计算发动机进气和排气流量
发动机进气流量计算-山东同创-中冷器组
a)自然吸气式，四冲程发动机进气量：CFM= CID ×RPM ÷1728 ÷2 ×0.85其中：CFM=发动机进气量（英制单位：立方英寸每分钟）CID=发动机排气量（英制单位：立方英寸）RPM=发动机每分钟最大转速1728=立方英寸至立方英尺的换算因素2=四冲程发动机每两转吸气一次。
二冲程则不必乘以20.85=发动机的容积效率举例：5.73公升排气量，四冲程，化油器式发动机，最大转速2000RPM.首先将公升换算成CID=5.73×61.02=350 CFM=350 ×2000÷1728 ÷2 ×0.85=172.2CFM，b）电喷式发动机进气量：由于进气歧管设计的改变进，电喷式发动机的容积效率可增加至100%。
故CFM= CID ×RPM ÷1728 ÷2 ×100%C）涡轮增压式发动机进气量CFM= CID ×RPM ÷1728 ÷2 ×（1+增压比）说明：一般自然吸干式的空气压力接近大气压力。
配置涡轮增压器后，此进气压力增加至某一数值，进而增加发动机的进气量。
增压比=（增压值，表压）÷大气压力【注意：此处压力值必须为同一单位，不论为Bar，kpa或英制的psi】。
首先换算成CID=13.4L ×61.02=817增压比=0.4Bar/1.0Bar=0.4CFM= 817 ×2000 ÷1728 ÷2 ×0.85×（1+0.4）=567 CFMCFM是一种流量单位cubic feet per min ute 立方英尺每分钟1CFM=28.316846592 L/MIN=0.028CMMCMM是常用中制流量单位，立方米每分钟1cfm≈1.7m3/h地面上标准大气压约等于760毫米高水银柱产生的压强。
发动机热平衡试验方法
小循环管 散热器 加水管
３．３ 试验方法 按 ＧＢ／Ｔ １８２９７－２００１ 《汽车发动机性能试验方法》进
行总功率试验。除了正常测量记录的数据外，必须测量表 ２ 中列出的需要实测的值。
在每个试验工况，必须在发动机达到热平衡以后才能测 量数据。发动机进、出水温度差值 Ｔ 出水－Ｔ 进水的波动不超过 ０．１℃／ｍｉｎ 时，认为发动机达到了热平衡。
Ｑ排气
图 １ 燃烧产生的总热量 Ｑ 总的去向分布图
２．３ 热平衡方程中各项的含义
表 １ 名称、符号、单位及计算公式
序号
参数
符号
１ 燃油燃烧产生的热量
Ｑ 总
２ 转化为有效功的热量
Ｑｅ
３ 排气排出的热量
Ｑ 排气
４ 冷却液带走的热量
Ｑ 冷却液
５ 进气中冷带走的热量
Ｑ 中冷
３ 热平衡试验方法
Ｇ 燃油
ｋｇ／ｓ Ｇ 燃油＝Ｇｆ／３６００
Ｈｕ ｋＪ／ｋｇ 参考值：４２７８０
Ｇ 排气
ｋｇ／ｓ Ｇ 排气＝Ｇ 进气＋Ｇ 燃油
Ｔ 涡轮出口
℃
Ｔ 环
℃
Ｃｐ 排气 ｋＪ／（ｋｇ·℃） 参考值：１．０９９２４
Ｇ 冷却液 Ｌ／ｍｉｎ
Ｔ 出水
℃
Ｔ 中冷前℃ Fra bibliotekＱ 总 Ｑｅ Ｑ 排气 Ｑ 冷却液 Ｑ 中冷 Ｑ 残余
ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ
１２ 发动机输出总功率
Ｐｅ
１３ 燃油消耗量
Ｇｆ
单位
计算公式
说明与备注
ｋＪ／ｓ Ｑ 总＝Ｇ 燃油×Ｈｕ
发动机功率的测试原理
发动机功率的测试原理发动机功率测试是评估发动机性能的重要手段，通常通过测量发动机的输出功率来确定其输出能力。
发动机功率测试的原理涉及到数学和物理知识，涵盖了动力学、热力学和机械学等学科。
下面将从测试方法、测量原理、测功机理论以及测试误差等方面进行详细解析。
一、测试方法发动机功率测试的方法主要有三种：油耗法、扭矩法和流量法。
其中，流量法是最常用的方法，通过测量发动机排气量或进气量的流量，结合测量进出口气体参数的方法来计算发动机功率。
流量法分为直接测流法和间接测流法两种。
直接测流法是通过在进气道或排气道上安装流量计来直接测量流量，然后与气体参数配合计算功率。
