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分类号： 密级：Ｕ Ｄ Ｃ： 编号： 工学硕士学位论文 内燃机工作过程数值模拟计算程序 的可视化研究 硕士研究生： 赵茹嫦 指导教师： 王银燕教授 学位级别： 工学硕士 学科、专业： 轮机工程 所在单位： 动力与能源工程学院 论文提交日期： ２０１ １年１月１ Ｏ日 论文答辩日期： ２０１ １年３月１１日 学位授予单位： 哈尔滨工程大学 Ｉ Ｉｉｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ Ｙ２０５ ４ ２５ １３帅Ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ Ｉｎｄｅｘ：Ｕ．Ｄ．Ｃ： Ａ Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｍ．Ｅｎｇ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓ ｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ Ｗｏｒｋｉｎｇ·－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃａｎｄｉｄａｔｅ： Ｚｈａｏ ＲｕＣｈａｎｇ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ： Ｐｒｏｆ．Ｗａｎｇ Ｙｉｎｙａｎ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｄｅｇｒｅｅ Ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒ： Ｍａｓｔｅｒ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ： Ｍａｒｉｎｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄａｔｅ ｏｆ Ｓｕｂｍｉｓｓｉｏｎ：Ｊａｕ．１ ０，２０ ｌ １ Ｄａｔｅ ｏｆ Ｏｒａｌ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ：Ｍａｒ．１１，２０１１ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ』卫１ 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，的。

    有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体成果。

    对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

     作者（签字）： 衣茹坼 日期： 加‘ｉ年弓月叫日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。

    哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。

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     本论文（留在授予学位后即可 口在授予学位１２个月后 口解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。

     作者（签字）．灸茹炜 日期： 矽Ｉ Ｊ年多月叫日 翩（签字）．砂循 ９刃／年多月≯ｆＦ｛ 哈尔滨Ｔ程大学硕＋学何论文 摘 要 近年来，计算机仿真已成为分析内燃机工作过程的有力工具。

    大量商用软件的出现，给用户带来了很大的方便，但由于没有源代码，也给科学研究造成很多的不便。

    为了对柴油机性能进行研究，开发具有自主知识产权的源程序具有重要的意义。

     本文在ＭＫｌ４的基础上，完善了内燃机工作过程数值计算的源程序。

    程序可对柴油机或汽油机，四冲程或二冲程，增压或非增压内燃机进行工作过程数值计算。

    气缸内的工作过程计算采用零维模型；进、排气管内的气体流动采用一维流动模型，特征线法求解。

     基于Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０软件平台，对程序进行了可视化编程，利用ＶＢ语言编写了计算程序的人机交互界面。

    论文中利用Ｆｏｒｔｒａｎ和ＶＢ混合编程，用ＡＰＩ函数对外壳程序进行同步调用，并将Ｓｈｅｌｌ函数的异步执行同步，解决了混合编程中遇到的技术难题，实现了ＶＢ对Ｆｏｒｔｒａｎ程序的调用。

    采用ＶＢ语言所设计的界面，具有数据输入和输出功能，可利用分类文档进行数据的输出，同时可将计算结果导入到Ｅｘｃｅｌ表格中进行进一步的处理，软件自身也可显示曲线，方便用户的使用。

     为了验证程序的正确性，本文对ＴＢＤ２３４Ｖ１２柴油机进行了工作过程数值计算，与试验结果进行了对比，验证程序的正确性。

    为了进行多方面的数据比较，本文使用商用软件ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ建立了ＴＢＤ２３４Ｖ１２柴油机计算模型，采用基本相同的输入数据进行了计算，对试验无法测得的参数与本程序的计算结果进行了比较，结果基本吻合。

