Развитие методов расчета и оптимизация рабочих процессов ДВС (1024698), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Длина струи наначальном (индекс а) и основном (индекс b) участках рассчитываются с помощью уравнений, опубликованных в работах [115, 6]:[()]la = As Э 0.35 exp − 0.2 τ s τ g ;(3.13)lb = Bs0.5τ s0.5 ;(3.14)а углы контура струй по уравнениям:(- 126 -γ a = 2 Arctg Es We0.35M −0.07Э −0.12 ρ 0.5e0.07τ s /τ g);γ b = 2 Arctg (Fs We0.32 M −0.07Э −0.12 ρ 0.5 ) ;где: As = 1.22 l g Эg −0.35 , E s = 0.932 Fs We−0.03(3.17)(3.18)Эg 0.12 , а критерий Эg рассчитывается поуравнению (3.8) с подстановкой τs = τg, Fs = 0.0075÷0.009.
Вид уравнения (3.14)аналогичен уравнениям, опубликованным в работах Куо (Kuo) [116], а такжеХироясу и Араи [117]. Уравнения (3.10–3.14) были получены Лышевским длядизелей c диаметром сопловых отверстий свыше 0.3 мм. Использование уравнений Лышевского для расчета дальнобойности струй в высокооборотных двигателях приводит к заметному занижению результатов. Чтобы сделать модельуниверсальной и приемлемой для дизелей с малым диаметром сопловых отверстий, для расчета Ds автором данной работы предложено уточнение к уравнению (3.12), полученное путем обработки экспериментальных данных по измерению дальнобойности струй при разных диаметрах сопел (от 0,11 до 0,27 мм)и разных давлениях впрыскивания (от 300 до 1200 бар), опубликованных в работах [119, 120, 158].
Исследования С.Н. Девянина [118] и других авторов указывают на то, что дальнобойность топливной струи зависит от многих факторов, в число которых входят свойства топлива, место расположения сопловыхотверстий (на конусе или в колодце), длина и профиль самого соплового отверстия. Множитель Ds в уравнении (3.12) предлагается вычислять по формуле:14.21 D fDS = 3214.21 D f (a ⋅ d n + b ⋅ d n + c ⋅ d n + d )[]if d n ≥ 0,3,if d n < 0,3(3.19)где: Df – коэффициент, учитывающий конструктивные особенности, (для дизельного топлива и цилиндрических сопловых отверстий, выходящих из колодца распылителя можно принять Df = 2,9); dn – диаметр сопел, мм; a = 9,749; b =7,45; c = -7.21; d = 2,224. Зависимость Ds от величины диаметра сопловых отверстий dn показана на рис.
3.10. [100, 102].Сколько-нибудь заметного влияния давления впрыскивания на величинуDs не выявлено.- 127 -Рис. 3.10. Зависимость Ds от диаметра сопел dn.Сравнение результатов расчета дальнобойности струй с использованиемуравнений Хироясу [117]; Лышевского (оригинальных [115] и модифицированных (3.12, 3.19)) с экспериментальными данными представлено на рис. 3.11 –3.14. Анализ данных рисунков 3.11 – 3.14 показывает, что модифицированноеуравнение Лышевского, с учетом формулы (3.19) лучше, чем другие описываетзависимость протяженности топливных струй от времени при разных давлениях впрыскивания и диаметрах сопел.Рис.
3.11. Зависимость длины струи от угла п.к.в., вычисленная по уравнениюХироясу, а также по оригинальному и модифицированному уравнениямЛышевского для диаметра сопел dn = 0,11 мм- 128 -Рис. 3.12. Зависимость длины струи от угла п.к.в., вычисленная по уравнениюХироясу, а также по оригинальному и модифицированному уравнениямЛышевского для диаметра сопел dn = 0,19 ммРис. 3.13. Зависимость длины струи от угла п.к.в., вычисленная по уравнениюХироясу, а также по оригинальному и модифицированному уравнениямЛышевского для диаметра сопел dn = 0,27 ммФорма струи, рассчитанная автором по уравнениям (3.17, 3.18) представлена на рис. 3.15 (контур «г») в сравнении с экспериментальными данными, полученными Дэном (Dan) [121] (контур «б»), а также рассчитанной с помощьюпрограммы KIVA Райцем и Бракко [90] (контур «а») и рассчитанной по уравнениям Хироясу и Араи [89] Юнгом и Ассанисом [85] (контур «в»).- 129 -Рис.
3.14. Зависимость длины струи от угла п.к.в., вычисленная по уравнениюХироясу, а также по оригинальному и модифицированному уравнениямЛышевского для диаметра сопел dn = 0,37 ммРис. 3.15. Контуры струи для диаметра сопла dn = 0,2 мм3.3. Расчет развития струи и ее пристеночных потоковв условиях тангенциального вихря.При наличии вихря в камере сгорания струя смещается в тангенциальном направлении, как показано на рис.
