第五章 增压器计算

涡轮增压技术103这篇文章涉及较多的涡轮技术，包括描述压缩机的部分特性曲线图、计算发动机的增压比和空气质量流量，怎样在特性曲线图上绘制点来帮助你选择合适的涡轮增压器。

把你的计算器放在手边吧。

一压缩机部分特性曲线图[1]压缩机特性曲线图是详细描述压缩机压缩效率、空气质量流量范围、增压性能和涡轮转速等性能特性的一种图表。

下面展示的是一幅典型的压气机特性曲线图：[2]增压比增压比（）被定义为出口处绝对压力除以进口处绝对压力注：=增压比、P2c=压气机出口绝对压力、P1c=压气机入口绝对压力[3]在压气机入口和出口处使用绝对压力为计量单位非常有必要，一定要记住绝对压力的基础是14.7磅/平方英寸（在这个单位下“a”代表绝对压力）这被称为标准大气压力和标准情况。

[4]表压即计示压力（在计量单位为磅/平方英寸下“g”代表表压力）测量的是超过大气压力的大小，所以表压力在大气压力下应该显示为“0”。

增压表测量的岐管压力是相对于大气压力的，这就是表压力。

这对于决定压缩机出口处的压力是非常重要的。

比如说增压表上读出的12磅/平方英寸意味着进气歧管的压力高于标准大气压力12磅/平方英寸。

即：歧管压力26.7磅/平方英寸=12磅/平方英寸（表压力）+14.7磅/平方英寸（标准大气压力）[5]这个条件下的增压比就能计算了：（26.7磅/平方英寸[绝对压力]）/14.7磅/平方英寸（标准大气压力）=1.82[6]然而这是在假定压气机入口处没有空气滤清器影响的情况下[7]在决定增压比的时候，压气机入口处的绝对压力时常比环境压力小，特别是在高负荷时。

为什么会这样呢？因为任何对空气的阻碍（这其中就包括空滤器管道的限制）都会对进气造成压力损耗，在决定增压比时，压气机上游的损耗都需要被计算。

这种压力损耗在某些进气系统上可能达到或超过1磅/平方英寸的表显压力。

在这种情况下压气机入口处压力应该如下取值：压气机入口绝对压力=14.7psia – 1psig = 13.7psia[8]带入最新的入口处压力进行增压比计算应该是下面这样(12 psig + 14.7 psia) / 13.7 psia = 1.95.[9]以上计算方法很好，但是如果你不是在标准大气压下呢？在这种情况下，在计算工式中简单地用真实的大气压力替代标准大气压力14.7psi能够使计算更精确。

废气涡轮增压器的效率计算增压器的效率是衡量增压器运转的重要参数之一，下面的公式为MAN B&W公司给出的增压器效率计算公式。

比热值cp和绝热指数k与温度变化无关。

废气的绝热指数kG和比热值cpG受废气组成影响。

T1 = 压气机进口温度，KT3 = 废气涡轮进口温度，Km L = 空气质量流量，kg/sm G = 废气质量流量（空气和燃油），kg/sc pL = 空气比热，J/kg.Kc pG = 废气比热，J/kg.Kp1 = 空气进口压力，barp2 = 增压压力，barp3 = 透平进口压力，barp4 = 透平出口压力，bar⎢L = 空气绝热指数⎢G = 废气绝热指数TC = 废气涡轮效率p2/p1 = 压气机压比p3/p4 = 废气涡轮压比效率的定义多家主机制造商采用MAN B&W柴油机废气涡轮增压器。

通常来讲，有两种效率计算方法是比较常用的。

1、废气涡轮定义：总效率是增压器的一个最常用的热力学性能参数。

该方程中涉及到压气机前后的Total pressure，透平前total pressure和total温度。

由于废气涡轮dynamic pressure的进一步用途未知，计算中不必考虑涡轮机排气壳的流速；结果是计算中使用static废气涡轮出口压力而不是total pressure。

