一种轮机模拟器中的柴油机涡轮增压器压气机体积流量模型制造技术

本发明专利技术公开了一种轮机模拟器中的柴油机涡轮增压器压气机体积流量模型，包括，动能增加模块，其用于通过压气机入口的传感器获取工质进入压气机的流速，根据工质的流速计算工质进入压气机后的机械能，根据工质的定压力比热容、绝热温度计算工质进入压气机前的进口焓值，根据工质获取的机械能以及工质进口焓值计算工质进入压气机后的总能；动能转内能模块，其用于根据工质进入压气机后的总能计算工质在压气机中的滞止温度和滞止压力；内能转动能模块，其用于计算工质在压气机出口处的流速，根据流速计算工质在单位时间内的质量流量，将工质的质量流量转换为体积流量。本发明专利技术降低了对压气机性能测量数据的依赖、提高了模型精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种轮机模拟器中的柴油机涡轮增压器压气机体积流量模型


[0001]本专利技术涉及轮机模拟器
，尤其涉及一种轮机模拟器中的柴油机涡轮增压器压气机体积流量模型。

技术介绍

[0002]全任务轮机模拟器模拟了船舶的整个轮机系统，是一套主要应用于海船船员培训的装置。除了船员培训外，此模拟系统还可以用于船舶轮机系统的故障诊断、自主操纵、能量流分析等科研和仿真试验验证研究。轮机模拟器由软件和硬件构成，其核心为可模拟整个机舱的软件系统，软件系统的核心为模型系统。模型系统决定着轮机系统各个参数的数据表现和参数耦合度，进而决定了系统仿真的可信度。柴油机模型是轮机模拟器模型系统中的核心动力设备模型，涡轮增压器是柴油机模型的重要组件。涡轮增压器的压气机体积流量的计算是涡轮增压器模型中一个重要参数，决定着流入柴油机燃烧室内的空气量。船用涡轮增压器的压气机体积流量的测量数据主要由生产厂家以图谱形式给出。通过压气机的压比及转速可以从谱图中读取压气机此时的体积流量。这些压气机性能图谱只给出了压气机在正常运行工况下的性能数据，没有给出压气机在喘振区及阻塞区的性能数据。
[0003]为了在轮机模拟器的柴油机模型中使用图谱数据，可以将图谱数据读取后建立一个二维查询表，再使用二维插值法获得表格边界以内任意转速及压比下的流量数据。二维插值法仅在插值节点上具有较好的精度。但是，在插值点外精度明显降低，而且当查询点超出表格边界时将无法得到数据。除此之外，还可以通过压气机体积流量经验模型计算压气机的体积流量。但是所有的经验模型都需要较多的测量数据辨识出经验模型的待定参数。经验模型的输出精度受待定参数的决定。当辨识经验模型参数的优化算法能够收敛时模型输出精度较高。当优化算法陷入局部最优时，经验模型的输出精度降低。当优化算法无法收敛时无辨识参数，经验模型的不能使用。除了插值模型、经验模型外，还有压气机体积流量计算的机理模型，机理模型可分为实时机理模型和非实时机理模型。非实时机理模型由于计算时间太长，无法应用于轮机模拟器的模型系统中。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种轮机模拟器中的柴油机涡轮增压器压气机体积流量模型，以克服上述技术问题。
[0005]一种轮机模拟器中的柴油机涡轮增压器压气机体积流量模型，包括，
[0006]动能增加模块，其用于通过压气机入口的传感器获取工质进入压气机的流速，根据工质的流速计算工质进入压气机后所获的机械能，根据工质的定压力比热容、绝热温度计算工质进入压气机前的进口焓值，根据工质获取的机械能以及工质进口焓值计算工质进入压气机后的总能，
[0007]动能转内能模块，与所述动能增加模块通信，其用于根据工质进入压气机后的总能计算工质在压气机中的滞止温度和滞止压力，
[0008]内能转动能模块，与所述动能转内能模块通信，其用于根据工质在压气机中的滞止温度和滞止压力计算工质在压气机出口处的流速，根据流速计算工质在单位时间内的质量流量，将工质的质量流量转换为体积流量。
[0009]优选地，所述根据工质进入压气机后的总能计算工质在压气机中的滞止温度和滞止压力是根据公式(1)计算工质的滞止温度，根据公式(2)计算工质的滞止压力，
[0010][0011][0012]其中，T
*
为工质的滞止温度，T1为工质的绝热温度，U
s
为工质进入压气机的流速，C
p
为工质的定压比热容，p
*
为工质的滞止压力，p1为工质的绝对压力，k为工质的比热比。
[0013]优选地，所述根据工质在压气机中的滞止温度和滞止压力计算工质在压气机出口处的流速包括根据公式(3)计算工质非临界状态的流速U2，