    关键词：柴油机工作过程；数值计算；界面；面向对象哈尔滨Ｔ稃大学硕十学何论文 哈尔滨Ｔ稗大学硕十学何论文 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｔｏｏｌ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｄ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ．Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｓｏｆｔ－ｗａｒｅｓ ａｐｐｅａｒｉｎｇ ｗｈｉｃｈ ｇｉｖｅ ｔｈｅｕｓｅｒ ｇｒｅａｔ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ．Ｗｈｉｌｅ ｂｅｉｎｇ ｎｏ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｄｅｓ，ｔｈｅｙ ｂｒｏｕｇｈｔ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｔｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｉｎ－ｄｅｐｔｈ，ｉｔ ｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｗｉｔｈ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｒｉｇｈｔｓ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｉｓｐｅｒｆｅｃｔｅｄ ｂａｓｉｎｇ ｏｎ ＭＫ １ ４．Ｐｒｏｇｒａｍｓ ｃａｎ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｏｒｇａｓｏｌｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅ，ｆｏｕｒ－ｓｔｒｏｋｅ ｏｒ ｔｗｏ－ｓｔｒｏｋｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ ｏｒ ｎｏｎ－ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ．Ａｎｄ ｉｔ ｃａｌｃｕｌａｔｅｓｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｗｉｔｈ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｆｌｏｗ．Ｔｈｉｓｐｒｏｇｒａｍ ｕｓｅｓ ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｌｏｗ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｉｎｔａｋｅ ａｎｄ ｅｘｈａｕｓｔ ｐｉｐｅｓ ｏｆ ｇａｓｆｌｏｗ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｌｉｎｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ． Ｉｎ Ｍｉｃｒｏｓｏｔｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｕｓｉｎｇ ＶＢ ｌａｎｇｕａｇｅ ｔｏ ｃｏｍｐｉｌｅＶｉｓｕａｌ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍａｎ—ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ、衍ｔｌｌ ａｄｏｐｔｉｎｇｏｎｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｕｓｉｎｇ ｍｉｘｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＦｏｒｔｒａｎ ａｎｄ ＶＢ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ＶＢ ｔｏ ｃａｌｌ Ｆｏｒｔｒａｎ ｐｒｏｇｒａｍｓ．Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｄａｔａ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ＶＢ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｄａｔａ ｌｉｓｔａｎｄ ｇｒａｐｈｉｃ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ｔｏ Ｅｘｃｅｌ ｉｎ ｆｕｒｔｈｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ＴＢＤ２３４Ｖ １ ２ ｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｍ ｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇ ｗｈｉｃｈ ｖｅｒｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｎ ｄａｔａｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｖａｒｉｏｕｓｌｙ，ＴＢＤ２３４Ｖ １ ２ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ、Ⅳｉｍｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ，ｗｈｉｃｈ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂａｓｉｃ ｒａｗ ｄａｔａ ｔｏ ｂｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｄａｔａ ｗｈｉｃｈ ｃａｎｎｏｔ ｂｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ、析ｔｈ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｄａｔａ ｉｎ ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅｙ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；Ｏｂｊｅｃｔ０ｒｉｅｎｔｅｄ哈尔滨Ｔ程大学硕十学位论文 哈尔滨Ｔ稗人学硕十学何论文 目 录第１章绪论………………………………．．…………………．．１ １．１前言………………………………………………………………………………………………………………１ １．２国内外柴油机工作过程模拟计算的现状与发展……………………………………２ １．３ Ｆｏｒｔｒａｎ和ＶＢ程序设计语言概述…………………………………………………．．４ １．３．１ Ｆｏｒｔｒａｎ程序设计语言…………………………………………………………４ １．３．２ Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ程序设计语言……………………………………………………５ １．４本文研究的目的和主要内容………………………………………………………．．６第２章 内燃机工作过程数学模型和计算程序流程设计．．……．…．．………．．８ ２．１缸内工作过程数学模型……………………………………………………………．．８ ２．１．１工作介质特性计算……………………………………………………………８ ２．１．２基本微分方程…………………………………………………………………ｌ Ｏ ２．１．３气缸的工作容积………………………………………………………………１１ ２．１．４气缸周壁的传热规律………………………………………………………．．１２ ２．１．５燃油燃烧放热律……………………………………………………………。

    １３ ２．１．６进、排气阀的计算…………………………………………………………一１７ ２．２进、排气系统数学模型……………………………………………………………．１９ ２．２．１一维非定常流动的基本方程组……………………………………………。

    １９ ２．２．２基本方程组转化为特征线方程组……………………………………………２ｌ ２．２．３系统边界条件的处理…………………………………………………………２２ ２．２．４进、排气系统的计算总流程…………………………………………………３２ ２．３废气涡轮增压器数学模型…………………………………………………………３４ ２．３．１涡轮增压器平衡条件………………………………………………………。

