船用废气涡轮增压柴油机运行配合的模拟计算.pdf

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1、第29卷第2期江苏船舶Vo1．29No．22012年04月JIANGSUSHIPApr．2012船用废气涡轮增压柴油机运行配合的模拟计算魏安，吕代臣(1．广州航海高等专科学校，广东广州510725；2．佛山海事局，广东佛山528000)摘要：通过船用废气涡轮增压器与船用柴油机运行中的配合关系，利用能量守恒、质量守恒原理，计算出废气涡轮增压柴油机各状态点的运行参数。通过理论计算的结果与实际运行相比较，证明了理论计算的正确性，为轮机人员管理船用增压柴油机提供理论依据。关键词：船用柴油机；增压器；空气流量；运行配合；模拟计算中图分类号：U664．121文献标识码：A0引言第二

2、项为1kg柴油燃烧后作出的指示功；ge叼m第三项∑L。(c)71s为1kg柴油燃烧所需空废气涡轮压气机和增压柴油机在运行中的配气带来的热量；合，直接影响到装置的动力性和可靠性，因此必须了解废气涡轮增压器运行的参数与柴油机之间的关第四项(Ot∑一1+)(C)为1kg柴油系，如增压压力p、空气流量眠、燃气流量m、涡轮燃烧后废气中相应的热量。式中：为理论分子变更系数；a∑为总过量空气系进口压力P涡轮排烟温度以及效率等。在诸多数，a=口，a为燃烧过量空气系数，为扫气过因素中，空气流量m是最重要的，它是保证柴油机量空气系数；为1kg燃油燃烧所需理论空气量；燃油燃烧及热负荷关键指标

3、。大多增压柴油机用排(／zC)为涡轮进口处燃气排烟温度比热；烟温度来反应相同类型柴油机的热负荷。目前，(／zC)为柴油机进气温度比热；T为排烟温大功率柴油机排烟温度相对较低，在400℃左度，是根据柴油机类型、材料强度以及机器承受右，这样低的排温必须有一定过量空气系数来保证。的热负荷来确定，对于现代大功率低速柴油机一般现机型过量空气系数对扫气与燃烧来讲已足够，主取400。左右；H为燃油低发热值，查表可知；g为要是为了降低柴油机的热负荷，保证机器的可靠性。耗油率，是柴油机期望指标，一般根据柴油机类型选本文首先确定总过量空气系数a，其次计算出空气流量m，然后根据流通特性确定增

4、压压力P，最后定；叼为机械效率，叼=—，其中P为柴油机pe’pm由增压器的效率来确定平均排气压力P及涡轮的的平均机械损失压力，可根据不同机型采用经验公流通面积。式求得，P为平均有效压力；为柴油机进气温度，1计算总过量空气系数a根据有无中冷器情况分别处理：有中冷器中速、高速四冲程柴油机及二冲程柴总过量空气系数a计算如式(1)：油机时Ts=273+(40～60)，低速二冲程柴油机一L。()∑一1+／30)．=273+(30～4O)；无中冷器时二冲程柴油机可根据增压比及增压器的效率算出。(Co)T(1)为能量利用系数，=1一h，h为气体在气第一项为1kg柴油燃烧后被利用的热缸

5、、气缸头中的排气道及排气管中传给气缸壁四周量；的相对散热量的百分数。如果排气管为非冷却式，收稿日期：2o12—02—06h则代表气缸中散热量的大小。h的值并不是冷项目基金：：国家财政部中央与地方重点实验室建设基金粤财教却水带走的热量百分数，因为冷却水中还包含一部[2009]2Ol号分摩擦热，即便是油冷却的活塞，滑油也要带走一部作者简介：魏安(1969一)，男，副教授，大管轮，从事轮机工程技术方向的研究。分气缸中的热量，因此对进行理论计算，就不能第2期魏安等：船用废气涡轮增压柴油机运行配合的模拟计算23简单地利用=1一h求得，否则，带来误差很大，相应的脉冲增压系统要低，接

6、近于定压增压的情况。而应采用气缸中的气体对气缸壁的瞬时传热系数二冲程柴油机叼值差别较大，回流扫气二冲程，是r的函数关系：=厂((Zg)柴油机偏向于高值，直流扫气的偏向于低值。另外，四冲程柴油机：=1．044-0．00116因为有些是用串联增压系统，有些是用自由涡轮增二冲程柴油机：r=1．0875—0．00075压系统，而且涡轮增压器的效率、阻力及压力波对'7影响较大，因此，二冲程柴油机更应该合理选2取值。式中：C为活塞平均速度；g为指示油耗率；D为气4计算废气平均压力与涡轮当量喷嘴面积缸直径；n为转速；p为柴油机进气压力。利用式(2)求出，再由通过式(1)即可求(1)通

7、过涡轮增压器的能量守恒原理可得⋯：出a总过量空气系数。m1叼瓶(卜)=2推算空气流量m()PTo求出。∑后，根据式(3)可求出空气流量m：丝)-1)(5)Po(3)式中：叼为增压器的效率；P为排气压力；为多式中：为有效功率。变指数，涡轮增压器压缩柴油机排气时=1．33；JI}为多变指数，压缩空气时=1．4；R为气体常数，3计算柴油机进气压力和增压压力废气R=0．286kJ／(kg·K)；m为废气流量，m=(1．02—1．03)m(部分燃油质量分解变成气体)；气缸流通能力的大小与充量系数田和扫气过P。、To分别为大气压力、温度；J口m为动叶