Развитие методов расчета и оптимизация рабочих процессов ДВС (1024698), страница 10
Текст из файла (страница 10)
2.9. Изменение эффективного проходного сечения окон, давления вцилиндре, впускном и выпускном коллекторах, а также расхода газачерез впускные и выпускные окна двухтактного дизеля10Д100 на режиме: Nе=2200 кВт, n=850 мин-1На рис. 2.10 представлены аналогичные данные для малооборотного двухтактного крейцкопфного дизеля 6ДКРН 74/160 на режиме: Nе=7800 кВт, n=120мин-1. Исходные данные для расчета: конструкция окон и клапана, фазыгазораспределения, конструкция распылителей форсунок, параметры рабочегопроцесса взяты из работы [39, 40].- 65 -б)Рис. 2.10. Изменение эффективного проходного сечения окон, давления вцилиндре, впускном и выпускном коллекторах, а также расхода газа черезвпускные и выпускные окна двухтактного дизеля 6ДКРН 74/160на режиме: Nе=7800 кВт, n=120 мин-1Разница между расчетными данными и опубликованными значениями параметров, характеризующими протекание процесса газообмена, достаточно мала.
Заметное отклонение коэффициента избытка воздуха α от оценочной величины объясняется неувязкой этой самой оценочной величины в самой работе[39].Анализ представленных данных позволяет сделать вывод о том, что врамках расширенной квазистационарной модели газообмена ДВС можно с достаточной для практики точностью рассчитывать процессы очистки и наполнения цилиндров двух- и четырехтактных ДВС разной размерности, быстроходности и применения, что позволяет получать надежные граничные условия длярасчета внутрицилиндровых процессов, и прежде всего, сгорания в дизеле.- 66 -2.3. Математическая модель теплообмена в цилиндреДля расчета количества теплоты отведенного в стенки рабочего объемацилиндра, коллектора, форкамеры или кривошипной камеры используетсяуравнение Ньютона-Рихмана: Qw = αw Fw τ (T - Tw), где: αw - коэффициент теплоотдачи; Fw - площадь тепловоспринимающей поверхности; τ - интервалвремени; T, Tw - температура газа и температура стенки.Основную сложность при расчете процессов теплообмена в ДВС вызывает определение коэффициентов теплоотдачи от газов к стенке цилиндра αw итемпературы стенки, ограничивающей рабочее тело - Tw.
Так как в данной работе не предполагается исследовать детально вопросы теплонапряженностидвигателя, то в целях упрощения методики можно считать коэффициент теплоотдачи αw постоянным для рассматриваемых поверхностей на расчетном интервале времени. Так как температуры различных поверхностей рабочего объемамогут значительно отличаться друг от друга, то теплообмен на них моделируется дифференцировано. Такой метод широко применяется при расчетах и не снижает точности расчета мощностных и эффективных показателей рабочегопроцесса двигателя.Для рассмотрения теплообмена в цилиндре двигателя существует более30 зависимостей для αw [41], и все же большинство авторов отдают предпочтение формуле Вошни [1], так как она учитывает изменение теплообмена по углуповорота коленчатого вала на различных участках рабочего цикла. Кроме того,она учитывает лучистый теплообмен, на долю которого по данным Г.Б.Розенблита, Р.М.
Петриченко и др. [41, 42, 45] приходится до 30 % общеготеплового потока. Опытная проверка А.М. Павличенко и В.П. Жуковым [43, 44]этой формулы подтвердила ее наибольшую достоверность среди многообразиясуществующих. Ими же приводятся рекомендации по уточнению множителя вформуле Вошни: для быстроходных двигателей он может быть увеличен до135, а для малооборотных, уменьшен до 85.- 67 -αw= 110p 0.8 W 0.8,T 0.53 D 0.2где: р, Т - давление (МПа) и температура (К) газа в цилиндре, D - диаметр цилиндра, W = 6,18 Сm - скорость газа в процессе продувки - наполнения;W = 2,28 Cm+ 0,00324Vh Ta( p − pпрокр ) - скорость газа в процессе сгорания иpa Vaрасширения; W = 2,28 Cm - скорость газа в процессе сжатия; Сm = S n / 30 средняя скорость поршня; S, Vh - радиус кривошипа, рабочий объем цилиндра;рa, Ta, Va - давление, температура и объем цилиндра в начале сжатия; рпрокр давление в цилиндре при прокрутке двигателя (без сгорания).Средняя температура стенки огневого днища крышки цилиндра Tw (илитемпература втулки/гильзы цилиндра для двигателей с ПДП) определяется путем решения задачи теплопроводности многослойной стенки.