    ３４ ２．３．２涡轮增压器性能参数计算…………………………………………………．．３４ ２．４中冷器计算模型……………………………………………………………………．３７ ２．５气缸扫气模型………………………………………………………………………３７ ２．６柴油机总体性能计算………………………………………………………………３９ ２．７本章小结……………………………………………………………………………４２第３章Ｆｏｒｔｒａｎ与ＶＢ的混合编程．………………．．…………………４３ ３．１混合编程基本思想…………………………………………………………………．４３ 哈尔滨ｆＴ程大学硕十学位论文 ３．２混合编程的调用方法及技术难点…………………………………………………４４ ３．２．１用ＡＰＩ函数对外壳程序的同步调用………………………………………．４４ ３．２．２ Ｓｈｅｌｌ函数异步执行的同步化………………………………………………．４６ ３．２．３由ＶＢ生成Ｆｏｒｔｒａｎ输入文件………………………………………………４７ ３．３程序可视化设计过程………………………………………………………………４８ ３．３．１输入参数对话框的设计……………………………………………………一４８ ３．３．２计算结果的显示………………………………………………………………４９ ３．４本章小结……………………………………………………………………………５２第４章程序的功能和使用方法……………………………………．．５３ ４．１程序结构……………………………………………………………………………．５３ ４．２ ＭＨＤ软件功能……………………………………………………………………一５４ ４．３程序的模块化设计及实现…………………………………………………………５５ ４．４程序的可视化设计与实现…………………………………………………………５５ ４．４．１基本数据的输入……………………………………………………………一５５ ４．４．２计算结果的显示……………………………………………………………。

    ５９ ４．５本章小结……………………………………………………………………………．６１第５章计算结果及验证…………………………………………．．６２ ５．１ ＴＢＤ２３４Ｖ１２柴油机的主要参数……………………………………………………６２ ５．２柴油机一维非定常工作过程数值模拟计算………………………………………．６３ ５．２．１ ＭＨＤ软件计算………………………………………………………………６３ ５．２．２ ＭＨＤ软件计算结果与试验结果的对比……………………………………６７ ５．３ ＴＢＤ２３４Ｖ１２柴油机ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ仿真计算…………………………………………６８ ５．３．１ ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ模型的建立及计算………………………………………………．６８ ５．３．２ ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ计算结果与试验结果的对比……………………………………一６９ ５．３．３程序计算结果与ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ计算结果的对比………………………………７２ ５．３本章小结……………………………………………………………………………．７５结 论………………………………………………………．７６参考文献………………………………………………………．７８攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果……………………………．８１致 谢………………………………………………………．８２ 第１章绪论 第１章 绪论１．１前言 内燃机工作过程的数值计算，就是从内燃机各系统的物理模型出发，用微分方程对各系统的工作过程进行数学描述，然后编制计算程序，用电子计算机数值求解微分方程，以求得气缸内各参数随时间（或曲轴转角）的变化规律。

    计算中考虑到气缸内的热力过程、传热过程、燃烧过程、气体流动、充量更换过程、废气涡轮增压器的特征及其与发动机的匹配等问题，所以计算结果比较符合实际情况。

     在电子计算机用于内燃机研究以前，为了定性地对内燃机性能做出估算，并进行有限的定量计算，不得不对内燃机进行工作过程的简化【ｌ】。

    假设内燃机的某一工况是稳定的，工质的状态看成是一个循环的算术平均值等，在设计中则根据经验和类比，在大量选取参数的基础上，对工作循环中的几个特征点进行计算。

    这种简单的过程计算最后得到的是比较直观的，定性分析的数据，十分粗略，不能全面反映内燃机燃烧放热过程，进排气系统中的热力过程，以及与废气涡轮增压器的配合性能等，并且不能对变工况性能进行计算。

    随着内燃机研究的不断深入，传统的计算方法已经不能满足内燃机研究的要求。

     直到六十年代中期，由于电子计算机的应用，才有可能对内燃机的工作过程接近实际地加以模拟，从而使一部分设计工作逐步脱离经验设计的阶段，同时由于快速、大容量计算机和数据处理系统发展，加上实验技术和测量仪器设备的改进，使内燃机在实验和理论研究上有了突飞猛进的发展，使内燃机的设计从经验公式阶段向模拟、优化设计阶段发展。

