当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第四章：换气过程与进气充量 > 4.7 压力波及其传播特性 > Video
同学们好
这节课我们学习
发动机进排气动态效应
对发动机换气过程的影响
此前对发动机换气过程的分析
是基于稳态或准稳态
进排气流动的假设
事实上发动机进排气流动过程
是一个典型的非稳态流动过程
图所示给出了某一
四缸四冲程汽油机
在1200转和4800转的条件下
进气歧管和排气歧管压力
在一个循环内的波动情况
由图我们可以看出
发动机的进排气压力波
随转速增加而波动加剧
并且排气压力波动的幅度
要大于进气压力波动的幅度
发动机进排气管内非稳态流动
总伴有压力波的传播现象
压力波是可压缩弹性介质中
状态扰动的一个传播
所谓状态扰动指的是
介质中压力速度
等状态参数的瞬间变化
换气过程中
某一管端若出现状态参数变化
也就是扰动
比如进排气门开关过程中
气门端会出现速度和压力的变化
dV dp
那么此变化将以一定的速度
向管的另一端传播
所到之处
也产生相同性质的状态变化
此即压力单波的传播
压力单波传到另一管端
由于管端边界条件的限制
又会产生反向传播的压力单波
于是整个流动过程中
管道内任一点任一时刻
都有正反两个方向的
某个压力单波到达
两波扰动的合成
确定了该点该时刻的状态变化
再叠加该点的原始状态
就决定了该点该时刻的状态
这就出现了状态
随时间地点而变化的
不定常流的典型特征
可以想像进排气过程的
这种非稳态流动
使得进排气门处的
压力和流速不断变化
从而对充量系数、排气流率
以及各缸进排气的不均匀性
都有不同程度的影响
这就是进排气系统的动态效应
一般进排气流动过程
可以简化为一非稳态流来处理
压力波传播速度
就是音速，是指小扰动
dp或dV在静止的
可压缩介质中的传播速度
在图所示的等截面管内
介质处于静止状态，压力为p
当管左端出现速度微小扰动dV
相应有压力扰动dp时
此小扰动以音速a向右传播
这就是欧拉描述
并于某时刻到达管中1-1截面
此时截面左端速度为dV
压力及密度分别
变为p+dp和ρ+dρ
而右端未受干扰而保持原态
如图a所示
此时让观察者与音速a
随波峰面一起运动
这就是拉格朗日描述
我们将看到锋面1-1固定不动
或我们称之为驻波面
而管内出现反向的连续稳态流
截面两边的状态参数
如图b所示
按拉格朗日描述也就是图b所示
我们取1-1截面左右虚线
所包围的微圆段dx为控制体
建立控制体dx的
质量连续守恒方程
和动量守恒方程
因所取微元段极薄
可忽略微元段内的质量
及管壁侧面受力
传热的影响，最后我们
可以推导得到音速a的计算式
如式4-11所示
由上述音速公式可知
理想气体的音速
既是一个物性参数
也是一个热力状态参数
在标准大气条件下
常用气体的音速值列于表中
在标准状态下
空气的音速大约在330米每秒
且随大气温度上升而增大
有了音速的定义和解析式
我们再回过头来讨论
压力单波的传播特性
管中某一点向左右两个方向
以波速c传播的扰动叫压力单波
沿管道正方向的传播的
压力单波叫右行波
向反方向传播的叫左行波
一般规定图面上
向右方向为正向，左方向为负
右行单波以dpR dVR
分别表示其压力与速度的扰动
它们满足动量守恒基本关系
就是dpR等于a×ρ×dVR
左行单波以dpL dVL分别表示
压力与速度的扰动
我们也有类似的动量守恒关系式
dpL等于负a×ρ×dVL
式中右端加负号
是因为压力波传播方向
与速度正方向相反之故
压力单波传到之处
其效果是使该处压力上升
这种压力单波叫密波，又叫压缩波
反之使该处压力下降的压力单波
叫疏波，又叫膨胀波
压缩波是压力和速度都上升的波
膨胀波是压力和速度都下降的波
根据单波传播的方向和本质属性
我们可以将压力单波
分为以下四种类型
(1) 右行压缩波
(2) 右行膨胀波
(3) 左行压缩波
(4) 左行膨胀波
压力单波到达边界后
要满足边界条件
必然出现反射波
以封闭端为例进行说明
如果有dpR dVR的右行波
到达右封闭端
为保证边界处的速度V等于0
必然出现左行反射波加以调节
就有dV等于dVR+dVL等于0
我们可以得到dVL等于负的dVR
代入动量守恒基本关系式后
得到dpL等于dpR
这说明封闭端出现了全正反射
也就是反射波dpL dVL的性质
及幅值均与来波完全相同
管端完全开口叫开口端
由开口端亚音速
流出的边界条件为p等于pz
也就是在开口端压力没有变化
这里的pz是管外的背压
同理dpR dVR的右行单波
到达右开口端时
为了保证dp等于0
必然有dp等于dpR+dpL等于0
我们可以得到dpL等于负的dpR
代入动量守恒关系式后
我们可以得到dVL等于dVR
这表明开口端出现了全负反射
也就是反射波的性质
与来波相反而幅值相同
管端封闭与全开口
是两个极端边界条件
由封闭到全开口
是孔口不断加大的过程
在此过程中反射波
将由封闭端的全正反射
变为部分正反射
也就是反射波性质与来波相同
但是幅值会减少
再到无反射再变为部分负反射
也就是反射波性质
与来波相反但幅值减少
最后变为开口端的全负反射
关于发动机
进排气动态效应的概念
以及单波的传播特性
就介绍到这里
同学们再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
