Развитие методов расчета и оптимизация рабочих процессов ДВС (1024698), страница 25
Текст из файла (страница 25)
4.3. Поле рабочих режимов дизеля ЯМЗ 238Д с результатами расчетасмесеобразования и скорости тепловыделения. В процентах указанамощность по отношению к максимальнойАнализ полученных результатов подтверждает высокую точность расчета тепловыделения, так по рис. 4.3. видна эволюция процесса сгорания от режимаполной мощности, где кривая dx/dφ имеет лишь один сглаженный максимум, крежимам средних нагрузок, где появляется и растет первый пик dx/dφ, вызванный объемным сгоранием топлива, испарившегося в период задержки самовоспламенения. На режиме же очень малой мощности сгорание начинается уже- 165 -после окончания впрыскивания, большая часть топлива сгорает по объемномумеханизму, имеет место только первый пик скорости тепловыделения которыйсразу переходит в догорание крупных капель: доля диффузионного сгоранияочень мала.
Корректность расчета подтверждается высокой точностью оценкиэмиссии оксидов азота, рассчитанной на основании полученной скорости тепловыделения. Только на одном режиме отклонение расчетных данных от результатов измерений превысило 25%, на остальных же режимах, (кроме холостого хода) оно не превысило 8,3% .Рис. 4.4. Поле рабочих режимов дизеля ЯМЗ 238Д со сравнениемэкспериментальных данных с результатами расчета. В процентахуказана разница между экспериментальными и расчетнымиданными; концентрация оксидов азота указана в ppm- 166 -На рис. 4.5.
представлены результаты расчета среднеоборотного тепловозного дизеля Д49 (16ЧН 26/26) при его работе по тепловозной характеристике с максимальным ре=15,3 бар при n=1000 мин-1. Таблицы, соответствующиекаждому из режимов, показывают расчетные интегральные параметры дизеля всравнении с результатами экспериментов. Экспериментальные данные и характеристики впрыскивания предоставлены ОАО Коломенский завод.Рис. 4.5. Результаты расчета тепловозного дизеля Д49 (16ЧН 26/26)Результаты расчета процесса сгорания судового среднеоборотного дизеля VASA 9R46B (9ЧН 46/58) производства фирмы Wartsila представлены на- 167 -рис. 4.6. На режиме максимальной мощности дизель имеет среднее эффективное давление ре = 23,3 бар, а максимальное давление цикла 185÷190 бар. Расчетные кривые скорости тепловыделения представлены вместе с экспериментальными. Форма камеры сгорания, конструкция распылителя, параметры наддува и характеристики впрыскивания взяты из экспериментальных данных[144] и, частично предоставлены компанией.Рис.
4.6. Результаты расчета дизеля VASA 9R46B (9ЧН 46/58)На рис. 4.7. представлены результаты расчета высокооборотного автомобильного дизеля ЗМЗ 514 (4ЧН 8,7/9,4), оборудованного топливным насосомвысокого давления Bosch VE. Характеристики впрыскивания для каждого ре-- 168 -Рис. 4.7. Результаты расчета высокооборотного дизеля ЗМЗ 514- 169 -жима были рассчитаны Л.В. Греховым с помощью программы ВПРЫСК[151].Экспериментальные данные по результатам испытаний двигателя предоставлены ОАО ЗМЗ. В таблицах рис. 4.7 представлены расчетные интегральные показатели двигателя в сравнении с соответствующими результатами измерений для каждого из режимов.Сравнение расчетных и экспериментальных характеристик тепловыделения для опытного высокооборотного дизеля 4 ЧН 8,2/8,2 с номинальной частотой вращения коленчатого вала 4500 мин-1 производства компании General Motors представлено на рис.
4.8. Режимы, взятые для сравнения и сами экспериментальные данные на этих режимах, а также исходные данные к расчету предоставлены компанией General Motors. Расчеты также выполнены специалистами этой компании и предоставлены для использования в диссертационнойработе в качестве иллюстрации работы программы ДИЗЕЛЬ-РК. Набор режимов, представленных на рис. 4.8, характеризуется частотами вращения: n=3900и 4100 мин-1 и диапазонами изменения: коэффициента избытка воздуха α = 1,26÷1,8; давления наддува рк=1,79÷2,8 бар; угла опережения впрыскивания топлива Θ =2÷15,5 град. до ВМТ; среднего эффективного давления ре =11,5÷22 бар;давления впрыскивания pinj=1160÷1720 бар; среднего диаметра капель по Заутеру d32=9÷12 мкм; максимального давления цикла pz=131÷165 бар.
Сравнение интегральных показателей двигателя: максимального давления цикла pz,средней температуры перед турбиной Tt, и эмиссии оксидов азота NOx дляэтих же режимов представлено на рис. 4.9; сравнение расхода воздуха черездвигатель проведенное для 89 режимов работы представлено на рис. 2.7. Некоторое завышение расчетной температуры газов перед турбиной по отношениюк результатам измерений может иметь несколько причин, в число которых могут входить ошибки при задании условий теплообмена в выпускной системе, идругие погрешности, тем более, что расчеты были выполнены третьей стороной, и отклонение расчета от экспериментальных данных носит постоянныйхарактер, а следовательно, поддается анализу и может быть устранено.- 170 -Рис.
