简单回顾 1.定压增压系统的特点是什么? 2.请解释压气机扫气做功 3.压气机压缩空气的损失有哪些? 4.涡轮中气体做功的能量来源有哪些? 5.发动机的换气政工是如何形成的? 6.定压系统的废气做功能力损失是如何引起的? 7.如何减少废气做功能力的损失? 8.简述脉冲系统特点及其工作原理。 9.脉冲系统和定压系统相比,在废气能量利用和涡轮效率 方面有何异同?
简单回顾 1. 定压增压系统的特点是什么？ 2. 请解释压气机扫气做功。 3. 压气机压缩空气的损失有哪些？ 4. 涡轮中气体做功的能量来源有哪些？ 5. 发动机的换气政工是如何形成的？ 6. 定压系统的废气做功能力损失是如何引起的？ 7. 如何减少废气做功能力的损失？ 8. 简述脉冲系统特点及其工作原理。 9. 脉冲系统和定压系统相比，在废气能量利用和涡轮效率 方面有何异同？
第六章涡轮增压器与发动机的匹配 第一节废气涡轮增压器与发动机匹配的目的与特点 1、目的 充分利用废气能量,在各种工况下高效供给发动机所需的 空气量。 2、特点 增压器与发动机之间只有气动连接和能量的交换,没有机 械连接; 发动机的工况与增压器的工况通过气动联系一一对应 增压器要高效满足发动机的供气量 ·发动机耗气特性:进口密度、容积和转速影响进气量,同 台发动机转速相同情况下,密度起主要作用,密度由压 气机决定;转速对耗气量的影响很大。 发动机耗气量表达式: m=pmn
第六章 涡轮增压器与发动机的匹配 第一节 废气涡轮增压器与发动机匹配的目的与特点 1、目的 充分利用废气能量，在各种工况下高效供给发动机所需的 空气量。 2、特点 • 增压器与发动机之间只有气动连接和能量的交换，没有机 械连接； • 发动机的工况与增压器的工况通过气动联系一一对应 • 增压器要高效满足发动机的供气量 • 发动机耗气特性：进口密度、容积和转速影响进气量，同 一台发动机转速相同情况下，密度起主要作用，密度由压 气机决定；转速对耗气量的影响很大。 发动机耗气量表达式： m Vh v n m 2 =
第六章涡轮增压器与发动机的匹配 压气机特性:压比主要受转速的影响,流量主要 受发动机转速的影响,同时和压比有关,压气机 转速由涡轮决定,而不直接受发动机的影响 涡轮流量特性:涡轮转速取决于输入输出能量的 平衡,输岀能量即压气机消耗的能量(与流量和 压比有关),输入能量即废气能量(与流量和进 口状态有关,而进口状态又和流量有关),流量 确定后,输入能量的大小和涡轮流通截面有关 ·发动机、压气机和涡轮的流量基本上是相等的 发动机对于压气机相当于阀门,转速决定开度
• 压气机特性：压比主要受转速的影响，流量主要 受发动机转速的影响，同时和压比有关，压气机 转速由涡轮决定，而不直接受发动机的影响； • 涡轮流量特性：涡轮转速取决于输入输出能量的 平衡，输出能量即压气机消耗的能量（与流量和 压比有关），输入能量即废气能量（与流量和进 口状态有关，而进口状态又和流量有关），流量 确定后，输入能量的大小和涡轮流通截面有关 • 发动机、压气机和涡轮的流量基本上是相等的， 发动机对于压气机相当于阀门，转速决定开度 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配
第六章涡轮增压器与发动机的匹配 3、匹配的实质 在发动机的某一工况下,发动机必须获得所需的空气流 量 m=PmV,n,, 要求压气机出口达到一定的压力和 流量 适的压气机特性,消耗一定量的功一→涡 轮在这一流量下输出一定量的功率。→◆涡轮功与膨胀 比有关→涡轮流量和膨胀比之间关系一定■要求 涡轮当量喷嘴面积合适 理想的匹配:在任何工况下都满足上述条件==→须经 过认真计算设计和采取技术措施接近理想目标
3、匹配的实质 • 在发动机的某一工况下，发动机必须获得所需的空气流 量 ， 要求压气机出口达到一定的压力和 流量 合适的压气机特性，消耗一定量的功 涡 轮在这一流量下输出一定量的功率 涡轮功与膨胀 比有关 涡轮流量和膨胀比之间关系一定 要求 涡轮当量喷嘴面积合适 • 理想的匹配：在任何工况下都满足上述条件==➔须经 过认真计算设计和采取技术措施接近理想目标。 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配 m Vh v n m 2 =
第六章涡轮增压器与发动机的匹配 第二节匹配设计计算 0、设计点的选择 涡轮机械的只有在设计流量时,气流角度才能与涡轮 机械各部分叶片结构角度相适应。如果流量偏离设计点, 就会出现由于气流的分离所造成的倾角损失。这些损失将 随着倾角偏差的增大而增长,因此,涡轮机械不可能充分 适应柴油机宽流量范围运行的要求。 根据发动机的使用工况确定设计点,兼顾非设计点
第二节 匹配设计计算 0、设计点的选择 涡轮机械的只有在设计流量时，气流角度才能与涡轮 机械各部分叶片结构角度相适应。如果流量偏离设计点， 就会出现由于气流的分离所造成的倾角损失。这些损失将 随着倾角偏差的增大而增长，因此，涡轮机械不可能充分 适应柴油机宽流量范围运行的要求。 根据发动机的使用工况确定设计点，兼顾非设计点。 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配