     在国外，对内燃机进排气流动的研究始于上世纪三十年代。

    最早采用的是声波理论和容积法，随着对内燃机中气体流动的深入了解，又发展成了应用特征线法求解一维不稳定流动的微分方程组，并在特征线图解法的基础上编写了计算程序。

    其中英国的本森 （Ｒｏｗ Ｌｏｎｄｓ·Ｂｅｎｓｏｎ）和德国的Ｈ·ｓｉｆｔｅｒ等人在用特征线法求解内燃机非定常气体流动方面进行了大量的研列２１。

    近几年来，也有人用二维差分法和有限元法做过这方面的尝试。

    目前，在内燃机进排气流动模拟计算方面比较成熟的有英国曼彻斯特理工学院的ＭＫｌ４程序，德国波鸿一鲁尔大学的ＰＭＢ程序和同本丰田汽车公司的Ｍａｓｋｉ Ｔｏｋａｕａ等人用有限差分法编制出的计算程序。

     呤尔滨Ｔ程大学硕十学位论文１．２国内外柴油机工作过程模拟计算的现状与发展 ６０年代中期，计算机的发展为包括进、排气过程在内的整个柴油机工作过程模拟创造了条件。

    随后，柴油机缸内燃烧模型不断完善，进、排气系统的数值求解方法也得到比较大的发展。

    尤其在９０年代初，一批商用柴油机工作过程模拟软件的开发，如奥地利ＡＶＬ公司的ＢＯＯＳＴ软件，英国Ｇａｍｍａ公司的ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ软件，美国西南研究所的ＶＩＰＲＥ软件等，标志着柴油机工作过程模拟己经达到了实用化的程度。

     在国内，上海交通大学内燃机性能学科组在高增压柴油机性能提高方面进行了持续的研究，在ＣＩＭＡＣ程序的基础上改编了“柴油机缸内及进排气系统中的工作过程模拟程序”，并提出使用于高增压四冲程柴油机的五种系统：二次进气系统（ＳＩＰ系统）、扫气旁通系统（Ｓｃａｂｙ系统）、顾氏系统、自动进排气供油正时系统（ＡＶＩＥＩＴ系统）以及混合式脉冲转换器涡轮增压系统（ＭＩＸＰＣ系统）〔５１。

    天津大学动力机械及工程学院建立了直喷式增压中冷柴油机工作过程模型，利用Ｍａｔｌａｂ编制了直喷式增压柴油机零维仿真计算程序，对４１０２ＢＺＬＱ柴油机工作过程进行了仿真计算【６】〔７１。

    大连海事大学轮机工程学院在ＣＩＭＡＣ程序的基础上改编了“二冲程柴油机工作过程计算程序”，并对大连船用柴油机厂的ＤＡＬＩＡＮ—Ｂ＆Ｗ５Ｌ６０ＭＣＥ柴油机进行了工作过程模拟计算【８１；又建立了１６Ｖ２４０ＺＪＢ型柴油机气缸、排气管和废气涡轮增压器物理及数学模型，并进行了变工况模拟计算和计算机仿真ｌ ９１。

     内燃机是实现热能转变成机械能而循环工作的发动机，由于其热效率高，功率范围广及结构紧凑等特点，一直被广泛应用于国民经济的各个部门。

    至今在中、小功率发动机中，内燃机的应用仍占绝对优势，就大功率而言，柴油机也不失为主要动力源。

     长期以来，内燃机主要是依靠经验设计，这种方法一般都是根据传统的设计程序，结合理论计算和必要的实验手段进行的，常规的热力计算，由于对实际过程进行了大量的简化，所以只能是一种粗略的估算，对发动机的研制所起的主导作用也十分有限。

    而柴油机大量的研究工作大多是建立在与实际过程相似的物理模型基础上，借助先进的仪器设备，对实际过程进行定性的分析研究或利用台架实验对发动机进行性能调试研究。

     现代科学技术以及柴油机增压技术的发展，发动机品种的增多，结构的复杂化和用户对产品质量要求的不断提高，特别是自７０年代以来世界能源的短缺和对发动机排放要求的严格限制，都对研制现代发动机提出了新的要求。

     随着计算机技术的蓬勃发展，应用数学的巨大成就及电子计算机在柴油机设计和研 ２ 第１章绪论究中的应用，才有可能把研究实际过程的模型转化为用数学语言表达的数学模型——抽象模型，并借助计算机把描述实际过程的微分方程快速求解出来，从而可以比较具体的揭示过程的物理本质及系统各因素间的数量关系。

