CNG发动机建模与发动机性能模拟计算

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1、前言大约在上世纪60年代中期以前，内燃机工作过程的计算基本上还是建立在理论循环的基础之上，对实际的工作过程作了很大的简化，例如用闭口循环来模拟开口循环，用等熵或多变指数来计算压缩和膨胀过程，用定容放热代替排气过程。由于不考虑实际的换气过程、燃烧过程和传热过程等，所以计算中人们只能作粗略的估算，计算结果的精确性在很大程度上依赖于经验数据的选取。因此长期以来，内燃机的设计、制造和调试主要依赖于经验。直到60年代中期，由于电子计算机的应用才有可能对内燃机的实际工作过程进行接近实际的模拟计算，从而使内燃机的理论建立在一个新的基础之上。目前，内燃机实际工作过程的数值模拟已成为研究和开发内燃

2、机的一种有效方法。所谓内燃机实际工作过程的数值计算（或称循环模拟计算），就是从内燃机各系统的物理模型出发，用微分方程对各系统的实际工作过程进行数学描述，然后编制计算机程序，用电子计算机数值求解微分方程，以求得气缸内各参数随时间或曲轴转角的变化规律。计算中考虑到气缸内的热力过程、传热过程、燃料性质、气体流动、充量更换过程、废气涡轮增压器的特性及其与发动机的配合问题，所以计算结果比较符合实际情况。目前，发动机工作过程数值模拟的研究状况大致如下：（1）预测发动机的性能：如发动机的标定工况性能、部分工况运行特性、增压发动机的瞬态特性（变负荷时的响应特性）以及有害排放物（、、等）的预测；（

3、2）设计参数的优化：通过模拟计算可以研究各种结构参数（如压缩比、配气定时、排气管的尺寸布置、增压器特性等）、热力参数（如增压压力、中冷器出口的空气温度、排气背压等）以及运转参数（如发动机转速、负荷、冷却水温、机油温度等）对发动机性能的影响，并求得最佳值；（3）在发动机调试阶段，利用实际工作过程的数值计算，可以揭示试验中没有测量或不可测量的参数大小，指明参数调整方向，从而减少试验的工作量，缩短调试过程的周期，从而节约时间和资金[1]。我国的发动机工作过程数值模拟还处于刚刚起步阶段，国外在这方面的研究也是随着计算机技术的飞速发展才发展起来的，很多方面还不完善，尤其是排放、燃烧和燃油喷

4、雾等方面的各种物理化学模型需进一步完善。由于计算机技术的飞速发展，计算速度的提高更多的依赖于计算机速度的提高，而计算方法的改进所带来的计算时间的缩短效果并不理想，它的改进更多的是考虑计算精度的提高。本毕业设计是一个题为“CNG发动机建模与发动机性能模拟计算”的结合科研的专题研究。文章第一章是关于发动机性能模拟计算的绪论，讲述了该毕业设计的主要内容、理论价值和现实意义，同时分析了发动机性能模拟在国内外研究状况、存在的问题和发展方向。第二章讲述了内燃机工作过程模拟计算的理论，为后面的建模、模型参数的输入以及模型的调试奠定理论基础。第三章主要说明的是该CNG发动机模型的建立过程和详细的

5、参数设置，此外还介绍了发动机性能模拟软件BOOST。第四章利用模拟仿真数据和试验数据对模型进行了验证。验证的内容主要参数是发动机的有效功率、最高爆发压力、CNG流量、空气流量四个参数和发动机图。结果表明，模拟数据和试验数据的误差在5%之内，模型具有足够的模拟精度，可以用该模型对CNG发动机性能进行模拟计算。第五章中我们利用建立的CNG发动机模型对发动机性能进行模拟计算，分析点火提前角、空燃比等参数对该天然气发动机性能的影响规律，并结合本科阶段所学的理论知识对模拟出来的各种规律进行了分析。本专题研究要求具有发动机全套技术资料和BOOST模拟软件。在研究过程中，本文引用了国内外许多工

6、厂、研究所和本科院校的试验、研究资料，充分利用了大学本科期间所学的理论知识来解决毕业设计中遇到的难题。因此，本毕业设计巩固了我们大学本科期间所学的内燃机方面的理论知识，同时提高了学生运用计算机解决问题的能力、科技文献检索能力、自学能力和动手解决实际问题的能力。目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1设计的主要内容11.2设计的理论价值和现实意义11.3国内外研究现状和存在的问题21.3.1研究现状21.3.2　目前研究中存在问题31.4内燃机循环模拟的发展方向3第2章内燃机工作过程的模拟计算理论42.1缸内模型42.2燃烧模型52.3放热模型62.3.1Vibe函数72.

7、3.2燃烧始点72.3.3燃烧持续期72.3.4形状参数m82.4传热模型82.4.1Woschni1978模型92.4.2Woschni1990模型92.5扫气模型102.6管道模型10第3章CNG发动机建模123.1关于AVLBOOST123.1.1AVLBOOST软件简介123.1.2AVLBOOST学习方法和使用143.1.3AVLBOOST软件要求输入的数据结构143.1.4AVLBOOST软件仿真分析步骤153.2CNG发动机工作过程模拟计算模型的建立153.2.1模