2、主机定义：定义了主机的涡轮增压效率。

与废气涡轮定义相比，p2等于气缸前空气管的压力与空冷器压力降之和，p3为气缸后废气管内压力。

应注意的是：在计算主机定义的增压器效率时，考虑到增压系统的很多损失，所以在相同的增压器热力状态下，其效率低于废气涡轮定义的增压器效率。

在比较增压器效率时，应指明计算效率的定义方式。

如果定义中的某个压力值或温度值未知，则不能得出增压器的效率。

下表列出了两种效率定义方法计算中的主要不同点。

废气涡轮增压器常见故障的分析废气涡轮增压器常见故障的分析在近代柴油机的增压系统中，废气涡轮增压器是应用最广泛的一种，特别是船舶柴油机，绝大多数都采用这种增压器。

习题提示与答案 第五章 热力学第二定律5-1 蒸汽机中所用新蒸汽的温度为227 ℃，排出乏汽的温度为100 ℃，如按卡诺循环计算，试求其热效率。

提示：新蒸汽与乏汽的温度分别看做卡诺循环的高、低温热源温度。

答案： 254.0t =η。

5-2 海水表面温度为10 ℃，而深处的温度为4 ℃。

若设计一热机利用海水的表面和深处作为高温热源及低温热源并按卡诺循环工作，试求该热机的热效率。

提示：略。

答案： 2021.0t =η。

5-3 一卡诺热机的热效率为40%，若它从高温热源吸热4 000 kJ/h ，而向25 ℃的低温热源放热，试求高温热源的温度及热机的功率。

提示：略。

答案： 4971r =T K ，44.0=P kW 。

5-4 某内燃机每作出1 kW h 的功需消耗汽油514.8 g 。

已知每千克汽油燃烧时可放出41 868 kJ 的热量，试求该内燃机的实际热效率。

提示：热机的吸热量等于燃料的放热量。

答案：167.0t =η。

5-5 有报告宣称某热机自160 ℃的热源吸热，向5 ℃的低温环境放热，而在吸热1 000 kJ/h 时可发出功率0.12 kW 。

试分析该报告的正确性。

提示：热机热效率不可能大于在相同温度范围内工作的卡诺热机的热效率。

答案：报告不正确，不可能实现。

5-6 有A 、B 两个卡诺热机，A 从温度为700 ℃的热源吸热，向温度为t的热源放热。

B则从温度为t 的热源取得A 排出的热量并向温度为100 ℃的热源放热。

试求：当两热机的循环净功相同或两热机的热效率相同时温度t 的数值。

提示：卡诺循环热效率121211T T Q Q tc -=-=η。

答案：两热机循环净功相同时='t 400 ℃，两热机热效率相同时="t 329.4 ℃。

5-7 以氮气作为工质进行一个卡诺循环，其高温热源的温度为1 000 K 、低温热源的温度为300 K ；在定温压缩过程中，氮气的压力由0.1 MPa 升高到0.4 MPa 。

一、增压器概况内燃机是通过将进入燃烧室的燃油和空气混合燃烧，把产生的热量转换成机械能做功。

增压就是通过对进入内燃机的空气进展压缩，提高空气的密度和平均有效压力，从而改善内燃机的经济性、提高功率、满足排放法规要求保护环境。

在高原地区，由于空气密度小、空气中氧的含量低，内燃机吸入氧气的量较平原地区低，功率因此降低；增压后，内燃机的功率可以补偿到与平原地区具有一样水平。

涡轮增压器就是利用内燃机排气能量驱动涡轮带动压气机进展增压。

涡轮增压器安装在发动机排气管上，直接与高达500~700°C的内燃机废气接触，标定工况下转度高达 60000~202300 转/分.带有放气阀的涡轮增压器兼顾凹凸速性能，低速扭矩大、爬坡力量强、加速快速。

放气阀与涡轮增压器的空气出口处相连，由增压压力掌握其开启与闭合。

放气阀翻开后，局部发动机废气不通过涡轮机直接进入排气管，从而掌握增压力、限制气缸内的爆发压力、防止发动机机械负荷超过允许值。

废气涡轮增压的优点1、提高发动机燃油经济性：柴油机尤为突出，现代涡轮增压轿车柴油机已使燃油经济性改善 50％；对提高汽油机效率也格外明显，承受增压技术以后汽油机效率可达 37％。