间接测流法则是通过测量进气道和排气道的气体参数，通过公式推算气流量，再计算功率。
二、测量原理发动机功率的测量原理基于能量守恒定律和动能定理。
在进气和排气过程中，气体受到压力和温度的影响，通过相关物理量的测量可以得到发动机的功率输出。
在热力学方面，根据理想气体状态方程和热力学循环原理，可以计算出发动机的压缩比和燃烧温度，从而得到理论功率。
然而，由于发动机燃烧过程的不完全，摩擦损耗等因素，实际功率往往小于理论功率。
在动力学方面，通过测量发动机进气道和排气道的压力、温度和流量等参数，结合相关的公式，可以得到发动机的功率输出。
进气道的流量和压力可以通过质量流量计和压力传感器测量，排气道的流量可以通过动量传感器或者有流体动量相关公式测算得到。
三、测功机理论测功机是测量发动机功率的专用设备，其工作原理是将发动机的输出能力向负载转化成载荷工作，再将所转化的工作通过测量和计算方法得到发动机的功率输出。
主要的测功机有液压测功机和电力测功机两种。
液压测功机通过转速传感器、转矩传感器以及压力传感器来测量发动机的相关参数，然后计算功率输出。
电力测功机则是通过电动机和负载之间的电力转化来测量发动机功率。
四、测试误差发动机功率测试中会存在一定的误差，主要来源于测量设备的精度和仪器的校准程度。
碳平衡法排放计算步骤
1.发动机试验状况：实验室大气系数f a试验时应在参数0.96<f a<1.06之间进行。
（1）对于压燃式带进气中冷的涡轮增压式发动机，f a应按下式进行计算：f a=(99p s)0.7×(T a298)1.5T a——发动机进气绝对温度，K；p s——发动机进气干气压，kPa；p s＝pℎ−e hp a——发动机进气湿气压，kPa；e a——发动机进气蒸气压，kPa，进气蒸气压的计算见下面绝对湿度Ha的计算过程中。
0.93≪f a≪1.07例，当测得进气湿压力p in=100.6kPa，t in＝31.4℃，相对湿度RH in＝54%时，可计算f a数值得，f a=(99100.6−2.48161)0.7×(273.15+31.4298)1.5＝1.022.湿基排气质量流量q mew的确定：所有与体积有关的量纲均按标准状况（0℃，101.325kPa）确定，CO2，O2，H2O，N2组分所用浓度单位为体积百分数，其他用ppm。
（1）直接测量法本法需要对排气流量直接进行测量。
排气流量可用诸如下列设备直接测量：——压差计，如流量喷嘴（见ISO 5167）；——超声波流量计；——涡街流量计。
排气流量的测量允许偏差为读数的±2.5%或发动机最大排气流量的±1.5%，以较大值为准。
（2） 空气和燃料测量法本法需要对空气流量和燃料流量进行测量。
排气流量计算公式如下：q mew =q maw +q mfq mew ——湿基排气质量流量，kg/h ； q maw ——湿基进气空气质量流量，kg/h ； q mf ——燃料质量流量，kg/h ；空气消耗量的允许偏差为读数的±2%或发动机最大排气流量的±1%，以较大值为准。
燃料流量的允许偏差为发动机最大燃料消耗量的±2%。
（3） 碳平衡：迭代计算法干排气质量流量q med 的计算需要有干排气密度ρed 和干湿基修正系数k wr 值，其本身与q mad 值有关，从而就与q med 的计算结果有关。
碳平衡法排放计算流程
1.发动机试验状况：实验室大气系数f a试验时应在参数0.96<f a<1.06之间进行。
（1）对于压燃式带进气中冷的涡轮增压式发动机，f a应按下式进行计算：f a=(99p s)0.7×(T a298)1.5T a——发动机进气绝对温度，K；p s——发动机进气干气压，kPa；p s＝pℎ−e hp a——发动机进气湿气压，kPa；e a——发动机进气蒸气压，kPa，进气蒸气压的计算见下面绝对湿度Ha的计算过程中。