[0014][0015]当p2与p
*
的关系满足条件(4)时，工质的流速达到临界状态，
[0016][0017]根据公式(5)计算临界状态的流速U2，
[0018][0019]其中，c
p
为工质的定压比热容，T
*
为工质的滞止温度，p2为压气机出口处工质的绝对压力，p
*
为工质的滞止压力，k为工质的比热比，U2为工质的流速。
[0020]优选地，所述根据流速计算工质在单位时间内的质量流量包括根据公式(6)计算工质在非临界状态单位时间内的质量流量，
[0021][0022]根据公式(7)计算工质在单位时间内临界状态的质量流量，
[0023][0024]其中，dm是工质的质量流量，dt为单位时间，dm/dt为工质单位时间的质量流量，μ为流量系数，A为等效流通面积，p
*
为工质的滞止压力，T
*
为工质的滞止温度，R为工质对应的气体常数，p2为压气机出口处工质的绝对压力，k为工质的比热比。
[0025]优选地，所述将工质的质量流量转换为体积流量是根据公式(8)进行转换，
[0026][0027]其中，dV为体积流量，dm为质量流量，R为工质对应的气体常数，T为标准温度，p为标准压力。
[0028]优选地，所述工质的滞止压力还可以根据公式(9)进行估计，
[0029]p
*
＝p
s
+Δp(9)
[0030]其中，p
s
为轮机模拟器的扫气总管压力值，Δp为工质的滞止压力与扫气总管压力的差值。
[0031]本专利技术提供一种轮机模拟器中的柴油机涡轮增压器压气机体积流量模型，所述压气机体积流量模型简单易用且可用于轮机模拟器，根据压气机体积流量模型可直接计算压气机的体积流量，提高了测量精度，相比于现有的压气机经验模型，可计算压气机在临界状态和非临界状态的体积流量，降低了对压气机图谱数据的依赖和对测量数据的依赖。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1是本专利技术模型结构图；
[0034]图2是本专利技术模型构建过程图；
[0035]图3为本专利技术的实验结果；
[0036]图4为KS模型的实验结果；
[0037]图5为MJ模型的实验结果；
[0038]图6为三个模型实验结果的相对误差。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]图1为本专利技术模型结构图，如图1所示，本实施例可以包括：一种轮机模拟器中的柴油机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮机模拟器中的柴油机涡轮增压器压气机体积流量模型，其特征在于，包括，动能增加模块，其用于通过压气机入口的传感器获取工质进入压气机的流速，根据工质的流速计算工质进入压气机后所获的机械能，根据工质的定压力比热容、绝热温度计算工质进入压气机前的进口焓值，根据工质获取的机械能以及工质进口焓值计算工质进入压气机后的总能，动能转内能模块，与所述动能增加模块通信，其用于根据工质进入压气机后的总能计算工质在压气机中的滞止温度和滞止压力，内能转动能模块，与所述动能转内能模块通信，其用于根据工质在压气机中的滞止温度和滞止压力计算工质在压气机出口处的流速，根据流速计算工质在单位时间内的质量流量，将工质的质量流量转换为体积流量。2.根据权利要求1所述的一种轮机模拟器中的柴油机涡轮增压器压气机体积流量模型，其特征在于，所述根据工质进入压气机后的总能计算工质在压气机中的滞止温度和滞止压力是根据公式(1)计算工质的滞止温度，根据公式(2)计算工质的滞止压力，根据公式(2)计算工质的滞止压力，其中，T
*
为工质的滞止温度，T1为工质的绝热温度，U
s
为工质进入压气机的流速，C
p
为工质的定压比热容，p
*
为工质的滞止压力，p1为工质的绝对压力，k为工质的比热比。3.根据权利要求2所述的一种轮机模拟器中的柴油机涡轮增压器压气机体积流量模型，其特征在于，所述根据工质在压气机中的滞止温度和滞止压力计算工质在压气机出口处的流速包括根据公式(3)计算工质非临界状态的流速U2，当p2与p
*
的关系满足条件(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐元元，夏雨，张均东，梁文威，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：