船舶主机气缸工作过程热力性能计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种船舶主机气缸工作过程热力性能计算方法，本发明基于平均值模型和seiliger模型，以等容增压比a和等压预胀比b为seiliger模型循环参数，基于大量实测数据及相关理论拟合等容增压比a和等压预胀比b，并应用于船舶主机气缸工作过程模拟。本发明可用于主机缸内工作过程稳态计算，可提高计算精度，减少计算需要的参数。
【专利说明】船舶主机气缸工作过程热力性能计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工程热力学【技术领域】，尤其涉及一种船舶主机气缸工作过程热力性能 计算方法。
【背景技术】
[0002] 船舶主机缸内工作过程包括机械、物理、化学、传热与流动等各种复杂的变化过 程，准确计算主机缸内工作过程对提高主机动力性和经济性意义重大。目前，常采用平均 值模型计算柴油机缸内工作过程。大型低速二冲程柴油机平均值模型是由E. Hendricks在 1989年提出，主要应用于柴油机非线性控制与状态观测。J. P. Jensen以小型柴油机为研究 对象建立了平均值模型，此后，平均值模型被广泛应用于柴油机的控制与仿真。
[0003] 国内对平均值模型也进行了一系列研究与应用。段树林基于平均值模型实现了涡 轮增压柴油机的动态仿真。帅英梅等对涡轮增压柴油机平均值模型进行研究，并给出了计 算涡轮增压器的方法。冯国胜等基于平均值模型对柴油机及其电控系统进行仿真研究。但 平均值模型忽略了缸内气体温度和压力的周期性波动，根据指示热效率计算柴油机整体 的指示功率，从而计算出柴油机平均指示扭矩。除此之外，还有一些学者基于GT-Power、 Fire、KIVA等软件对缸内工作过程进行数值模拟计算，但在实时性上存在不足。本发明结 合平均值模型和Seiliger模型对缸内工作过程进行细化，可提高计算实时性。
[0004] SeiIiger在1922年提出的初期seiIiger模型含有三个燃烧阶段，即等容燃烧、等 压燃烧和等温燃烧。而现在主机缸内工作过程计算一般采用两个燃烧阶段，即等容燃烧和 等压燃烧。由于等容增压比和等压预胀比作为重要的seiliger循环参数，其数值的准确性 对缸内过程有重要的影响。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种可提高实时性和准确性的船舶主机 气缸工作过程热力性能计算方法。
[0006] 本发明基于平均值模型和seiliger模型，以等容增压比a和等压预胀比b为 seiliger模型循环参数，基于大量实测数据及相关理论拟合等容增压比a和等压预胀比b， 并应用于船舶主机气缸工作过程模拟。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
[0008] -种船舶主机气缸工作过程热力性能计算方法，包括步骤：
[0009] 步骤1，根据船舶主机负荷获得等容增压比a，所述的凸轮轴控制主机等容增压比 a = 2. 46557-4. 51929x+6. 34422x2-3. 16267x3, 0? 4 彡 X 彡 1，所述的电控主机等容增压比 11.64592-0.82439.V + 0.40848.x：2, 0.4 < .v < 0.9 ^ a-\ ，:K表ZK船舶主机命荷.
[ 2.32103-1.204a% 0.9<.v<1 幻酬H T儿人1J '
[0010] 步骤2,计算等压预胀比
【权利要求】
1. 一种船舶主机气缸工作过程热力性能计算方法，其特征在于，包括步骤： 步骤1，根据船舶主机负荷获得等容增压比a，所述的凸轮轴控制主机等容增压比a =2·46557-4·51929χ+6·34422χ2-3· 16267χ3,0·4 彡 X 彡 1，所述的电控主机等容增压比
，X表示船舶主机负荷； 步骤2,计算等压预胀比
U，其中，Qin为气缸工作过程中 的循环放热量，根据公式Qin = mf · Hu获得，mf是船舶主机循环供油量，Hu是燃油低位发 热值；cp是气缸内气体的定压比热容，cv是气缸内气体的定容比热容；a为等容增压比a ; = 7； ?1 ，T1为多变压缩过程始点的温度，r。是有效压缩比，η。是多变压缩指数； 步骤3,根据等容增压比a和等压预胀比b，利用于平均值模型分别获得多变压缩过程、 等容燃烧过程、等压燃烧过程及多变膨胀过程的热力性能参数； 步骤4,根据各过程的热力性能参数获得气缸各过程产生的热量和所做功。
2. 如权利要求1所述的船舶主机气缸工作过程热力性能计算方法，其特征在于： 所述的多变压缩过程、等容燃烧过程、等压燃烧过程及多变膨胀过程的热力性能参数 采用如下公式计算：
其中，Pi、V T1分别是多变压缩过程始点的缸内压力、体积及温度，p2、V2、T 2分别是多 变压缩过程终点的缸内压力、体积及温度，P3、V3、T3分别是等容燃烧过程终点的缸内压力、 体积及温度，P 4、V4、T4分别是等压燃烧过程终点的缸内压力、体积及温度，p5、V 5、T5分别是 多变膨胀过程终点的缸内压力、体积及温度；re、r e分别是有效压缩比和有效膨胀比；a、b分 别是等容增压比和等压预胀比；n。、ne分别是多变压缩指数和多变膨胀指数。
3. 如权利要求1所述的船舶主机气缸工作过程热力性能计算方法，其特征在于： 所述的气缸各过程产生的热量和所做功为： 多变压缩过程所做攻
，等容燃烧过程所做功W23 =O,等乐燃烧讨趕所倣功Ww = cv · T3 · m4 · ( γ -1) · (b_l)，多变膨胀过程所做功
气缸各过程产生的热量为： 多变压缩过程产生的热量
等容燃烧过程产生的热 量Q23 = Cv · T2 · m3 · (a-Ι),等压燃烧过程产生的热量Q34 = Cv · T3 · m4 · γ · (b-Ι),多变 膨胀过程产生的热I
其中，1\、T2、T3、T4分别为多变压缩过程始点、多变压缩过程终点、等容燃烧过程终点、 等压燃烧过程终点的缸内温度，Hi1是多变压缩过程缸内气体质量，m3、m4、m 5分别是等容燃烧 过程、等压燃烧过程、多变膨胀过程的缸内混合气质量，r。是有效压缩比，η。是多变压缩指 数，C v是空气的定容比热容，Y是空气的比热容比；a是等容增压比，b是等压预胀比。
【文档编号】G06F19/00GK104376215SQ201410663563
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】宋福元, 李基凤, 孙宝芝, 李彦军, 张国磊, 李晓明, 杨龙滨, 韩怀志, 张鹏 申请人:哈尔滨工程大学