0.93≪f a≪1.07例，当测得进气湿压力p in=100.6kPa，t in＝31.4℃，相对湿度RH in＝54%时，可计算f a数值得，f a=(99100.6−2.48161)0.7×(273.15+31.4298)1.5＝1.022.湿基排气质量流量q mew的确定：所有与体积有关的量纲均按标准状况（0℃，101.325kPa）确定，CO2，O2，H2O，N2组分所用浓度单位为体积百分数，其他用ppm。
（1）直接测量法本法需要对排气流量直接进行测量。
排气流量可用诸如下列设备直接测量：——压差计，如流量喷嘴（见ISO 5167）；——超声波流量计；——涡街流量计。
排气流量的测量允许偏差为读数的±2.5%或发动机最大排气流量的±1.5%，以较大值为准。
（2）空气和燃料测量法本法需要对空气流量和燃料流量进行测量。
排气流量计算公式如下：q mew=q maw+q mfq mew——湿基排气质量流量，kg/h；q maw——湿基进气空气质量流量，kg/h；q mf——燃料质量流量，kg/h；空气消耗量的允许偏差为读数的±2%或发动机最大排气流量的±1%，以较大值为准。
燃料流量的允许偏差为发动机最大燃料消耗量的±2%。
（3）碳平衡：迭代计算法干排气质量流量q med的计算需要有干排气密度ρed和干湿基修正系数k wr值，其本身与q mad值有关，从而就与q med的计算结果有关。
参考资料 - 发动机进排气系统及其设计
以涡扇发动机排气系统为例：
⚫ 内外涵两股排气：低温的外涵空气流和高温的内涵燃气流。
⚫ 排气方式： 混合排气：常用在低涵道比发动机上，长外涵，两股气流
由内部混合器充分混合后排出。有利于降低噪音。 分开排气：用于高涵道比发动机上，短外涵，两股气流排
出后于大气中混合。 见下图：
发动机排气系统分类：
发动机排气系统
乘波飞行理论：对于一个尖楔体，以高速飞机上常见 的尖劈翼型为例，当它超音速飞行时，必然在机翼下方产 生一道从前缘开始的斜激波，气流在经过斜激波后会形成 一个压力均匀的高压区，且此翼下高压区不受翼上低压区 的影响（而常规机翼由于绕翼型环流的存在翼上下搞低压 区相沟通），因此将会产生很高的升力，整个飞行器好像 乘在激波上，乘波飞行由此得名。
由于“启动”问题的限制，即使进气道前的脱体激波 移动至喉部下游稳定位置，阻碍了其实际的运用。
◆ 外压式进气道
由外罩和中心体组成，如下图2-2所示，利用中心体 产生的一道或多道斜激波再加上唇口处一道正激波使超音 速气流变为亚音速气流而减速增压。
结构简单，工作稳定性好，飞行马赫数在2.5以下的飞 机多采用此类型进气道。
➢ 将涡轮排出的燃气以一定的速度和要求的方向排入大气， 产生推力。
➢ 对涡喷发动机，涡轮后排气流产生全部推力；对涡扇发动 机，风扇排气产生主要推力，涡轮排气产生部分推力；对 涡桨发动机，排气流产生的推力更少，主要是靠螺旋桨产 生拉力。
➢ 从涡轮出来的排气流，因有高速旋流，为了降低摩檫损失， 通常将排气锥和外壁之间的通道设计为扩散的，气流流速 降低、压力升高。涡轮后部支板对气流进入喷管之前整流， 避免旋涡损失。
◼ 内部流动损失
➢ 粘性摩擦损失
由于进气道内壁面与气流之间的摩擦力所引起的，因 此内壁面应做得尽可能的光滑, 以减小摩擦损失。
发动机计算解析
2
1
1
p II pI
pII pI
(2.5.3)
下标 I—节流位置前；II—节流位置后m A AAA 2pI I
进气： pI p2 , pII p 排气： pI p, pII p3
m E E AE 2 pI I m A A AA 2 pI I
加入为正，取出为负
二、气阀几何流动截面积A
m
/ o CA
直喷式中速柴油机 0.5~2.0 50~120
一般确定 dQB 有下列 3 种方法：
d
1．分析示功图
利用现有的实测示功图进行数值分析，求出 dQB ，
d
作为已知数据，接近燃烧过程 缺点：要求有母机型，往往缺少试验数据
2．建立燃烧模型
