基于GT-POWER六沖程柴油機初始參數(shù)的仿真計算

0 引言

傳統(tǒng)內(nèi)燃機的熱效率較低，大量的能量未能轉(zhuǎn)化成汽車運行所需要的功，為了提高內(nèi)燃機的熱效率，進行六沖程內(nèi)燃機的理論研究，相較于現(xiàn)有四沖程，增加了噴水和蒸汽二次做功兩個沖程。原有做功沖程結(jié)束后，不進行排氣沖程，而是向缸體中噴入一定的經(jīng)處理的水霧，水充分吸收缸內(nèi)的熱量后瞬間氣化為水蒸氣，體積膨脹，帶動發(fā)動機二次做功，做功行程結(jié)束后再排出廢氣和水霧的混合體，實現(xiàn)了熱能的二次利用，提高內(nèi)燃機的熱效率。

六沖程的熱效率計算，初始參數(shù)為做功沖程結(jié)束后的缸內(nèi)壓力和溫度。最理想的解決方式為通過仿真軟件，完善相關(guān)參數(shù)，計算出所需的壓力和溫度。本文重點介紹柴油機第四沖程結(jié)束時的參數(shù)計算仿真過程。

1 仿真軟件軟件介紹

GT-POWER是一款專門針對模擬發(fā)動機工作過程的軟件，因為其系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整方便、模塊劃分清晰、搭建簡單、運行速度快等優(yōu)點，被很多車企與科研院所應(yīng)用。GTPOWER是GT-suite軟件中的一個模塊，GT-suite集合了內(nèi)燃機的所有系統(tǒng)，其中包括發(fā)動機進排氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、曲軸連桿機構(gòu)等。在GT-suite軟件中包含很多已經(jīng)搭建好的發(fā)動機的工作平臺，這給軟件使用者帶來很多便利。這其中包括：四沖程汽油機、四沖程柴油機、單缸機、二沖程發(fā)動機、V型發(fā)動機等。使用者可以直接在選擇好的系統(tǒng)中進行參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化。利用該軟件對發(fā)動機噪聲、排放、工作過程的模擬計算，可對發(fā)動機開發(fā)設(shè)計與優(yōu)化。

2 GT-POWER仿真計算流程

學(xué)習(xí)使用GT-POWER軟件主要包括三大部分，模型建立、運行計算、數(shù)據(jù)后處理。三者相互聯(lián)系，可以通過計算結(jié)果來調(diào)整發(fā)動機模型參數(shù)，反饋結(jié)果，多次調(diào)整，達到最優(yōu)。

3 仿真模型的建立

3.1 發(fā)動機模型建立參數(shù)設(shè)置

本文需要采集的數(shù)據(jù)為缸內(nèi)做功沖程結(jié)束時的壓力和溫度，因此本文采用參數(shù)少，結(jié)構(gòu)相對簡單的ZH1105W型單缸柴油機發(fā)動機模型，本文所建立的單缸柴油機模型主要包括進氣系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)參數(shù)，模型見圖1。

3.2 進氣系統(tǒng)模型參數(shù)設(shè)置

術(shù)后遲發(fā)性感染可能與手術(shù)操作及患者自身免疫功能欠佳相關(guān)，糖尿病已經(jīng)被普遍接受是術(shù)后感染的危險因素［19］。本研究發(fā)生術(shù)后感染的5例患者中有3例合并糖尿病。

進氣道所需設(shè)置的參數(shù)項與進氣管幾乎相同，只是進氣道的長度短于進氣管。而且由于進氣道更接近氣缸，所以進氣道壁的溫度要高于進氣管，所以設(shè)置溫度為450K。

