第四篇 缸内过程 7
第十章 用充排法及拟稳定模型计算不稳定流动 7
10.1 引言 7
10.2 通用方程式 8
10.2.1 质量流量（？α和？） 9
10.2.2 传热率（？） 10
10.2.3 活塞运动和容积变化（δV？） 11
10.2.4 气体性质 11
10.2.5 滞止焓（hα，h？） 11
10.2.6 缸内状态 11
10.3 分开的充气和排气过程 11
10.3.1 充气过程 12
10.3.1.1 由大容器绝热充气 13
10.3.1.2 由压气机充气 13
10.3.2 排气过程 14
10.4 同时充排气（扫气过程）：近似但精确的解法 15
10.5 同时充排气（扫气过程）：其他近似解法 16
10.5.1 连续扫气 17
10.5.1.1 连续扫气（不混合）——情形（a） 18
10.5.1.2 置换扫气（不混合）——情形（b） 19
10.5.1.3 置换扫气（完全混合）——情形（c） 20
10.5.1.4 在完全混合情况（c）的缸内温度（T？） 21
10.5.2 非连续扫气（依次充气和排气） 22
10.5.3 简评 23
10.6 充气和排气方程式的确切解 24
10.6.1 由气缸通过喷嘴定容等熵放气 24
10.6.1.1 亚音速放气 24
10.6.1.2 壅塞放气情形 26
10.7 综述 27
参考文献 27
第十一章 缸内的流动过程 28
11.1 引言 28
11.1.1 背景及重要性 28
11.1.2 本章的目的和内容 32
11.2 缸内流动的特征 33
11.2.1 平均流和湍流运动的区分 33
11.2.2 其他重要参数的定义 36
11.2.2.1 长度尺度 36
（ⅰ）长度积分尺度ι 37
（ⅱ）泰勒（Taylor）微尺度λ 37
（ⅲ）克莫格罗夫（Kolmogorov）微尺度η 37
11.2.2.2 时间尺度 38
（ⅰ）时间积分尺度ιt 38
（ⅱ）时间微尺度λt 38
（ⅲ）克莫格罗夫时间微尺度η 38
11.2.2.3 能量谱 38
11.2.3 数量级 39
11.3 测量技术 40
11.3.1 引言 40
11.3.2 热线风速仪 40
11.3.3 激光多普勒风速仪 42
11.4 分析技术 43
11.4.1 引言 43
11.4.2 简单模型 44
11.4.2.1 一维压缩或膨胀 44
11.4.2.2 轴对称挤流理论 44
11.4.2.3 简单的旋流理论 46
11.4.3 多维技术 49
11.4.3.1 背景 49
11.4.3.2 守恒方程 49
11.4.3.3 湍流模型方程 51
11.4.3.4 边界条件及辅助方程 52
11.4.3.5 数值解的步骤 53
11.4.3.6 多维方法的现状 55
11.5 进气行程 58
11.5.1 引言 58
11.5.2 进气道流动的本质和作用 58
11.5.2.1 通过进气道的质量流 59
11.5.2.2 进气产生的旋流 62
11.5.2.3 气道出口处的流动特性 62
11.5.3 缸内流动的结构 63
11.5.3.1 轴对称布置 64
（ⅰ）进气旋流的影响 65
（ⅱ）气门座角度和气门最大升程的影响 71
（ⅲ）行程S和余隙间隙G的影响 74
（ⅳ）活塞几何形状的影响 76
（ⅴ）发动机转速的影响 76
11.5.3.2 非轴对称结构 76
（ⅰ）总的特征 76
（ⅱ）偏心的轴对称气道 78
（ⅲ）实际气道 80
（ⅳ）湍流特性 83
（ⅴ）发动机参数的影响 84
11.6 压缩和膨胀过程 86
11.6.1 引言 86
11.6.2 轴对称结构 86
11.6.2.1 盘形燃烧室 86
（ⅰ）旋流和转速的影响 88
（ⅱ）压缩比的影响 92
（ⅲ）气门座角度的影响 92
（ⅳ）气门最高升程的影响 94
11.6.2.2 活塞和缸盖上有凹坑的结构 94
（ⅰ）旋流的影响 99
（ⅱ）盆形坑形状的影响 104
11.6.3 非轴对称燃烧室结构 105
11.6.3.1 引言 105
11.6.3.2 盘形燃烧室 108
