[发明专利]船用二冲程低速柴油机扫排气量计算方法

说明书

技术领域

本发明属于工程热力学技术领域，尤其涉及一种船用二冲程低速柴油机扫排气量计算方法，用于计算船用二冲程低速柴油机的扫气量和排烟量。

背景技术

船用二冲程低速柴油机扫排气流量巨大，难以直接测量，但是换气质量直接影响排烟温度、排烟损失，对柴油机性能有直接的重大影响。因而快速、准确的计算扫气量、排烟量进而分析优化换气过程至关重要。

由于船用二冲程低速柴油机换气过程的重要性，国内外非常重视换气过程的研究。经多年研究，换气过程理论包括“完全混合”、“完全清扫”、“分层扫气”等模型。“完全混合”和“完全清扫”模型由于把换气状态理想化完全混合或完全排出废气，计算简单、迅速，但是精度不够。“分层扫气”模型计算比较准确，但是计算复杂、计算量大，不满足工程实时显示的要求。上海交通大学顾宏中教授九十年代提出了“浓排气”模型，“浓排气”模型计算迅速、简单准确，应用广泛。但是“浓排气”模型难以满足不同型号柴油机，通用性不强，在工程上应用受到限制。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于船用二冲程低速柴油机转速等数据的船用二冲程低速柴油机扫排气量计算方法，该方法能快速准确的计算出不同负荷下换气过程的扫气量和排烟量，通用性强，为分析柴油机工作状态、保证优良性能提供可靠的数据。

本发明思路为：根据船用二冲程柴油机换气过程的自由排气过程、扫气过程和后排气过程三个阶段结合配气相位角、柴油机工作负荷分别计算不同阶段的进排气量。三个阶段的进排气量之和为单循环的进排气总量，除以相应的单循环所需时间乘以缸数就得到相应的扫气量和排烟量。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种船用二冲程低速柴油机扫排气量计算方法，包括步骤：

步骤1，模拟自由排气过程，本步骤进一步包括子步骤：

1.1 以压缩始点扫气集箱的压力为压缩始点气缸内压力，根据压缩始点的曲轴转角计算压缩始点气缸工作容积，根据压缩始点扫气集箱中新鲜空气温度T_i获得压缩始点气缸内气体温度基于理想气体状态方程计算压缩始点气缸内气体质量m₁；

1.2 根据压缩始点气缸内气体质量m₁获得膨胀终点气缸内气体质量m₂；

1.3 以自由排气过程结束时排烟集箱的压力为自由排气过程结束时的气缸内压力，根据自由排气过程结束时对应的曲轴转角计算气缸工作容积，根据膨胀终点气缸内气体的热力学参数和自由排气过程结束时气缸内压力计算自由排气过程结束时气缸内气体温度，基于理想气体状态方程计算自由排气过程结束时气缸内气体质量m₃；

1.4 基于质量守恒定律获得自由排气过程废气排出质量m_bld-out＝m₂-m₃；

步骤2，模拟扫气过程，本步骤进一步包括子步骤：

2.1 以扫气过程结束时扫气集箱的压力为扫气过程结束时的气缸内压力，根据扫气过程结束时的曲轴转角计算扫气过程结束时气缸工作容积，根据扫气过程结束时扫气集箱中新鲜空气温度T_i获得扫气过程结束时气缸内气体温度基于理想气体状态方程计算扫气过程结束时气缸内气体质量m₄；

2.2 基于质量守恒定律获得扫气过程结束时气缸内废气质量m₅＝m₄-m₄·η、留在气缸内新鲜空气质量m₆＝m₄·η和滑移气体量m₇＝m₄·η·s，其中，η表示扫气效率，为经验值；s为滑移系数，s＝1.14-0.75·f，f表示主机负荷；

2.3 基于质量守恒定律获得扫气过程排出到排气管的气体总量m₈＝m₇+m₃-m₅；

步骤3，后排气过程模拟，具体为：

根据压缩始点气缸内气体质量m₁和扫气过程结束时气缸内气体质量m₄获得后排气过程排出到排烟总管中的气体量m₉＝m₄-m₁；

步骤4，柴油机扫排气量计算，本步骤进一步包括子步骤：