Лекция 6. Природный газ (Лекции), страница 3

Баумана, 2007)Цель работы: исследование возможности улучшения экологическиххарактеристик быстроходного дизеля, конвертированного в газовыйдвигатель с искровым зажиганием.Объект исследований: газовый двигатель КамАЗ-740.13.Г-260(конвертированный на природный газ дизель КамАЗ 740.13-240).Особенности: искровое зажигание, распределенная подача газа вовпускной трубопровод.В ходе исследования определялось:влияние конструктивных (форма камеры сгорания, интенсивностьвихревого движения заряда) и регулировочных (угол опережениязажигания) параметров на экологические показатели (NOx) газовогодвигателя с искровым зажиганием.* Шибанов А.В.

Влияние конструктивных и регулировочных факторов на образованиевредных веществ в быстроходном дизеле, конвертированном на природный газ: Дис.…канд. техн. наук. – М., 2007. – 136 с.27Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДИсследование рабочего процесса в ГД с искровымзажиганиемСравнительная таблица параметров двигателей КамАЗ-740.13.Г-240 иКамАЗ-740.13-260Модель двигателяТип двигателяКамАЗ-740.13-260КамАЗ-740.13 .Г-240дизель с непосредств.газовый ДВС с искровымвпрыскиванием изажиганием и турбонаддувомтурбонаддувомNe, [кВт] при n, [мин-1]191 при 2200176 при 2200Mкmax [Нм] при n, [мин-1]931 при 1300 – 1500864 при 1300 – 1500120/120120/1201711,25 -11,278, V – образное8, V – образноеПолуразделеннаякамера в поршне(серийная симметричная)Полуразделенная камера впоршне(4 варианта экспериментальныхкамер)Диаметр цилиндра/ходпоршня, D/S, [мм/мм]Степень сжатия, ε, [-]Число и расположениецилиндровТип камеры сгорания28Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДОбобщенная система уравнений переноса вцилиндре поршневого двигателя    div W j  div   grad    SЗначения обобщенного коэффициента переноса и источниковогочлена в уравнениях математической моделиФ1. УравнениеНавье-Стокса2. Уравнениеэнергии3. Уравнениедиффузии4. УравнениенеразрывностиГфWjμНcpCSфG j p 1  x j 3 x j W j x jp ijW j   G jW j  qv  qR x jDcρm10029Московский государственный технический университет им. Н.Э.

БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Модели турбулентностиПрименение природного газа кактоплива в силовых установках с ПД1) k-ε модель турбулентности___ t  k  Wikk  Wj,    ijx j x j  k  x j x j______ t      Wi2 Wj c 2 , cx j x j    x j   1 k ij x jk2___где t  ck– турбулентная вязкость, а эмпирические константыимеют значения: c  0.09, c 1  1.44, c 2  1.92,  k  1,    1.3.2) Гибридная модель турбулентности (AVL HTM) ______ Wi   k 2 c    WW  2 S  , S  2Sij Sijijxj 1  W W jSij   i 2  x jxiЗдесь Sij - средняя величина деформации элементарного объемажидкости в единицу времени.30Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Модели турбулентностиПрименение природного газа кактоплива в силовых установках с ПД3) k-ζ-f модель турбулентностиDk   Pk    Dx jt  kt  c*1 Pk  c 2DDTx jD  f   Pk Dkx j k ,x j    t  ,x j   .x j Здесь f – эллиптическая функция релаксации,P  2 32 ff l  c1  c2 k ,x j x j   T2где Т – временной масштаб турбулентности; l – масштаб длины.k2Турбулентная вязкость: t  cКонстанта модели:c*1  c 1 1  0, 045 1 31Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Пристеночные функцииПрименение природного газа кактоплива в силовых установках с ПД1) Стандартные пристеночные функцииu  yy   11,63- вязкий подслой;1u   ln  Ey  y   11,63- логарифмический подслой.yw   u kP1 2y  cy Pk P1 2u cuPu1414Здесь u+, y+ - универсальные безразмерные скорость и координата, κ = 0,41 постоянная Никурадзе-Кармана, E = 8,8 – параметр, определяющий шероховатость;индекс «р» указывает на значения параметров в центре ближайшего к стенке КО,индекс «w» - на значения параметров на стенке.2) Гибридные пристеночные функцииu   y  e 1ln  Ey   e1/  w  wНапряжение трения на стенке:Здесь:yPw   uP 0.01 y 1 5yy P u y4uPyPu  c1/ 4 k P1/ 2  / 0.41/ 432Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Пристеночные функцииПрименение природного газа кактоплива в силовых установках с ПД1) Стандартная модель теплообменаПрофиль температуры:гдеПлотность тепловогопотока на стенке:1T   Prt  ln  Ey    Y  Pr 0,75  Pr  Y  2,94    1  1  0,28exp  0,007  Prt   Prt  __1 / 2q w  C 1 / 4 k p 1c p T p  Tw  Prt  ln Ey   Y    12) Модель Han-ReitzT   2.1ln  y    2.1G  y   33.4G   2.5Здесь G Gqwu*- универсальная безразмерная величина тепловогоэффекта химических реакций.qw  c pu T ln T Tw    2.1y   33.4  G u 2.1ln  y    2.533Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Модели сгорания топливо-воздушной смесиПрименение природного газа кактоплива в силовых установках с ПД1) Модель турбулентного сгорания Magnussen - HjertagerBmO2m пр.сг .wr   min(mТ ,,C)tL01  L0Здесьt  k /L0– масштаб времени турбулентного перемешивания;– массовое стехиометрическое количество воздуха;B и C – эмпирические коэффициенты, учитывающее влияниетурбулентности и параметров топлива на скорость химическойреакции.2) Модель когерентного пламени (CFM)    t  Wj   S x jx j  PrtD x j ЗдесьΣ – площадь фронта пламени на единицу объема;PrtD – турбулентное диффузионное число Прандтля;SΣ – источниковый член.34Московский государственный технический университет им. Н.Э.

БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДРеализация математической моделиFIRE. License Agreement for Use of the SimulationSoftware AVL FIRE between Moscow State TechnicalUniv. n.a. N.E. Bauman and AVL List GmbH, 2014)35Московский государственный технический университет им. Н.Э.

БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДИсследуемые формы камер сгорания ГД сискровым зажиганием36Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДВерификация математической модели расчетарабочего процесса в КС ГД с искровым зажиганиемP, бар70Экспериментальная ирасчетная индикаторныедиаграммы газовогодвигателя КамАЗ-740.13.Г240, режим максимальногокрутящего момента6050403020100180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540dQ/dφ, Дж/градЭкспериментУПКВ, градРасчет200Экспериментальная ирасчетная скороститепловыделения газовогодвигателя КамАЗ-740.13.Г240, режим максимальногокрутящего момента180160140120100806040200330340350360Расчет370380Эксперимент390400410УПКВ, град37Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДРезультаты моделирования рабочих процессов вКС газового двигателя с искровым зажиганием38Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДРезультаты моделирования рабочих процессов вКС газового двигателя с искровым зажиганиемЛокальные значения массовых долейNOx (номинальный режим)СимметричнаяСмещеннаяω-образнаяКоническаяφ = 380° ПКВОсредненные по объему КС величины выбросовNOx (номинальный режим)39Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДИсследование рабочего процесса в газовом двигателес воспламенением от запальной дозы ДТМГТУ им. Н.Э. Баумана*, 2011Цель работы: исследование возможности конвертации серийного дизеля вгазожидкостный двигатель.Объект исследований: дизель ЯМЗ-236 (τ = 4, S/D = 140/130; ε = 16,5; Ne =160 кВт при n = 2100 мин-1 , Mкр макс = 850 Н∙м при n = 1200…1500 мин-1)Особенности: воспламенение газовоздушной смеси от запальной дозы ДТ.Задачи работы:1. Доработка математических моделей сгорания топливо-воздушной смеси.2.

Определение тепловых нагрузок на детали камеры сгорания при работедизеля по газожидкостному циклу.3. Выдача рекомендаций по величинам запальной дозы ДТ,обеспечивающим оптимальные показатели работы газожидкостногодвигателя.* Зеленцов А.А. Исследование локального теплообмена в камере сгорания дизеля,конвертированного на природный газ: Дис. …канд. техн.

наук. – М., 2011. – 167 с.40Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДИсследование рабочего процесса в газовом двигателес воспламенением от запальной дозы ДТКамера сгорания в поршнебазового и газожидкостногодвигателейПараметры исследуемых двигателейДвигательПараметрыДизель ЯМЗ-236(S/D=140/130мм/мм,ε=16,5)n, мин-1Ме, Н∙мGдт, кг/чPk , барГазожидкостныйвариант ЯМЗ-236(S/D=140/130мм/мм,ε=16,5)n, мин-1Ме, Н∙мGдт, кг/чGг, кг/чPk , барРежим работы двигателяМаксимальногоНоминальнойкрутящегомощностимомента2060130075088039,1326,011,891,4820607507,425,51,8513008806,9718,261,3441Московский государственный технический университет им. Н.Э.