以计算不同燃烧室形状,在不同活塞位置(即不同曲轴转角 下,一个球与燃烧室容积相交的情况,用以求出在给定曲轴转角 22
下已燃容积、火焰面积、火焰半径和混润面积(用以计算传热的 面积)(图2-8) 火焰半径 火焰半径 火焰半径 图2-8用于计算火焰面积和澄润面积子程库的计算结果示例 已燃区和未燃区中的燃气热力性质,在固定的当量比和残气 系数下取决于压力和温庋,不过在未燃区由于气体温度较低,认 为气体成分已处于冻结状态,因而物性参数与压力无关,只与温 度有关 写出相应未燃区和已燃区的能量守恒方程 d(mu)y =(mu)u=huiv-Q.-plu d(mu)b mu)b=h. -Qb-pV (2-25) 公式上面的小圆点表示对曲轴转角求导数 设未燃区的内能只是Tu的函数,但已燃区的内能会受到离解 作用的影响,是压力和温度的函数