MATLAB基于缸内压力信号的汽油机燃烧过程分析(2)
我国从1993年成为石油净进口国，至2013年我国超过美国成为世界最大的石油净进口国，2012年我国能源自给率只有43%，国内能源需求愈发受国际环境的影响，另一方面，据2006年中国国家统计局的资料统计，我国的私人汽车数量为2925 万辆。包括轿车数量 1545 万辆，而我国民用车数量已达4985 万辆。如今，汽车耗油已占我国总体汽油消耗量75.5％。日本每车的年均耗油量只有 1.1 吨，而我国却高达2.83吨，由于我国汽车数量多；而油耗却非常高，这就要求发动机提高其燃烧效率，减小燃料消耗率，降低排放量，而这需要燃烧分析的有力支持。研究发动机的燃烧过程对温室气体排放的减少，燃油利用率的提高及动力系统的提升都有现实意义[1]。
燃烧放热规律反映了气缸内部能量转换的程度，是燃料在缸内瞬时放热速率与曲轴转角的对应关系。缸内压力与缸内温度的变化是由燃烧放热速率决定的。因此，燃烧放热率影响了内燃机的热力过程，内燃机的机械性能，经济性能、对环境的影响和其工作可靠性均和燃烧放热速率有关。由此，研究燃烧放热规律，吸引了众多研究者的目光，合适的燃烧规律已是内燃机优化设计的重要依据。
1.2 国内外的研究和发展现状
1.2.1 测试技术现状和发展
1.2.1 示功图的分析和处理技术的研究进展
1.2.1 燃烧放热率分析技术现状
1.3 本文技术路线与主要内容
1.3.1 技术路线
本课题要求学生综合应用大学四年所学习专业知识，在学习发动机热力学基础知识和数学软件Matlab 的程序设计方法的基础上，根据已知的汽油机工作参数及缸内压力数据，推导燃烧放热率的数学计算模型，而后基于 Matlab 编写计算程序，运行程序后计算得到发动机的燃烧放热率，进而利用韦伯函数（燃烧发热率函数）对计算得到的燃烧放热率进行拟合，得到描述发动机燃烧过程的这两个重要参数（燃烧持续时间和燃烧品质指数）。课题的目的在于使学生深入了解内燃机的热力循环和燃烧过程，初步掌握内燃机的数值模拟方法。
1.3.2 主要内容
1、发动机原始数据:缸径76mm;冲程长度76mm;连杆长度115mm;压缩比11;进气道压力 100kPa;排气道压力 150kPa;计算转速 6000 转/min;使用理论空燃比。
2、进行计算模型推导，明确技术路线，建立热力学的数学模型。
3、完成计算程序的流程图;完成的源代码并进行调试，计算得到的燃烧放热率
4、对燃烧放热函数进行燃烧发热率拟合得到描述发动机燃烧过程的两个重要参数（燃烧持续时间和燃烧品质指数）。
2 基于示工图的燃烧放热率计算模型推导
2.1 建模的基本假设
如果认为在同一时刻系统内部所有点的热力学状态和化学组成都一致，则这个模型被称为零文模型，下面是它对燃烧过程的基本假设[12]。
（1）混合气体的在气缸的进气、排气口处进出的动能忽略不计。 零文系统内压力值、温度值、浓度值等的数值在系统内所有点都一致，只和时间（或曲轴转角）变化有关。
（2）工质是理想气体，其气体比热容、内能、焓均由温度及气体瞬时过量空气系数）决定。而且工质状态参数间的关系可由 表示。
（3）缸内混合气体是均匀的，在每一时刻缸内各点的压力值、温度值和气体浓度值都一致。并认为在进气冲程，进入缸内的空气与残余废气瞬时完全混合。
上述所作假设被称为零文假设，可利用常微分方程来模拟在零文系统进行的反应[13]。
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