11.6.3.3 活塞上盆形坑结构 113
11.6.3.4 其他形状 119
11.7 排气过程 121
11.8 燃料喷射和燃烧的影响 122
11.8.1 燃料喷射 122
11.8.2 燃烧 123
11.9 总结与展望 124
11.9.1 总结 124
11.9.2 展望将来 125
参考文献 126
第十二章 气缸和气道内的传热 132
12.1 引言 132
12.2 传热的主要方式 132
12.3 可用的测试技术 132
12.3.1 对冷却剂总传热量的测量方法分析 132
12.3.2 直接测量沿壁厚的温度梯度 133
12.3.3 由零件内部的等温线确定热流量 133
12.3.4 表面温度测量的用途 135
12.3.5 热流量的辐射分量的测最 137
12.4 缸内的对流传热 137
12.4.1 瞬时对流热流量的测量 137
12.4.2 理论的方法 139
12.4.3 经验的相互关系 140
12.5 缸内的辐射热通量 144
12.5.1 基本理论 144
12.5.2 气相燃烧产物的辐射 145
12.5.3 碳粒云团的辐射 146
12.6 换气过程的传热 148
12.6.1 气缸内 148
12.6.2 进气阀和流入充量间的传热 148
12.6.3 流出充量和排气阀间的传热 149
12.6.4 流出充量和排气道间的传热 149
参考文献 150
第十三章 压燃式发动机中的燃烧和循环计算 153
13.1 引言 153
13.2 热力学 153
13.3 简单单区模型的动力循环计算 156
13.3.1 能量平衡方程 156
13.3.2 单区模型的动力过程计算 157
13.4 多区模型的动力循环计算 158
13.4.1 多区模型的热力学 158
13.4.2 多区模型的动力过程计算 160
13.5 压燃式发动机中的燃烧 160
13.5.1 概述 160
13.5.2 多区燃烧模型 161
参考文献 162
第十四章 火花点火发动机的燃烧和循环计算 164
14.1 前言 164
14.2 动力循环模型的组成 164
14.2.1 火焰传播的机理 164
14.2.2 燃烧的热力学 167
14.2.2.1 热力学平衡 167
14.2.2.2 解平衡方程的数值过程 169
14.2.3 污染物的形成 171
14.2.4 氧化氮的生成和分解 172
14.2.4.1 基本的反应速率动力学 172
14.2.4.2 NO的动力学 174
14.2.4.3 氧化氮的反应速率方程 175
14.2.5 一氧化碳——经验的计算方法 176
14.3 动力循环的计算 176
14.3.1 压缩行程 177
14.3.2 点火和燃烧空间中双区的形成 177
14.3.2.1 迟延时间 177
14.3.2.2 双区计算的开端 178
14.3.3 火焰前锋的传播 181
14.3.4 有两个区的膨胀 181
14.3.5 时间步长 183
14.3.6 燃烧的终结 183
14.3.7 完全是燃烧产物情况下的膨胀 183
14.4 换气时期的计算 184
14.4.1 缸内的热力学 184
14.5 单缸发动机上的试验 186
参考文献 190
第五篇 不稳定有反应流动 193
第十五章 变比热容和有化学反应（包括用有排放控制）的不稳定流动的数值解法 193
15.1 引言 193
15.2 基本方程 194
15.2.1 λ特征线 195
15.2.2 β特征线 195
15.2.3 轨迹线 195
15.3 温度和气体组成变化所致比热容改变的影响 196
15.3.1 轨迹线计算 198
15.3.2 特征线计算 199
15.4 催化反应器——控制排放的装置 202
15.4.1 催化反应器说明 203
15.4.2 理论考虑 204
15.4.3 转变过程的机理 205
15.4.3.1 反应速率 205
15.4.3.2 化学速率常数kchem 206
15.4.3.3 传质速率系数kmt 206
15.4.3.4 扩散系数（扩散率）？ 208
