基于GT-POWER六沖程柴油機初始參數的仿真計算

0 引言

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

六沖程的熱效率計算，初始參數為做功沖程結束后的缸內壓力和溫度。最理想的解決方式為通過仿真軟件，完善相關參數，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束時的參數計算仿真過程。

1 仿真軟件軟件介紹

GT-POWER是一款專門針對模擬發動機工作過程的軟件，因為其系統參數調整方便、模塊劃分清晰、搭建簡單、運行速度快等優點，被很多車企與科研院所應用。GTPOWER是GT-suite軟件中的一個模塊，GT-suite集合了內燃機的所有系統，其中包括發動機進排氣系統、燃油供給系統、曲軸連桿機構等。在GT-suite軟件中包含很多已經搭建好的發動機的工作平臺，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、二沖程發動機、V型發動機等。使用者可以直接在選擇好的系統中進行參數的調整與優化。利用該軟件對發動機噪聲、排放、工作過程的模擬計算，可對發動機開發設計與優化。

2 GT-POWER仿真計算流程

學習使用GT-POWER軟件主要包括三大部分，模型建立、運行計算、數據后處理。三者相互聯系，可以通過計算結果來調整發動機模型參數，反饋結果，多次調整，達到最優。

3 仿真模型的建立

3.1 發動機模型建立參數設置

本文需要采集的數據為缸內做功沖程結束時的壓力和溫度，因此本文采用參數少，結構相對簡單的ZH1105W型單缸柴油機發動機模型，本文所建立的單缸柴油機模型主要包括進氣系統、燃油噴射系統等結構參數，模型見圖1。

3.2 進氣系統模型參數設置

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

進氣道所需設置的參數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，所以設置溫度為450K。

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

3.3 噴油器模型參數設置

從事生產、銷售、進口、服務的單位和個人應當嚴格執行強制性標準的各項規定。不符合強制性標準的產品和服務禁止生產、銷售、進口和提供。產品的生產者、銷售者、進口商以及服務的提供者要有強制性標準意識。違反強制性標準的，將依法承擔相應的法律責任。”[1]

3.4 氣缸模型參數設置

排氣系統的結構以及參數設置類型與進氣系統結構基本相似，主要區別在于排氣凸輪的參數設置不一致，排氣閥直徑設定為35.5mm，排氣門間隙設定為0.1mm。發動機的正時角度主要與發動機設定的配氣相位相關，在正常發動機工作時，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，具體排氣系統參數設置見圖5。

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

3.5 曲軸箱模型參數設置

曲軸箱模塊中定義了發動機的類型、轉速、缸數以及氣缸輪廓外形等，在該模塊中轉速設定值為[RPM]，在模型計算時使用[RPM]輸入任意轉速進行計算。其他主要參數如缸徑設置為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。

在軟件當中,噴油器模型已經設定好，只需選擇使用，我們選擇InjDieselSimpleConn類型噴油器，設置每循環噴油量為53.6mg，噴油提前角為上止點之前5℃A。

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

3.6 排氣系統模型參數設置

氣缸模型參數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燃燒模型分為預燃、主燃和末燃三個階段，與實際情況一致，主要設置參數為活塞溫度、缸壁溫度、缸內的初始溫度和壓力，具體的參數設置見圖4。

歷史學習有著一定的時間限制，由于事件發生的時間相對較遠，學生對當時的社會狀況缺少一定的認識，不能對歷史進行充分理解。但是科學技術的發展為教育教學提供了多媒體教學設備，教師可以通過多媒體信息技術為學生提供相關的歷史視頻與音頻資料。例如在學習中國抗戰勝利，中華人民共和國成立的課程內容時，教師可以通過視頻資料的播放，讓學生身臨其境地感受祖國的偉大勝利。

4 模型計算與數據處理

4.1 模型計算

模型構建完畢后，進行數據的計算，選擇Run/Run setup，進行各個輸出參數的設置。各項設置如圖6所示。找到[RPM]，對應輸入發動機的轉速，選擇Run it，再選擇Star Simulation，軟件出現自動計算界面，結束后點finish，計算結束后可以看到相關數據，但是無法直觀的看出溫度以及壓力的變化趨勢，因此需將計算的數據繪制成圖，此軟件中自帶了數據生成圖工具GT-POST。

4.2 數據處理

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，在本文中我們主要計算的參數為壓力與溫度，因此選擇這兩個參數輸出，選擇Pressure和Temperature，點擊Pressure，會出現缸內壓力隨曲軸轉角變化的圖表，具體見圖7，從圖中看出仿真的結果與實際工作情況相符合，最大壓力出現時間為上止點后的3.08℃A，壓力最大值為88bar；點擊Temperature,同樣會出現缸內溫度隨曲軸轉角變化圖表，根據圖8，我們可以得出缸內的最高溫度為1568.59℃，位置位于上止點后38.16℃A。

5 結語

通過仿真模型的建立，使我們學習了GT-POWER仿真軟件的使用，以及發動機個仿真參數的設置。仿真軟件的使用降低了試驗的成本，提高了效率，使數據更加的容易采集與分析，六沖程內燃機的理論研究進程大大得到提高，初始參數的仿真計算給六沖程內燃機熱效率的計算打下了堅實的基礎，同時為四沖程內燃機相關參數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].農業裝備與車輛工程，2011（3）：51-53.

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