    这种把对实际过程的实验研究和理论分析搬到计算机上来实现的方法，就是目前风行于世的计算机辅助设计。

    它在极大程度上改变了柴油机理论计算的内容和作用，不仅可以降低研究费用、节省人力、物力、缩短研制周期，而且ＩＩｊＩＩ速数据处理，使发动机类型、结构参数和性能参数达到优化，解决传统方法所不能解决的问题，并把柴油机的设计方法和理论研究带入了一个新阶段。

    事实表明：实验、理论、计算己成为科学方法上相辅相成，可以互相补充替代而又彼此不可缺少的三个主要环节。

    柴油机工作过程的数学模拟，是对柴油机这个复杂系统的功能描述，它描述了系统状态在母系统（以发动机或发动机组为动力装置称为发动机的母系统）或外界影响下变化的情况。

    通过这种功能的描述可以解决发动机设计方案论证、性能预测和诊断、寻求最优解及对样机的研究改进等项工作，具体来说就是： ａ．选型论证计算。

    在设计的早期阶段用来论证、比较发动机的循环方案，以确定发动机最佳设计参数或方案（例如发动机缸径、转速、平均有效压力和增压方式等）。

     ｂ．预测发动机性能。

     ｃ．设计参数的优化。

     ｄ．诊断型计算。

     ｆ．预测发动机可靠性。

     柴油机工作过程数值计算的上述功能，体现了它在柴油机设计和研究中的重要地位和作用。

    尽管它有许多长处，但仍存在一些不足。

    首先，目前它仍离不开物理模型，因为一般要借助于物理模型或相似模型的研究来建立和检查数学模型，并需要通过实验来确定一些边界条件和系数，因此它还不是一种独立的研究手段。

    尽管柴油机工作过程数值计算目前仍存在某些不足，但是由于它在柴油机研究中的特殊地位和广泛用途，仍使其不失为柴油机性能和实验研究的一个有力工具．随着计算技术的发展，大容量高速计算机的不断更新迭代，必将使这一方法日益完善和广泛应用，从而逐步形成一个能用数学方法进行柴油机整机设计和研究的完整体系。

    １．３．１ Ｆｏｒｔｒａｎ程序设计语言 ＦＯＲＴＲＡＮ语言是世界上第一个被正式推广使用的高级语言，使用至今已有五十多年的历史，但仍历久不衰，始终是数值计算领域所使用的主要语言。

     从整体上，ＦＯＲＴＲＡＮ的程序结构可用１６个字表示：程序分块，块内分行，行内分区，区内分格（格又称列）。

    ＦＯＲＴＲＡＮ程序是块结构，一个ＦＯＲＴＲＡＮ程序由一块或多块组成。

    一块就是一个程序单位，各块并列，彼此独立，位置任意，可增可减。

    在执行流程上，各块之间通过访问或被访问决定控制转向；在数据关系上，各块之间通过哑元和实元的结合、公用存区的共享或数据文件中数据的传输实现关联。

    这样，ＦＯＲＴＲＡＮ程序就便于设计和修改，利于用户阅读和选用。

     ＦＯＲＴＲＡＮ程序块由若干行组成，行分语句行和注解行。

    语句行又分初始行、被续行。

    一行为一个记录，在物理上它相应于一张卡片信息或屏幕上一行字符等。

     （ａ） 标号区和标号。

    行的１．５列是标号区，用来编写语句标号。

    语句标号用于标示语句，以便转向或引用。

     （ｂ） 语句内容区和初始行。

    行的７—７２列是语句内容区，用于编写语句内容。

    语句内容可以在这个区域内任意地方开始写，但不得超过第７２列。

    语句的第一行称初始行。

    初始行的标号区可以有标号；它的续行去区必定是空白符或数字零。

     （ｃ） 语句说明区。

    行的７３．８０列是语句说明区，用于编写对语句进行说明的内容，以提高程序的可读性。

    语句说明在编译时被忽略，打印源程序时原样印出。

    若用户不提供语句说明。

    则该区由编译程序处理。

     （ｄ） 注解行。

    注解行的标志是：第１列是字母Ｃ。

     Ｆｏｒｔｒａｎ源语句是Ｆｏｒｔｒａｎ源程序的基本成分。

    在主程序、函数辅程序和子程序辅程序等程序单位中，语句的一般排序次序是： ＰＲＯＧＲＡＭ语句或ＦＵＮＣＴＩＯＮ语句或ＳＵＢＲＯＵＴＩＮＥ语句 ＰＡＲ ＡＭＥＴＥＲ语句和／或ＩＭＰＬＩＣＩＴ语句 其他说明语句 .