15.4.3.5 由于反应热而沿轨迹线的熵值变化（dA？）？R 209
15.4.3.6 由于反应热而沿波动特征线的黎曼变量变化（dλ）？R 210
15.4.3.7 催化剂表面温度T？ 210
15.4.3.8 管壁摩擦系数ft 211
15.4.4 在火花点火发动机所用催化反应器上的理论与实验对比 211
参考文献 213
第十六章 压强转换器和压强转换发动机 215
16.1 引言 215
16.2 压强转换器（用于发动机增压） 216
16.3 压强转换发动机 217
16.4 压强转换器和压强转换发动机的设计方法 221
16.4.1 状态、极点和位置图 221
16.5 边界条件曲线 224
16.5.1 局部的槽端和状态边界曲线 225
16.5.1.1 转子入口 225
16.5.1.2 转子出口 226
16.5.2 平均槽端和状态边界曲线 227
16.5.2.1 转子入口（对于大而“无叶片”的静子气口） 227
16.5.2.2 转子出口（对于大而“无叶片”的静子气口） 228
16.5.3 槽通道部分打开的影响 228
16.5.3.1 入口端 228
16.5.3.2 出口端 229
16.6 设计特点 230
16.6.1 理想气口定时 230
16.6.2 转子最有利长宽比 231
16.6.3 疲劳应力计算 232
16.6.4 应用凹囊以扩大转速范围 232
16.6.5 能量损失及其恢复 233
16.6.6 抗谐凹囊的计算 233
16.7 整机 234
16.8 应用 234
16.8.1 气波增压器（Comprex） 235
参考文献 237
附录1 一维有摩擦可压缩流动的动量式 237
第六篇 整机模拟模型 240
第十七章 准稳态模型 240
17.1 导言 240
17.2 准稳态模型的定义 241
17.3 模型1 242
17.3.1 柴油机循环 243
17.3.2 压气机与中冷器 247
17.3.3 涡轮 248
17.3.4 发动机、涡轮与压气机的组合 249
17.3.5 涡轮增压柴油机 249
17.3.5.1 例1：涡轮增压柴油机设计点的计算 251
17.3.5.2 例2：涡轮增压柴油机部分负荷计算 253
17.3.6 复合发动机 255
17.3.7 燃气发生器装置 256
17.3.8 发动机、压气机与涡轮复合机的性能 256
17.3.9 对模型1总的评价 257
17.3.10 模型1的改进 257
17.4 模型2 261
17.4.1 压气机与中冷器 263
17.4.2 发动机模型 263
17.4.3 涡轮模型 266
17.4.4 匹配实例 267
17.4.4.1 例3：低海拔发动机性能 267
17.4.4.2 例4：高海拔发动机性能 268
17.5 模型2的计算机程序 268
17.5.1 压气机 268
17.5.2 发动机功率输出 270
17.5.2.1 发动机温升 271
17.5.3 涡轮模型 271
17.5.3.1 质量流量 271
17.5.3.2 涡轮效率 272
17.5.3.3 涡轮功率 272
17.5.4 计算机程序 273
17.5.4.1 数字模拟程序标志符 273
17.5.5 对程序预测的评价 274
17.5.6 修改程序用于其它型号的发动机 275
参考文献 277
附录17.1 模型1的公式推导 277
附录17.2 模型2的说明 284
第十八章 充排法发动机模拟模型 287
18.1 引言 287
18.2 基本考虑 287
18.2.1 用于单缸的通用方程式 287
18.2.1.1 流入和流出过程 287
（ⅰ）进气门或气口 289
（ⅱ）排气门或气口 290
（ⅲ）经气门或气口的气体流动小结 290
18.2.1.2 缸内状态变化 290
（ⅰ）连续扫气 290
（ⅱ）全混合 291
（ⅲ）无混合 294
18.2.2 用容积代表气缸、进排气歧管而对发动机系统建立模型（单缸情况） 296
18.2.2.1 通用情况 299
