實(shí)際熱機(jī)中，有些過(guò)程工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)p、v、T 等都有顯著的變化，與外界之間換熱量也不可忽略不計(jì)，這時(shí)它們不能簡(jiǎn)化為四種基本的熱力學(xué)過(guò)程(定容、定壓、定溫和絕熱)。試驗(yàn)測(cè)定了一些過(guò)程中1kg 工質(zhì)的壓力p 和v 的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)它們接近指數(shù)函數(shù)，用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述即：p*vn=定值。該式即多變過(guò)程的過(guò)程方程式。n 為多變指數(shù)，它可以是負(fù)無(wú)窮到正無(wú)窮之間的任意數(shù)值。多變過(guò)程比前述幾種特殊過(guò)程更為一般化，但也并非任意的過(guò)程，它仍根據(jù)一定的規(guī)律變化：整個(gè)過(guò)程服從過(guò)程方程p*vN=定值，n 為某一定值。

　　實(shí)際過(guò)程往往更為復(fù)雜。譬如柴油機(jī)氣缸中的壓縮過(guò)程，開始時(shí)工質(zhì)溫度低于缸壁溫度，邊吸熱邊壓縮而溫度升高，高于缸壁溫度后則邊壓縮邊放熱，整個(gè)過(guò)程n 大約從1.6 變化到1.2 左右;至于膨脹過(guò)程，由于存在后燃及高溫時(shí)被離解氣體的復(fù)合放熱現(xiàn)象，情況更為復(fù)雜，其散熱規(guī)律的研究已不屬于熱力學(xué)的范圍。對(duì)于多變指數(shù)n 式變化的實(shí)際過(guò)程，若n 的變化范圍不大，則可用一個(gè)不變的平均值近似地代替實(shí)際變化地n;若n 地變化較大，則可將實(shí)際過(guò)程分成數(shù)段，每一段都近似為n 值不變。

　　本課題中，由于n 值的變化范圍不大，根據(jù)以往實(shí)際工況和以往經(jīng)驗(yàn)，選取n=1.3。

　　如圖3 所示，壓縮和膨脹為多變過(guò)程，多變指數(shù)n=1.3。膨脹結(jié)束點(diǎn)A 的壓力應(yīng)小于吸氣壓力Ps，壓縮結(jié)束點(diǎn)B 的壓力應(yīng)大于排氣壓力Pd，但考慮影響有限，故膨脹結(jié)束點(diǎn)A 的壓力=Ps，壓縮結(jié)束點(diǎn)B 的壓力=Pd。

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　　圖 3 壓縮機(jī)整個(gè)行程中的P-V 關(guān)系

　　4.4.4 活塞頂部壓力在運(yùn)動(dòng)分析中的體現(xiàn)：

　　4.4.4.1 MSC.ADAMS 中IF 函數(shù)的定義

　　IF(expr1：expr2，expr3，expr4)

　　式中，expr1 為控制變量，expr2，expr3 和expr4 均為表達(dá)式。

　　函數(shù)F=IF(expr1：expr2，expr3，expr4)的含義為：

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　　4.4.4.2 在本課題中IF 語(yǔ)句算法

　　圖4 所示為本課題中壓縮機(jī)活塞端面受力IF 語(yǔ)句算法。先由活塞的速度方向(大于零/小于零)，判斷活塞運(yùn)動(dòng)處于吸氣/膨脹狀態(tài)，還是壓縮/排氣狀態(tài)，再根據(jù)活塞質(zhì)心位置與膨脹結(jié)束點(diǎn)的關(guān)系確定是吸氣狀態(tài)還是膨脹狀態(tài);根據(jù)活塞質(zhì)心位置與壓縮結(jié)束點(diǎn)關(guān)系確定是壓縮狀態(tài)還是排氣狀態(tài)。

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　　圖4 活塞端面受力IF 語(yǔ)句算法

　　程序框圖如圖5 所示：

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　　圖5 活塞端面受力IF 語(yǔ)句程序框圖

　　4.4.4.3 If 語(yǔ)句公式

　　將在UG 中建好的模型導(dǎo)入ADAMS 后，根據(jù)實(shí)際情況施加所需的運(yùn)動(dòng)約束。設(shè)定End Time = 10，step = 100，進(jìn)行初步動(dòng)態(tài)運(yùn)行，測(cè)量所得數(shù)據(jù)。根據(jù)上述數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出在三種不同工況下，活塞的排氣點(diǎn)d1，吸氣點(diǎn)d2 的位置，如表5 所示。

　　表5 壓縮機(jī)活塞行程參數(shù)(2)

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　　以活塞3 在工況900rps 下端面受力為例：吸氣壓力Ps=0.358MPa, 排氣壓力Pd=2.97MPa, 排氣起始點(diǎn)位置d1=-80.9924, 吸氣起始點(diǎn)位置d2=-83.9607,活塞平均下止點(diǎn)位置d3=-85.1881, 活塞表面積S=897.2703, 活塞平均行程L=22.5889,余隙C=0.3,多變系數(shù)n=1.3。

　　900r/min：

　　Piston_3 氣體方程：

　　IF( VZ(piston3.cm):

　　IF(.5H11G.cm_dis3+80.9924:897.2703*2.97,897.2703*2.97,897.2703*0.358*((22.5889+0.3)/( .5H11G.cm_dis3+85.1881+0.3))**1.3),

　　IF(.5H11G.cm_dis3+80.9924:897.2703* 0.358, 897.2703*2.97, 897.2703 *2.97),

　　IF(.5H11G.cm_dis3+83.9607:897.2703*2.97*(0.3/(.5H11G.cm_dis3+85.1881+0.3))**1.3, 897.2703*0.358, 897.2703*0.358)

　　)

　　在模型上施加運(yùn)動(dòng)學(xué)約束以及力約束后，進(jìn)行900rps 的運(yùn)動(dòng)仿真，以活塞3 為例，摘取其位移、速度、加速度與受力的曲線圖，根據(jù)先前算出的d1、d2 位置，判定活塞在整個(gè)行程中的四個(gè)階段的狀態(tài)。一個(gè)周期內(nèi)壓縮機(jī)進(jìn)行膨脹——吸氣——壓縮——排氣為一次完整循環(huán)。狀態(tài)判定結(jié)果如圖6 所示。

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　　圖6 位移、速度、加速度與受力的曲線圖