Развитие методов расчета и оптимизация рабочих процессов ДВС (1024698), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Для разных процессов она вычисляется по разным зависимостям.g d [C ]  = 1,7 cV dτ  ПНа участке впрыскивания:   Kτ1 − exp  −   d 32τ впрn' , где: τ-текущее время от начала впрыскивания, τвпр - продолжительность впрыскивания, n' - характеристика распределения (для дизельных форсунок n' = 2...4), К константа испарения, d32 - средний поверхностный диаметр капель.

Разлейцевым было предложено рассчитывать константу испарения как K=1.12 10-6 / p,где давление p [MПa], а средний диаметр по Заутеру d32 оценивать как среднийдля всего процесса впрыскивания. Однако, последнее приводит к низкой чувствительности модели к таким недостаткам системы впрыскивания, как подвпрыск и затянутое окончание топливоподачи, которые приводят к повышенному сажевыделению. Поэтому в данной работе предложено в качестве d32 использовать текущий средний Заутеровский диаметр, зависящий от времени(рис.

2.12, а).После окончания топливоподачи:n' g c d [C ]  = 0,0028 (1 − xквпр )2V τ2 dτ  П Kτ d 32n' Kτ exp −  d 32n' , где: τ2 - текущее времяот конца подачи топлива, xквпр - доля теплоты, выделившейся к концу топливоподачи. d [C ] −60,5 = 3,1 10 kO2 n p [C ] , где: p - текущее dτ  BСкорость выгорания сажи: давление в цилиндре, МПа; [C] = C / V —текущая концентрация сажи в объемецилиндра; коэффициент окисления kO2, который у Разлейцева принят равным 1.Однако для уточнения модели в плане учета химического состава топлива иучета текущей концентрации кислорода в цилиндре, коэффициент окисленияпредложено рассчитывать по формуле: µ  kO2 = 1,81 − 1 − (α − 1) 0  x  ,µ2   где:- 71 -µ0 =1 C H OC H + −  ; µ 2 =  +  + 0,791 α µ0 ; α – коэффициент избытка0,209  12 4 32  12 2 воздуха при сгорании, x – доля выделившейся теплоты; С=0,87, Н=0,126,О=0,004 – массовые доли углерода, водорода и кислорода в топливе (численные значения представлены для случая дизельного топлива).Скорость изменения концентрации сажи в цилиндре из-за расширения:6n dV d [C ] [C ] . = 0,75V dϕ dτ VРезультирующая скорость изменения концентрации сажи в цилиндре:md [C ] d [C ]  d [C ]  d [C ]  d [C ] nном =B +B −B − , где: B = A  - поdτ dτ  K dτ  П dτ  B  dτ V n строчный множитель, n - частота вращения коленчатого вала, nном - номинальная частота вращения коленчатого вала, A, m - эмпирические коэффициенты.Концентрация сажи в выхлопных газах (приведенная к нормальным условиям): [C ]H =480∫ϕBd [C ] dϕdτ 6n1k 0,1  , где: p480 - давление в цилиндре в момент 60оp 480 до НМТ, k =1,33 - показатель адиабаты ОГ.Перевод полученного значения концентрации сажи [C], г/м3 в единицышкалы Хартриджа осуществляется по уравнению:Hartridge = 100 [1 – 0,9545 exp (- 2,4226 [C])].По аналогичным эмпирическим зависимостям концентрация сажи [C]может быть переведена, в единицы шкалы Bosch, а также в единицы коэффициента абсолютного светопоглощения К, м-1.Показатели эмиссии твердых частиц могут быть вычислены по эмпирической формуле Алкидаса [49], в зависимости от дымности выхлопа:1, 206[PM ] = 565  ln 10  10 − Bosch , мг/м3.В качестве альтернативы можно вычислить эмиссию твердых частиц поформуле предложенной на фирме Cummins [48].- 72 -На рис.