Для этого необходимо задать средний коэффициент теплопроводности материала - λ и толщину огневого днища ∆, а также параметры: коэффициент теплопроводности λн итолщину ∆н литейной корки и накипи на поверхности водяной рубашки охлаждения или относительную (к площади поршня) величину охлаждаемой поверхности головки цилиндра (без учета оребрения) для воздушной системы охлаждения.
Для двигателей с ПДП перечисленные параметры задаются для гильзыцилиндра.Температура тепловоспринимающей поверхности рассчитывается поуравнению: Tw =(α w T ) cpk+ T охл k+ α w cp; где: k=1α w охл1∆+λ+∆нλн- термиче-ское сопротивление многослойной стенки; Tохл - температура охлаждающейсреды; T - температура газа; αw охл - коэффициент теплоотдачи со стороны системы охлаждения.
Осреднение αw ср и (αwТ)ср ведется за расчетный цикл: - 720оп.к.в. для четырехтактного ДВС и 360o п.к.в. - для двухтактного.Средняя температура огневого днища поршня Tw_pist оценивается в пропорции от температуры днища крышки цилиндра Tw_head или гильзы цилиндра- 68 -для двигателей с ПДП: Tw_pist = Tw_head kT. Коэффициент пропорциональностиkT определяется по опубликованным результатам термометрирования различных конструкций (см. таблицу 10).
Температура втулки цилиндра (для обычныхдвигателей без ПДП) принимается постоянной.Таблица 10.Коэффициент пропорциональности kT к расчету средней температуры поршня взависимости от сочетания материалов головки поршня и крышки цилиндраМатериал крышкиМатериалпоршняСтальЧугунАлюминийСталь1,081,11,15Чугун1,0351,081,13Алюминий0,830,851,08Коэффициент теплоотдачи со стороны охлаждающей среды в крышке цилиндра (или во втулке/гильзе для ПДП) определяется для жидкостной системыохлаждения по формуле Зоннекена как функция средней скорости теченияжидкости Wохл : α w oхх = A + BWохл , где: A и B - эмпирические коэффициенты.По опубликованным данным [45] для нефорсированных двигателей можно принять А = 350, В = 2100. Для современных форсированных двигателей, в системах охлаждения которых возможно поверхностное кипение, коэффициенттеплоотдачи повышается в несколько раз.
В связи с тем, что конфигурация полостей жидкостного охлаждения двигателей может сильно отличаться, точныйрасчет коэффициентов теплоотдачи в них представляет серьезную трудность.Поэтому в настоящей работе предлагается использовать ту же формулу Зоннекена, но с другими значениями коэффициентов А и В, величины которых подбираются в процессе идентификации математической модели по экспериментальным данным.Для контроля достоверности задания параметров литейной корки и накипи в системе водяного охлаждения, определяется температура днища крышки- 69 -цилиндра (гильзы для ПДП) со стороны системы охлаждения Twохл.Tw охл= Tw− [(α w T ) ср∆− α w ср Tw ] λ+∆нλн .Её величина не должна превосходить температуру кипения охлаждающей жидкости более чем на 15-20 градусов. За этим надо следить при идентификацииматематической модели.Для воздушной системы охлаждения коэффициент теплоотдачи αw охл определяется с учетом параметров оребрения и скорости воздуха по методике,опубликованной в монографии [46].2.4.
Математическая модель образования сажиРасчет эмиссии сажи осуществляется по модифицированной методикепрофессора Н.Ф.Разлейцева [5], в которой учитывается влияние особенностипроцесса горения распыленного топлива на образование и выгорание сажевыхчастиц. Принято, что сажевые частицы образуются преимущественно двумя путями:- в результате цепного деструктивного превращения молекул топлива,диффундирующих от поверхности капель к фронту пламени;- вследствие высокотемпературной термической полимеризации и дегидрогенизации парожидкостного ядра испаряющихся капель.Параллельно идет процесс выгорания сажевых частиц и уменьшения ихобъемной концентрации вследствие расширения. Вывод уравнений выделенияи выгорания сажи подробно изложен в литературе [5], поэтому здесь приводятся лишь окончательные расчетные соотношения.g dx d [C ] , где: V = 0,004 cV dτ dτ KСкорость сажеобразования в зоне горения: текущий объем цилиндра, gc - цикловая подача топлива, dx/dτ - скорость тепловыделения.Скорость сажеобразования по механизму полимеризации ядер капель- 70 -пропорциональна скорости исчезновения жидких капель вследствие их полногоиспарения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