4.8. Результаты расчета скорости тепловыделения высокооборотногодизеля 4 ЧН 8,2/8,2 производства GM на 10 режимахв сравнении с экспериментальными данными- 171 -Рис. 4.9. Сравнение расчетных и экспериментальных интегральныхпоказателей высокооборотного дизеля 4 ЧН 8,2/8,2 производства GMна 10 режимахАнализ всех приведенных сравнений результатов расчета с экспериментальными данными показывает их хорошую сходимость, тем более, что всерасчеты выполнены с идентичными значениями всех эмпирических коэффициентов расчетных методик для каждого двигателя.
Это позволяет сделать выводо корректности сделанных допущений в процессе разработки математическихмоделей и применимости разработанной программы для моделирования рабо-- 172 -чего процесса двигателей разной размерности и быстроходности и уровня форсирования при традиционной организации их рабочего процесса.4.2. Результаты расчета тепловыделения в дизелях с многоразовымвпрыскиванием и PCCI процессомВ настоящее время применение многоразового впрыскивания являетсяодним из эффективных средств снижения эмиссии оксидов азота в дизеле.
Реализация многоразового впрыскивания легко осуществляется в системах топливоподачи с электронным управлением, применяемых в настоящее время повсеместно. Моделирование работы дизеля с многоразовым впрыскиванием является актуальной задачей, ибо позволяет на стадии проектирования сформулировать алгоритм управления топливной аппаратурой для решения задачиудовлетворения норм выбросов вредных веществ. В процессе разработки математической модели сгорания в дизелях постоянно имелась ввиду возможность применения этой модели для расчета сгорания в двигателе с многоразовым впрыскиванием. Для тестирования модели сгорания использовались экспериментальные данные, полученные и опубликованные разными авторами,исследовавшими работу дизеля с многоразовым впрыскиванием.Для проверки возможностей представленного расчетного метода былипроведены тестовые расчеты для двигателя Caterpillar: S/D = 165/137 мм, номинальная частота вращения n=1800 мин-1.
Конструкция распылителя 6 х 0,269и камера сгорания показаны на рис. 4.10. На этом двигателе исследовались различные стратегии многоразового впрыскивания, различающиеся как по количеству порций от 1 до 3, так и разными значениями угла опережения впрыскивания от 12,5 град. до ВМТ до 6 град. после ВМТ. Эксперименты были проведены в университете Висконсин-Мэдисон (США). Параметры экспериментальной установки и результаты измерений опубликованы Бакенхусом и Райцем(Bakenhus & Reitz) в работе [141].
Расчетная модель была воссоздана на основании опубликованных материалов. Расчетные кривые скорости тепловыделе-- 173 -ния в сравнении с экспериментальными данными представлены на рис. 4.10 –4.12 для всех семи стратегий впрыскивания. Сравнение расчетных и экспериментальных кривых скорости тепловыделения и эмиссии оксидов азота (рис.4.13) показывает их хорошее согласование. Все результаты получены приидентичных значениях эмпирических коэффициентов. Последнее обстоятельство позволяет сделать вывод об универсальности представленной модели сгорания и возможности ее использования для проведения расчетных исследований процессов смесеобразования и сгорания в дизелях, связанных с оптимизацией стратегии многоразового впрыскивания на разных режимах работы двигателя.Дизель: Caterpillar 3401D/S=137/165;ε = 16.5ре = 10 бар,n=1600 мин-1.Распылитель: 6 x 0.259 x 125Рис.
4.10. Результаты расчета тепловыделения в дизеле Caterpillar приодноразовом впрыскивании с разным опережением- 174 -Рис. 4.11. Результаты расчета тепловыделения в дизеле Caterpillar придвухразовом впрыскивании с разным опережениемРис. 4.12. Результаты расчета тепловыделения в дизеле Caterpillar притрехразовом впрыскивании с разным опережениемНа рис.
4.14 представлены результаты расчета смесеобразования и сгорания в тепловозном дизеле Д49 при реализации двухразового впрыскиванияна режиме n=990 мин-1, ре=15,6 бар. На долю пилотной порции приходитсяоколо 11% цикловой подачи. Видно, что вспышка пилотной порции происходит после завершения ее подачи, основное впрыскивание начинается уже придогорании пилотной порции. Реализация такого процесса на дизелях Коломенского тепловозостроительного завода позволила снизить выбросы оксидов азота. На графике рис. 4.14 «в» представлены кривые скорости тепловыделения:- 175 -Рис.
4.13. Результаты расчета эмиссии оксидов азота в дизеле Caterpillar приодноразовом, двухразовом и трехразовом впрыскиванииэкспериментальная, полученная на Коломенском заводе, и рассчитанная с помощью программы ДИЗЕЛЬ-РК. Также на графиках представлены кривые: давления впрыскивания рвпр и скорости впрыскивания vвпp.Еще одной возможностью представленной модели смесеобразования исгорания в дизеле является анализ развития пристеночных потоков топливныхструй в различных камерах сгорания, например на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
