机车柴油机的高原工作过程数值模拟

经过100多年的发展，柴油机以其热效率最高、适应性好、功率范围宽广，已广泛应用于工业、农业、交通运输业和国防建设事业。但是柴油机在高原地区运行时，其性能指标大幅度下降，难以保证在高原地区的使用要求。目前，完全依靠实验来确定柴油机在不同大气条件下的性能在许多情况下是很难做到的。而利用数值模拟的方法对柴油机工作过程进行模拟，不但计算速度快、调试周期短、研究成本低，而且其准确度也可满足一定的要求。然而国内外公开报道针对高原地区不同海拔高度下柴油机工作过程进行系统而深入的研究工作还不是很多，直接影响了产品的研究、设计和开发。 本文主要分析了国内外机车柴油机工作性能的研究现状，阐述了国内外对机车柴油机的高原工作特性的研究现状和研究水平，探讨了东风4B型机车柴油机在高原地区运行时提高功率和降低燃油消耗率的必要性和可行性。研究内容主要是以东风4B型机车柴油机为原模型，参考其几何结构参数及性能参数建立其整机的一维计算模型，对柴油机在不同大气环境中、不同转速工况下工作过程进行计算模拟；然后比较分析了不同工况下的计算结果，提出了在结构不做大改动的情况下东风4B型机车柴油机在高原运行环境中恢复功率的总体思路，确定了需改进的系统和研究方法。其改进的方法主要从两个方面进行，一是通过改进废气涡轮增压器、二是初步设想利用改变配气正时的方法使得该柴油机在不同海拔下的高原地区正常运行。 研究柴油机的高原工作过程非常困难，受到地理上和自然环境的限制，因此难于获得符合试验要求的物理参数和测试条件，而利用数值模拟方法对柴油机的高原工作过程进行研究分析，一定程度弥补高原现场实验及模拟实验台的不足，可对柴油机的高原车型的优化设计提供一定的参考。