第六章涡轮增压器与发动机的匹配 第二节匹配设计计算 废气涡轮增压器自由平衡运转的三个基本条件 流量平衡:Mt=MC,或Mt=1.03MC,考虑燃油 涡轮的流量特性 2 k k+1 M.=a4 2P7 k.-1丌 转速平衡:nc=nt,同轴自然满足 功率平衡:NC=Nt MTcnIk-1-=MTc[l-T nradnmB (2) k 化简为:x2=(1+1k(-(1))3 式中: K,=Cpt /c 5=(T/71)m1anB
第二节 匹配设计计算 1、废气涡轮增压器自由平衡运转的三个基本条件 • 流量平衡：Mt=Mc，或 Mt=1.03Mc，考虑燃油 涡轮的流量特性 （1） • 转速平衡：nc=nt， 同轴自然满足 • 功率平衡：Nc=Nt （2） 化简为： 式中： ， 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配 ) ) 1 ) ( 1 (( 1 2 2 1 t t t k k t k t t t t teq t t k k M A RT + − − = Tad M k k T T T p T cad k k c p c c T T M T c M T c ) ] 1 [1 ( 1 [ 1] 1 1 1 − − − = − 3.5 1 1 ) )) 1 (1 (1 ( t t k k c t t c k M M − = + − pt pc k c / c 1 = = (Tt /T1 )tadcad m
第六章涡轮增压器与发动机的匹配 Tt=87水k,T1=293k,"m1amm=0.6时,气 机 可以看到:涡轮膨胀比和压气机压比之间压 的关系,如图所示,互为增函数。 为了得到相应的压比,必须有相应的膨胀 比做保证,而膨胀比由涡轮流量特性来决 涡轮膨胀比 定 流量特性是由涡轮的当量通流面积来决定 的,当量通流面积受0-0截面或喷嘴环截面 的影响 涡轮流量特性
当： Tt=877k，T1=293k， =0.6时， 可以看到：涡轮膨胀比和压气机压比之间 的关系，如图所示，互为增函数。 为了得到相应的压比，必须有相应的膨胀 比做保证，而膨胀比由涡轮流量特性来决 定。 流量特性是由涡轮的当量通流面积来决定 的，当量通流面积受0-0截面或喷嘴环截面 的影响。 涡轮膨胀比 压 气 机 压 比 1 2 3 4 2 3 4 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配 = (Tt /T1 )tadcad m
第六章涡轮增压器与发动机的匹配 2、涡轮当量喷嘴面积的计算 涡轮中的膨胀分为两个阶段:喷嘴环中和叶轮中 设喷嘴环中的最小截面为An,叶轮中的最小截面为AW,当 量喷嘴面积为Ateq 根据质量守恒定律有 Mt= AnpnCn= Awpw W2= Ategpw Cad 根据能量守恒定律有: 涡轮级的焓降等于喷嘴环和叶轮中两部分焓降之和,即: Htad=Hn+HW=Cad*Cad/2 喷嘴环中焓降 Hh=(C2-C,2)/2 叶轮中焓降 2+1
2、涡轮当量喷嘴面积的计算 涡轮中的膨胀分为两个阶段：喷嘴环中和叶轮中 设喷嘴环中的最小截面为An，叶轮中的最小截面为Aw，当 量喷嘴面积为Ateq 根据质量守恒定律有： 根据能量守恒定律有： 涡轮级的焓降等于喷嘴环和叶轮中两部分焓降之和，即： Htad=Hn+Hw=Cad*Cad/2 喷嘴环中焓降 叶轮中焓降 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配 Mt = AnnCn = AwwW2 = AteqwCad ( )/ 2 2 1 2 Hn = C 2 −C ( )/ 2 2 2 2 1 2 1 2 2 Hw = w − w + u − u
第六章涡轮增压器与发动机的匹配 综合上述3式可得: Ateq= K (AnAw) (Aw +an 结论: 当量喷嘴面积与两个面积有关,系数K受很多因素的影响, 般不能通过计算求得,而是要通过实验来确定 目前通过CFD方法也可以计算预测得到K值
综合上述3式可得： • 结论： 当量喷嘴面积与两个面积有关，系数K受很多因素的影响， 一般不能通过计算求得，而是要通过实验来确定。 目前通过CFD方法也可以计算预测得到K值。 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配 2 2 2 ( ) ( ) Aw An AnAw Ateq K n w + =
第六章涡轮增压器与发动机的匹配 3、废气涡轮增压系统匹配参数的计算 发动机设计点耗气量: 8NQ0/3600 压气机压比 f=aopeN/t=MO (四冲程=2,二冲程=1) 解得: Meal,nz 7lpol是多变效率,约为0.76,=1
3、废气涡轮增压系统匹配参数的计算 • 发动机设计点耗气量： • 压气机压比 （四冲程=2，二冲程=1） 解得： pol 是多变效率，约为0.76， a c c − = 1 1 ( ) 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配 M f = ge Ne L0 / 3600 f c h Mc M = V zn / = M V nz c c h = / pol a c c − = 1 1 ( ) −1 =