3.16. Влияние вихря на смещение оси струи y ина деформацию поперечного сечения ядра струи y3 и y4 можно рассчитать, учи-- 130 -тывая локальную тангенциальную скорость вихря Wt, зависящую от относительного радиуса R :Wt = χ Rs f ( R) R n π / 30;(3.20)где: RS – вихревое число, n – частота вращения коленчатого вала, R – текущийрадиус, χ - коэффициент затухания вихря, зависящий от текущего угла поворота, f( R ) – профиль вихря, зависящий от способа продувки цилиндра.Рис. 3.16. Схема струи и пристеночных потоков в условияхтангенциального вихряХарактерные значения тангенциальной скорости вихря в функции от относительного радиуса для четырехтактных двигателей и двухтактных двигателей с прямоточной продувкой представлены на рис.
3.17. Затухание вихрявследствие потерь и влияние формы камеры в поршне на эпюру тангенциальной скорости заряда рассчитывается на основе уравнения сохранения моментаколичества движения методом, приведенным Хачияном А.С., Гальговским В.Р.и Никитиным С.Е. для четырехтактных двигателей [122]. Расчет эпюры вихрядля двухтактных двигателей с прямоточной продувкой построен по той же схе-- 131 -ме, только с другим профилем скорости, полученным в экспериментальных работах [36, 123].Средний диаметр капель по Заутеру d32 [м] рассчитывается по широко известному уравнению [115, 6] с использованием безразмерных критериев (3.6,d 32 = 1.7 d c M 0.0733 (ρ We )−0.2663.8, 3.9):.Рис. 3.17.
Эпюры скорости тангенциального вихря для четырехтактных ДВС идля двухтактных дизелей с прямоточной продувкойТангенциальная скорость ЭПТ в направлении вихря Ut определяется пометоду, опубликованному в работе [124]:dU t dτ = A wt Wt1.5 ;−1.5A wt = 0.75 C ρ ν 0.5 d 32;(3.21)где: C ≈ 2 – эмпирический коэффициент, ν - вязкость воздуха, d32 - среднийдиаметр капель по Заутеру.
Смещение оси струи из-за переносного влияниявихря на каждом временном шаге определяется как: ∆y = U t ∆τ cos β , где: ∆τ шаг по времени, β - текущий угол между радиусом и осью струи в ее вершине.Деформация вихрем наветренной dy3, и подветренной dy4 образующих ядраструи на каждом временном шаге рассчитываются как:∆ y3 = − C30 Awt (Wt − U t ) ∆τ cos β ;где: C30 ≈ 0.2 и C40 ≈ 1.6.∆ y 4 = C 40 Awt (Wt − U t ) ∆ τ cos β ,(3.22)- 132 -После соударения струи со стенкой вдоль поверхности стенки начинаетразвиваться во всех направлениях уплотненный пристеночный поток (ПП), состоящий из капель и воздуха.Исследованию процессов взаимодействия топливных струй со стенкамикамеры сгорания посвящено большое количество работ [125, 126, 127, 128, 129,130, 131, 132, 133].
На основе анализа разных данных, Разлейцевым предложена следующая модель взаимодействия топливной струи со стенкой. Налетев настенку, струя растекается во все стороны по ее поверхности. Направленныйвверх по стенке поток быстро попадает в зазор между поршнем и крышкой цилиндра и в стесненных условиях растекается как по гребню поршня, так и поповерхности крышки цилиндра (рис.3.3). Часть топлива может попасть на гильзу цилиндра. Анализ экспериментальных данных показал, что характеристикидвижения потоков вдоль стенки в разных направлениях подобны тем, что получены при изучении движения свободной струи, но уровень скоростей ниже изависит от направления основного потока.
Снижение скорости движения потока вдоль стенки обусловлено гидродинамическим сопротивлением близкойстенки. [131, 6]. Отмеченное подобие развития пристеночных потоков и свободных струй служит основанием для применения к пристеночным потокам техже расчетных методов, что и к свободным струям. Принимая скорость подлетаэлементарных порций топлива к стенке за аналог скорости истечения топливаиз распылителя можно применить апробированные критериальные зависимостидля расчета движения потоков в пристеночной зоне.При соударении струи со стенкой топливо из переднего фронта попадаетв зону пристеночного потока. Траектория струи, а следовательно, время, местои угол ее соударения со стенкой определяются положением распылителя, формой КС и влиянием вихря.
Процесс взаимодействия струи со стенкой достаточно сложен. Разлейцевым предлагается следующая схема развития струи и пристеночного потока [6]. В период укладки переднего фронта струи на стенку наней формируется конусообразный уплотненный топливогазовый слой в грани-- 133 -цах пятна, образованного пересечением конуса струи с поверхностью стенки.После быстрой укладки фронта струи на стенку топливо начинает растекатьсяза пределы начального пятна. Скоростной осевой поток струи, налетая на стенку, уплотняет пристеночный слой, раздвигает его границы, а часть потока движется над этим слоем к его периферии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