2、提高额定功率：增压技术是提高发动机功率最有效途径。

3、提凹凸速扭矩：承受带放气阀涡轮增压器和变喷嘴涡轮增压器，可改善中、低速时发动机扭矩，提高发动机动力性能。

4、削减有害气体排放：增压技术可以全面改善发动机性能，削减发动机有害气体排放。

5、削减温室气体排放：CO2 为温室气体，其排放与燃油耗成正比，承受增压技术，发动机效率可以得到提高，从而降低CO2 排放。

6、整车响应性得到改善：通过特别设计进气系统，改善空气动力效率，可以改善其响应性。

7.高原功率恢复：我国广袤大地幅员宽广，但大局部是地处高原，我国有一半以上的汽车在高原行弛。

高海拔地区平均每上升1000m，内燃机功率下降 8％左右，增压发动机可解决高原功率恢复。

增压器工作原理增压器是一种能够提高发动机进气密度和压力的装置，通过增加进气氧气含量，使得发动机可以燃烧更多的燃料，从而提高功率输出。

那么，增压器是如何实现这一功能的呢？接下来我们将详细介绍增压器的工作原理。

首先，增压器可以分为机械增压和涡轮增压两种类型。

机械增压器通过发动机的曲轴驱动，利用齿轮或皮带传动的方式，将增压器的压气机与曲轴相连，从而产生压缩空气。

而涡轮增压器则是利用发动机排气气流的动能，驱动涡轮增压器的压气机，通过压缩进气气流来提高进气密度。

无论是机械增压还是涡轮增压，它们的基本原理都是通过增加进气氧气含量来提高发动机的效率。

其次，增压器的核心部件是压气机，它通过高速旋转产生高压气流，将大量空气压缩成小体积的高压空气，然后将其送入发动机。

在压缩空气进入发动机后，燃料会被喷入气缸内，与高压空气混合并燃烧，从而产生更强大的动力输出。

这种高效的燃烧过程可以使发动机在相同排量和转速下产生更大的功率和扭矩。

此外，增压器还可以通过调节压气机的转速和增压比来实现对进气压力的控制。

当发动机需要更多动力时，增压器可以提高进气压力，从而增加燃烧效率；而在发动机负荷较小时，增压器可以减小进气压力，以降低燃料消耗。

这种智能调节能力使得增压器可以根据发动机工况实时调整，保证发动机在不同工况下都能够获得最佳性能。

总的来说，增压器通过增加发动机进气氧气含量，提高进气密度和压力，从而提高燃烧效率，提升发动机的动力输出。

无论是机械增压还是涡轮增压，它们都是现代发动机技术中不可或缺的一部分，为发动机性能提升和燃油经济性的改善做出了重要贡献。

增压器的工作原理的深入了解，有助于我们更好地理解发动机的工作原理，为发动机性能调校和优化提供重要参考。

某国V柴油机增压器匹配计算王军张超雷蕾（安徽江淮汽车股份有限公司）摘要：本文利用A VL BOOST软件为平台，对某增压柴油机进行了增压器选型设计，针对不同厂家的系列增压器进行纵向及横向对比分析，依据动力性、经济型、高原性能及匹配情况最终择优选择一款增压器。

关键词：柴油机；增压器；性能主要软件：A VL BOOST1绪论随着涡轮增压技术的发展，以及柴油机对动力性、经济性、排放、噪声等性能指标的需求，越来越多的柴油机采用了涡轮增压装置。

为了使这种改善效果达到最佳，除了要求发动机及增压器本身的良好性能外，两者在匹配的情况下能够表现出最佳的综合性能也至关重要。

增压器匹配的要求：1. 设计工作点的增压压力、空气流量、柴油机功率、燃油消耗率能达到预期要求；2. 要尽可能使柴油机运行线穿过压气机特性线的高效区并与喘振边界线大致平行，且保持一定合适的距离，即喘振余量在10%-15%之间；3. 在整个工作范围内，发动机和增压器的热负荷不能超过材料热应力许可范围；由于发动机与增压器是通过内燃机的进排气流动将二者联系的，判断匹配情况的基本方法是把形状完全不同的发动机运行特性曲线与增压器特性曲线放在同一坐标系下，根据两者的相对位置来进行评价分析。

增压系统的联合运行线可以用计算法求得也可用作图法求得。

前者要求有详细的柴油机几何参数和各部件的试验数据作为计算的基础依据，计算烦琐且工作量相当大；后者则必须得到各个部件的试验特性线，在此基础上按一定的程序和步骤做出联合运行线，这种方法虽然比较简单和直观，但由于试验中的不确定影响因素较多，有可能使预测结果产生很大偏差。

