壓燃式發(fā)動機單區(qū)熱力學(xué)模型的模擬

摘要
本文對有傳熱和摩擦損失的標準柴油機進行熱力學(xué)性能分析。 提出了一種模擬內(nèi)燃機靜態(tài)響應(yīng)的通用方法并給出了一些發(fā)動機功效參數(shù)對其的影響。此外，本文給出了存在兩個發(fā)動機最佳轉(zhuǎn)速的證據(jù)，這兩個最佳轉(zhuǎn)速一個對應(yīng)最大功率，另一個對應(yīng)最高效率。
關(guān)鍵詞：一種熱力學(xué)模型;壓燃式發(fā)動機；傳熱；摩擦；性能優(yōu)化
1.簡介
一些作者用有限的時間對內(nèi)燃機進行了熱力學(xué)分析和優(yōu)化。霍夫曼等人運用最優(yōu)控制理論中的數(shù)學(xué)方法確定了四沖程發(fā)動機和柴油機中活塞的最佳運動方案。安古洛-布朗和陳等人優(yōu)化了有限時間摩擦周期中的摩擦能量損失，安古洛-布朗等人優(yōu)化的四沖程發(fā)動機還包括了化學(xué)反應(yīng)能量損失在內(nèi)。陳等人找到了柴油機和四沖程發(fā)動機中凈功率輸出和效率之間的關(guān)系，除了等熵情況外熱量損失只存在于熱源和散熱片間的轉(zhuǎn)化。任何假定dT/dt=常數(shù)的定理，并不適用于來源和散熱片之間的關(guān)系。此外海伍德提出了一個更加完整的摩擦代表模型。

2.內(nèi)燃機建模
2.1模型的一般方程
本文打算制作一個模型，用于固定發(fā)動機的應(yīng)用，基本上是熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)動機。對熱電聯(lián)產(chǎn)壓燃式發(fā)動機的“一類”模型將被應(yīng)用，也就是氣缸充氣的情形被限定在一般空間屬性下。假定壓力、溫度和汽缸充氣成分在每個時段是一樣的，也就是說已燃燒和未燃燒的氣體在燃燒階段是沒有區(qū)別的(見圖1）。
如果連桿和曲柄長度比R=2LSt ，那么瞬時氣缸容積Vg（θ）取決于活塞位置X(θ)
并由下列方程計算得出：
(1)
當(dāng)Vclear=Vg（θ）ε 時 （ε 壓縮比）
活塞速度：

關(guān)閉進氣閥后，mg是粉封閉在氣缸內(nèi)的氣體質(zhì)量。假設(shè)缸內(nèi)氣體為理想氣體并且發(fā)熱能力和溫度無關(guān)，相應(yīng)于mg的熵由下式獲得：