2.11 представлены результаты расчета динамики образования ивыгорания сажи автомобильного дизеля КамАЗ 7405 и приведено сравнение результатов расчета эмиссии сажи по шкале Хартриджа с результатами измерений по внешней скоростной характеристике этого же двигателя. Кроме того,сопоставление расчетных и экспериментальных данных проведено по удельному эффективному расходу топлива be и максимальному давлению цикла pz. Длякаждого из трех режимов внешней скоростной характеристики задавалась свояформа характеристики впрыскивания. Экспериментальные данные предоставлены НТЦ КамАЗРис. 2.11. Результаты расчета эмиссии сажи автомобильного дизеля КамАЗ:а) d[C]/dτ - скорость образования и выгорания сажи (n=2200 мин-1, Pe=9,5 бар);б) внешняя скоростная характеристика дизеля КамАЗ 7405Аналогичные результаты представлены для нагрузочной характеристикиодноцилиндрового безнаддувного дизеля Lombardini 15LD350 (1Ч 8,2/6,6), работающего на частоте вращения 3600 мин-1.

Скорость впрыскивания топлива вэтом дизеле была рассчитана на основании экспериментально замеренных диаграмм давления в топливном трубопроводе высокого давления и подъема запорной иглы форсунки на 5 режимах нагрузочной характеристики. На рис. 2.12.представлены результаты расчета скорости впрыска и среднего диаметра капель для режимов: 100% (Ре=4.6 бар), 50%, 10%.

Экспериментальные данные- 73 -предоставлены компанией Lombardini. Средний диаметр капель в процессевпрыскивания рассчитан по методике, описанной в параграфе 3.3, где в качестве скорости впрыскивания использовалась мгновенная скорость истечения изсопел распылителя. Следует отметить, что расчет эмиссии сажи лишь по среднему за весь период впрыскивания диаметру капель без учета его резкого ростав начале, и особенно, в конце топливоподачи, а также принятие коэффициентаокисления kO2 постоянным, существенно ухудшает результаты расчета и не позволяет добиться удовлетворительного согласования расчетных и экспериментальных данных, полученного в результате применения модифицированныхуравнений Разлейцева.Рис. 2.12.

Результаты расчета эмиссии сажи и NOx для одноцилиндровогодизеля Lombardini 15LD350: а) средний Заутеровский диаметр капель SMD ихарактеристики впрыскивания; б) изменение эмиссии сажи и NOx- 74 -2.5. Методы расчета эмиссии оксидов азотаОписанные ниже методики расчета предназначены для расчетных исследований процесса образования оксидов азота в двигателях внутреннего сгорания.По современным представлениям выделяют четыре группы оксидов азота,которые образуются при горении углеводородных топлив: «термические», «топливные», «быстрые» и образующиеся по механизму «N2O» [50, 51].К «термическим» NOx относят оксиды азота, образующиеся в зоне продуктов сгорания по «термическому» механизму.

Этот путь образования NOxсчитают основным для ДВС с традиционным способом организации рабочегопроцесса.«Топливные» NOx образуются в процессе горения вследствие частичногоокисления азотсодержащих соединений топлива до NOx. Так как в современныхтопливах азот не содержится, то этот путь образования NOx, как правило, неучитывают.«Быстрые» NOx образуются непосредственно в зоне горения в результатесвязывания молекул азота углеводородными радикалами. Образование «быстрых» NOx характерно для рабочих процессов, протекающих при относительноболее низких температурах (чем для «термических» NOx) и при высоких концентрациях углеводородов.

Особенную актуальность этот путь образованияNOx приобретает для современных двигателей с многоразовым впрыскиваниемтоплива, двигателей с рециркуляцией отработавших газов, а также для ДВС,работающих на альтернативных топливах.По механизму «N2O» оксиды азота образуются через промежуточное образование закиси азота N2O.

Считают [52], что образование NOx по данномумеханизму не имеет существенного значения в условиях камеры сгорания двигателя и его можно не принимать во внимание.Из приведенного выше описания путей образования оксидов азота в цилиндрах ДВС следует, что для решения задач, поставленных в данной работе,- 75 -необходимо учитывать термические и быстрые оксиды азота. Основные принципы расчета выбросов NOx изложены ниже.2.5.1. Общие принципы расчета выброса оксидов азотаДля моделирования процесса образования оксидов азота на первом этапеопределяются локальные условия, в которых происходит это процесс. Основными факторами, которые определяют выход оксидов азота, являются локальный состав горючей смеси и температура в зоне, где образуются оксиды азота.Для определения указанных параметров используется двухзонная модель процесса сгорания [51].В двигателе процесс сгорания условно разделен на две зоны: зону свежейсмеси и зону продуктов сгорания.

Характеристики

Список файлов диссертации