在新課程改革的深入發(fā)展下，小組合作學(xué)習(xí)模式逐漸被引入小學(xué)語文教學(xué)中。憑借著獨特的學(xué)習(xí)方式和理念，小組合作學(xué)習(xí)模式不僅有效培養(yǎng)了學(xué)生的合作意識，促進了學(xué)生間的相互交流和相互協(xié)助，并且極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。因此，在教授小學(xué)語文課程時，合理有效地運用小組合作學(xué)習(xí)模式是非常重要的。教師要依據(jù)學(xué)生的具體情況合理分配小組成員，并培養(yǎng)其團隊合作意識和相互協(xié)作能力，真正實現(xiàn)小組成員間的有效溝通和共同合作。

3.3 噴油器模型參數(shù)設(shè)置

從事生產(chǎn)、銷售、進口、服務(wù)的單位和個人應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行強制性標(biāo)準(zhǔn)的各項規(guī)定。不符合強制性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和服務(wù)禁止生產(chǎn)、銷售、進口和提供。產(chǎn)品的生產(chǎn)者、銷售者、進口商以及服務(wù)的提供者要有強制性標(biāo)準(zhǔn)意識。違反強制性標(biāo)準(zhǔn)的，將依法承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。”[1]

3.4 氣缸模型參數(shù)設(shè)置

排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及參數(shù)設(shè)置類型與進氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本相似，主要區(qū)別在于排氣凸輪的參數(shù)設(shè)置不一致，排氣閥直徑設(shè)定為35.5mm，排氣門間隙設(shè)定為0.1mm。發(fā)動機的正時角度主要與發(fā)動機設(shè)定的配氣相位相關(guān)，在正常發(fā)動機工作時，排氣門需要提前開啟，而我們計算溫度和壓力是為六沖程計算做初始條件使用，六沖程柴油機為了充分利用廢氣能量，無需廢氣的排出，所以排氣門不需提前開啟，具體排氣系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置見圖5。

進氣門與進氣凸輪需要設(shè)置的參數(shù)主要包括凸輪升程組、正時角度等。進氣閥直徑設(shè)定值為45.5mm，氣門間隙設(shè)定為0.1mm。凸輪的正時角度設(shè)定值為239，凸輪升程組根據(jù)設(shè)計參數(shù)，確定每一個曲軸轉(zhuǎn)角升程高度，其主要參數(shù)的設(shè)置見圖3。

3.5 曲軸箱模型參數(shù)設(shè)置

曲軸箱模塊中定義了發(fā)動機的類型、轉(zhuǎn)速、缸數(shù)以及氣缸輪廓外形等，在該模塊中轉(zhuǎn)速設(shè)定值為[RPM]，在模型計算時使用[RPM]輸入任意轉(zhuǎn)速進行計算。其他主要參數(shù)如缸徑設(shè)置為105mm，連桿小端偏離曲軸為1mm，行程為115mm，連桿長度為185.5mm，壓縮比為16.5，上止點間隙高度為0.5mm。

在軟件當(dāng)中,噴油器模型已經(jīng)設(shè)定好，只需選擇使用，我們選擇InjDieselSimpleConn類型噴油器，設(shè)置每循環(huán)噴油量為53.6mg，噴油提前角為上止點之前5℃A。

在柴油機中進氣系統(tǒng)主要包括進氣管和進氣道，同時在仿真軟件中還需設(shè)置環(huán)境模型和設(shè)置控制進氣道開啟的凸輪參數(shù)。環(huán)境溫度設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)的空氣溫度，設(shè)定值為300K，設(shè)置的環(huán)境壓力為2.1bar，進氣管設(shè)置參數(shù)較多，其中對結(jié)果有重要影響的是進氣管長度、管徑，結(jié)合實驗室單缸柴油機的參數(shù)，設(shè)定進氣管的長度為120mm，管徑為40mm，進氣管壁溫由于受到發(fā)動機本身熱傳導(dǎo)的影響，所以高于環(huán)境溫度，因此設(shè)定為350K。進氣管的具體模型參數(shù)設(shè)置見圖2。

