排气管系中广义一维非定常流动的数值解卓斌顾宏中上海交通大学提要本文提出广义一维非定常流动的模型,用以计算内燃机进、排气管中气体的流动。文中叙述了该模型的控制体基本方程,引入特征线的概念,导出了相应的特征方程和相容性方程,并给出了有限差分网络的数值解。文中还给出了增压系统的计算实例。计算结果为试验所证实。最后给出了排气有用能动态传递过程的计算结果。一引言长期以来,发动机工作者一直在逐步完善内燃机与涡轮增压器之间相互配合的计算方法。为此必须模拟进、排气岐管内的气体流动。由于往复式内燃机工作的间歇性,这种流动体现为典型的非定常过程。同时,为了配合内燃机工作过程的模拟,对管内流功的计算亦必须涉及到发动机工作的全部循环。由于这一要求,使得现阶段二维或三维沟流动计算模型都因计算量浩大而难于使用〔”,。目前所用的计算方法都是一维的。其中以等人发展的特征线法〔“〕最为成功,应用最广。当用特征线法计算多缸机的排气波动时,不可避免地要解决分支边界的计算。动量模型为常用的边界条件〔‘〕。然而,采用这一模型,首先要知道一组压力损失系数,以确定分支边界各支管流动特性之间的关系。这组系数往往要通过稳流试验取得。而且由于它们与管道给构、流动状态及发动机工况有关,通用性较差,因而限制了模拟计算的应用范围并增加了工作量。为了克服这一困难,本文试图另辟新径,提出了广义一维非定常流动的计算模型,用以计算多缸机的进、排气波动。其中主要的数学模型,对旁通补燃、相继增压等系统管道中的计算亦是适用的。二广义一维非定常流动的概念和基本方程式在简单的一维流动中等嫡、等截面、无传热及摩擦,流动特性参数只依赖于单一的驱动势,这自然是一种理想化情况。在前人所做的工作中〔幻,已推广了简单流的概念,同时考虑了流动的几个驱动势如图模型所示。面积改变的驱动势好本文于了年一月日收到。©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net壁面摩擦户,的驱动势侈传热各心的驱动势。作功乙方的驱动势。招归胡招、一丝丝丝、、︸,,口一︼三兔工︸﹄工户模型模型图流体微元控制体广义一维非定常流动表征了更一般的流动,它还考虑了如图模型所示。分支质量添加碗。的驱动势、为了后文叙述的便利,本文称前者为模型,后者为模型。在模型中所作的关于一维流动的若干基本假定,对模型仍是必须的。忽略作功刁和体积力,可以导出模型的基本方程如下连续方程对可压缩流体,连续方程的积分形式为尊二十”·“一“笋口‘—控制体,—包围控制体的控制面。用于模型的控制体,即可得连续方程十口户一劣如一“,卜飞矛孟一一一尸一口日式中犷月将式其中令会·表征了。的影响,厂一己一一内一一口附‘仃一二二—厂表征了。的影响。动,方程动量方程的积分形式为一丁,、,一丁,嘿一“犷丁,””·二将式用于模型的控制体,当,,’。时,令价“,并联系连续方程,即可得到动量方程©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net百了力,、二二二二。十篇‘其中,二、了矿。,二二二‘一一只又“一石一一石刁泛止乙汀幼泵少川月一艺少‘“么,仃,一一戈一少刀旦塑口工表征了二的影响夕一“。印“表征了支流流入速度与方向的因素。当夕时,支流气体的比动量和比动能均大于主流,实际上对低动能的主流起了“引射”的作用。当爪。时,支管倒流,梅。假定此时控制体分支质量流损失的动量只是由于分流作用引起,则式中的一为川爪。可用一“滋。代换。为求得形式上的统一,此时定义。。式中有。一,所有计算皆可沿用前面所导出的形式。能皿方程将积分形式叭十电一乙。丁丫令〔“一。十手,刃二十丁,‘等十,。·、卜。用于搜型之控制体。此时,无输出功方。控制面未运动方,多若忽略气体的势能,并设加入主流的质量爪。与主流充分棍合,使得在离开控制体时具有与主流相同的比能量和运动参数,则对于微元控制体,有一。。、毋会〔·“路、一“一口十一不工苍尸户一下‘声‘夸刀一·。专一“牛爪‘引用滞止焙的概念,并对式进行整理后可得能量方程为办办。日、,、二二二、二于十材一一口“一几一一份—...