18.2.2.2 四冲程发动机的换气过程 301
（ⅰ）放气和排气过程（evo至ivo） 301
（ⅱ）气门重叠期（ivo至evc） 303
（ⅲ）进气阶段（evc至ivc） 304
（ⅳ）封闭期间（ivc至evo） 305
18.2.2.3 二冲程发动机的换气过程 305
（ⅰ）放气过程 305
（ⅱ）扫气过程 305
（ⅲ）增压进气阶段 306
18.2.3 使用充排法的多缸系统模拟 306
18.2.3.1 排气歧管方程式的修正 306
18.2.3.2 进气集气器方程式的修正 307
18.2.3.3 包括进气和排气门或气口定时的程序结构变化 309
18.3 用充排法模拟发动机例 309
18.3.1 单缸发动机 309
18.3.2 多缸发动机 311
参考文献 314
第十九章 波动模拟模型 315
19.1 引言 315
19.2 单缸发动机 315
19.2.1 单缸二冲程汽油机模拟 316
19.2.1.1 关闭期 316
19.2.1.2 开启期 316
19.2.1.3 进气、输气及排气管道 317
19.2.1.4 化油器 317
19.2.1.5 曲轴箱 317
19.2.1.6 曲轴箱容积 317
19.2.1.7 进气口及输气口 317
19.2.1.8 包括气口的气缸 317
19.2.1.9 输气口及排气口 319
19.2.1.10 开启期与关闭期之间相互作用 319
19.2.1.11 计算机模型的检验 320
19.2.2 二冲程发动机排气系统设计 322
19.2.3 进气冲压 326
19.2.4 单缸四冲程循环发动机的模拟 329
19.3 多缸发动机模拟 330
19.4 多缸柴油机 331
19.4.1 歧管管系的定义 332
19.4.2 程序使用简例 334
19.4.3 与实验结果对比验证计算机程序 334
19.4.3.1 Dorman发动机试验 337
19.4.3.2 10缸发动机 341
19.4.3.3 中速发动机 341
19.4.4 带脉冲转换器的发动机 342
19.5 多缸火花点火式发动机模型 352
19.5.1 装催化反应器的汽油机 355
19.5.2 有废气再循环的汽油机 359
19.6 柴油机和汽油机的谐振歧管 363
19.7 结论 365
参考文献 366
第二十章 瞬态性能 369
20.1 瞬态性能的测定 370
20.2 柴油机瞬态过程的准稳态模型 372
20.2.1 由模型2发展而来的瞬态性能模拟 372
20.2.1.1 发动机和涡轮增压器的动态方程 373
20.2.1.2 利用准稳态模型预测瞬态性能 378
20.2.2 涡轮增压柴油机准稳态模型在车辆模拟中的应用 381
20.2.3 考虑歧管影响的准稳态模型 382
20.3 柴油机瞬态性能的充排法模型 384
20.3.1 动态特性的充排模型 384
20.3.1.1 系统的说明 384
20.3.1.2 数学模型 384
20.3.1.3 封闭时期的方程——简单燃烧模型 385
20.3.1.4 封闭时期的方程——精确燃烧模型 387
20.3.1.5 开放期计算 387
20.3.1.6 涡轮质量流量 390
20.3.1.7 进气歧管、中冷器和压气机 391
20.3.1.8 发动机动力特性 393
20.3.1.9 涡轮增压器动力特性 393
20.3.1.10 动态方程的解 394
20.3.2 充排法模型的验证 394
20.4 柴油机瞬态性能 397
20.4.1 一般讨论 397
20.4.2 涡轮增压柴油机瞬态性能对各种参数的敏感性 397
20.4.2.1 燃烧效率的影响 397
20.4.2.2 涡轮增压器惯性矩的影响 397
20.4.2.3 发动机惯性矩的影响 397
20.4.2.4 调速器增益的影响 398
20.4.3 改进瞬态性能的消极方法 400
20.4.4 改进瞬态性能的积极方法 402
20.4.5 其它增压方法 403
20.5 涡轮增压柴油机传递函数模型 404
参考文献 406