从实际燃烧的物理化学过程出发，考虑 （1）燃油喷雾模型（贯穿、破碎、蒸发、卷吸） （2）化学反应机理 （3）湍流模型 缺点：计算费用较高
本节主要介绍常用的韦伯燃烧曲线
一、韦伯代用放热规律
韦伯函数是在均匀混合情况下从反应动力力学推出的半经验公式
其一般形式为：
X 1 exp( aY m1 ) (2.6.3)
dX a(m 1)Y m exp(aY m1) dY
(2.6.4)
式中：Y —无因次时间函数 Y VB VB
VE VB
一、流量方程
理论流量 m th 按一维等熵流的流量公式计算，而实际流量 m 等于
理论流量乘以流量系数
m m th A 2 pI I (2.5.2) 式中：A—垂直于来流方向的几何流动截面； —流量系数；
A —有效流通截面； —流动函数
对于内燃机进气门处的流动均为亚音速流动（第 36 页公式 2.5.3）
由图 2.5.2、图 2.5.3 可以看出
气体压力与流量的计算公式
气体压力与流量的计算公式在我们的日常生活和各种科学技术领域中，气体压力与流量的计算可是相当重要的呢！咱们先来说说气体压力。
气体压力简单来说，就是气体对容器壁或者其他表面施加的力。
就好像一群调皮的小孩子，不停地撞击着房间的墙壁，这撞击产生的力就是压力啦。
那气体压力的计算公式是啥呢？常见的就是理想气体状态方程：PV = nRT 。
这里的 P 就是压力，V 是体积，n 是物质的量，R 是一个常数，T 是温度。
比如说，有一个密封的气罐，里面装着一定量的气体。
我们知道了气罐的体积、里面气体的物质的量以及温度，就能通过这个公式算出气体的压力。
再来讲讲气体流量。
气体流量呢，就是在单位时间内通过某个截面的气体体积。
想象一下，就像水管里的水在一段时间内流过的量一样。
气体流量的计算公式有不少，其中常见的是体积流量公式 Q = V / t ，这里的 Q 表示流量，V 是通过的气体体积，t 是时间。
给您举个例子吧。
我之前在一个工厂里实习，那个工厂生产各种气体产品。
有一次，我们要检测一个管道里氧气的流量。
大家都紧张得不行，因为这关系到整个生产流程的稳定。
我们用专业的仪器测量了一段时间内通过管道的氧气体积，再除以时间，就得出了流量。
这可真是个精细的活儿，稍微有点差错，数据就不准啦。
在实际应用中，气体压力和流量的计算常常是相互关联的。
比如说在通风系统里，要根据房间的大小和需要的通风效果，计算出合适的气体流量和压力，才能保证空气新鲜又舒适。
还有在汽车发动机里，进气和排气的气体压力和流量都得精确计算，不然发动机的性能可就大打折扣了。
总之，气体压力与流量的计算公式虽然看起来有点复杂，但只要我们搞清楚每个字母代表的意思，再结合实际情况，就能轻松应对啦！不管是在工业生产、科学研究还是日常生活中，这些知识都能派上用场，让我们更好地理解和掌控周围的世界。
希望通过我的讲解，您对气体压力与流量的计算公式有了更清晰的认识！。
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计算发动机进气和排气流量
用CFM 表示的进气流量可从发动机制造商处得到。
如果
没有用CFM 表示的技术规格，使用容积效率计算。
CFM
的简单计算是将您的发动机马力乘以2.5。
四冲程发动机空气流量计算
（发动机尺寸（立方英寸排量）×每分钟转数）×容积效率=进气流量（CFM）
3456
二冲程发动机空气流量计算
（发动机尺寸（立方英寸排量）×每分钟转数）×容积效率=进气流量（CFM）
1728
容积效率：发动机的容积效率额定值最好从您的发动机制造商
处得到。
电控发动机，容积效率额定值可能大于2.0。
这些发动机的空气流量应由发动机制造商核实。
四冲程汽油发动机自然吸气式= 0.70-0.80
二冲程和四冲程柴油发动机自然吸气式= 0.90
涡轮增压式* = 1.50-3.00*
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