除上述方法外，BOOST软件可以很便捷的进行发动机与增压器的匹配工作，本文所讨论的情况正是基于BOOST对几种不同的增压器匹配同一台柴油机，通过详细的计算分析以确定最优匹配。

2计算模型2.1研究对象本次研究是基于一台4缸直喷式增压中冷柴油机，其基本技术参数见表1。

第一章增压压力：压气机的出口压力称为增压压力。

与压气机机构、尺寸、转速及效率有关。

<0.17MPa低增压；0.17-0.25MPa中增压；0.25-0.35MPa高增压；再大超高增压增压比：压气机出口压力与进口压力之比称为增压比。

增压度：内燃机增压后的标定功率与增压前的标定功率之差值与增压前的标定功率的比值称为增压度。

增压中冷：在增压柴油机中，为降低进入气缸的空气温度，增加空气密度，减少排放，使增压后的空气先在中间冷却器中冷却后，再进入气缸，这就是增压中冷。

增压方式：排气涡轮增压：是指利用排气能量使排气在涡轮中进一步膨胀做功，用于驱动压气机的增压方式。

（1）定压增压：是指各缸排气汇入一根较粗的排气管，再进入涡轮的增压方式。

（2）脉冲增压：是指各缸排气通过各自较细的排气歧管分别进入涡轮增压的增压方式。

两种增压方式的比较：脉冲增压由于利用了脉冲压力波的能量，所以较定压增压有更好的增压效果，适用于低增压场合。

但也正是因为涡轮前压力的波动，影响了涡轮的效率。

随着增压度的提高，排气平均压力能增大，脉冲能量所占份额相对减少，故高增压场合一般不采用脉冲增压。

二级涡轮增压：空气经两台串联的涡轮增压器压缩后进入发动机，此类增压系统称为。

第二章离心式压气机结构：由进气道、叶轮、扩压器和压气机蜗壳等部件组成。

P35图功用：进气道：将外界空气导向压气机叶轮。

为降低流动损失其通道为减缩形。

压气机叶轮：是压气机中唯一对空气做功的部件，它将涡轮提供的机械能转变为空气的压力能和动能。

扩压器：将压气机叶轮出口高速空气的动能转变为压力能。

压气机蜗壳：收集从扩压器出来的空气，将其引导到发动机的进气管。

离心式压气机的工作原理：气体状态变化图P40进气道：入口处由于进气道是减缩形的通道，少部分压力能转化为动能。

因此，在进气道空气的压力略有降低，速度略有升高，由于压力降低，温度随之降低。

在压气机叶轮中叶轮对空气作了功，使空气的压力、温度、速度都升高。

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增压器工作原理
增压器是一种常见的机械设备，用于将流体（通常是气体）的压力增加到所需的水平。

增压器的工作原理是通过利用流体的动能转化为压力能，从而达到增加压力的目的。

在增压器内部，流体通过一个高速旋转的叶轮。

当流体通过叶轮时，叶轮会将流体加速。

这会导致流体的动能增加，同时压力也会随之增加。

叶轮的旋转是由一个驱动装置提供动力的。

驱动装置通常是一个电动机或是一个燃气发动机。

当驱动装置启动时，叶轮开始旋转，流体就会被带动进入增压器。

在增压器内部，还有一个密封壳体，用于将流体引导到叶轮中，并防止泄漏。

密封壳体通常是由金属或是其他高强度材料制成，以确保内部流体的安全运行。

在流体通过叶轮时，其速度会增加。

叶轮上的叶片被设计成具有弯曲的形状，以便将流体加速。

当流体通过叶轮的出口时，它会被引导到输出管道中。

输出管道中的流体经过叶轮的作用已经具有了较高的压力。

这时，流体可以用于各种工业、农业或是航空航天领域的应用。

总体来说，增压器的工作原理是通过利用旋转叶轮来加速流体，从而提高流体的压力。

这种加速可以将流体的动能转化为压力
能，进而实现对流体压力的增加。

增压器在许多领域都有广泛的应用，如汽车发动机、航空发动机和空气压缩机等。