3.6 排氣系統(tǒng)模型參數(shù)設(shè)置

氣缸模型參數(shù)主要是傳熱模型和燃燒模型的選擇，以上分別選擇為Woschni模型和Wiebe模型，Wiebe燃燒模型分為預(yù)燃、主燃和末燃三個階段，與實際情況一致，主要設(shè)置參數(shù)為活塞溫度、缸壁溫度、缸內(nèi)的初始溫度和壓力，具體的參數(shù)設(shè)置見圖4。

歷史學(xué)習(xí)有著一定的時間限制，由于事件發(fā)生的時間相對較遠(yuǎn)，學(xué)生對當(dāng)時的社會狀況缺少一定的認(rèn)識，不能對歷史進行充分理解。但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為教育教學(xué)提供了多媒體教學(xué)設(shè)備，教師可以通過多媒體信息技術(shù)為學(xué)生提供相關(guān)的歷史視頻與音頻資料。例如在學(xué)習(xí)中國抗戰(zhàn)勝利，中華人民共和國成立的課程內(nèi)容時，教師可以通過視頻資料的播放，讓學(xué)生身臨其境地感受祖國的偉大勝利。

4 模型計算與數(shù)據(jù)處理

4.1 模型計算

模型構(gòu)建完畢后，進行數(shù)據(jù)的計算，選擇Run/Run setup，進行各個輸出參數(shù)的設(shè)置。各項設(shè)置如圖6所示。找到[RPM]，對應(yīng)輸入發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，選擇Run it，再選擇Star Simulation，軟件出現(xiàn)自動計算界面，結(jié)束后點finish，計算結(jié)束后可以看到相關(guān)數(shù)據(jù)，但是無法直觀的看出溫度以及壓力的變化趨勢，因此需將計算的數(shù)據(jù)繪制成圖，此軟件中自帶了數(shù)據(jù)生成圖工具GT-POST。

4.2 數(shù)據(jù)處理

使用GT-POST工具，使用Plots-Tables Mode——圖表模式進行輸出，該模式下可以選擇我們想要輸出的參數(shù)，在本文中我們主要計算的參數(shù)為壓力與溫度，因此選擇這兩個參數(shù)輸出，選擇Pressure和Temperature，點擊Pressure，會出現(xiàn)缸內(nèi)壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的圖表，具體見圖7，從圖中看出仿真的結(jié)果與實際工作情況相符合，最大壓力出現(xiàn)時間為上止點后的3.08℃A，壓力最大值為88bar；點擊Temperature,同樣會出現(xiàn)缸內(nèi)溫度隨曲軸轉(zhuǎn)角變化圖表，根據(jù)圖8，我們可以得出缸內(nèi)的最高溫度為1568.59℃，位置位于上止點后38.16℃A。

5 結(jié)語

通過仿真模型的建立，使我們學(xué)習(xí)了GT-POWER仿真軟件的使用，以及發(fā)動機個仿真參數(shù)的設(shè)置。仿真軟件的使用降低了試驗的成本，提高了效率，使數(shù)據(jù)更加的容易采集與分析，六沖程內(nèi)燃機的理論研究進程大大得到提高，初始參數(shù)的仿真計算給六沖程內(nèi)燃機熱效率的計算打下了堅實的基礎(chǔ)，同時為四沖程內(nèi)燃機相關(guān)參數(shù)的獲取提供了新的方法以及思路。

[1]Hao Chen,Qi Cuo, Lu Yang,Shenghua Liu,Xuliang Xie,Zhaoyang Chen,Zengqiang Liu.A new six strokesingle cylinder diesel engine referring Rankine cycle[J].Energy.87(2015)33:6e342.

[2]張永棟.基于GT-POWER的柴油機排放仿真分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2011（3）：51-53.

[3]朱榮福，王強，張鵬.發(fā)動機的GTPOWER模擬和試驗驗證分析[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報，2010，24（3）：13-15.