Развитие методов расчета и оптимизация рабочих процессов ДВС (1024698), страница 9
Текст из файла (страница 9)
2.6 представлены результаты расчета газообмена дизеля КамАЗ7405 (8ЧН 12/12), работающего по внешней скоростной характеристике. Интегральные показатели представлены в таблице 7, также в сравнении с экспериментальными данными, которые были предоставлены ОАО КамАЗ.Таблица 7.Параметры процесса газообмена дизеля КамАЗ 74-05 (8ЧН 12/12)при работе по внешней скоростной характеристике2200 мин-1ПараметрЭксп.Давление перед компрессором, ро, бар.Давление за турбиной, рТ2,бар.Давление перед турбиной,р*Т0, бар.Среднее давление во впускном коллекторе, рs, барСредняятемпературавовпускн. коллекторе, Тs, КРасход воздуха, кг/сТемпература перед турбиной, ТТ, КРасчет1400 мин-1Эксп.1000 мин-1РасчетЭксп.Расчет0,9680,9930,9971,0241,01251,0071,8541,3441,1671,931,9381,481,471,2651,263903913533593363370,3510,3380,1680,1690,110,106768770798778788775Фазы газораспределения: Выпуск: начало 660 до НМТ, конец 100 за ВМТ;Впуск:начало 130 до ВМТ,конец 500 за НМТ.- 58 -Степень сжатия: 16; распылитель: 4х0,33; суммарная площадь входного сечения улитки турбины: 15 см2; температура окружающей среды: 300 К.Рис.
2.6. Изменение давления в цилиндре (а), впускном (с) и выпускном (b)коллекторах, а также расход газа через впускные (e) и выпускные (f) клапаныдизеля КамАЗ 7405 (8ЧН 12/12) на режимах: а) - Nе=192 кВт, n=2200 мин-1;б) - Nе=140 кВт, n=1400 мин-1; в) - Nе=90 кВт, n=1000 мин-1- 59 -Все расчеты выполнены с идентичными эмпирическими коэффициентамипо исходным данным, предоставленным ОАО КамАЗ. Анализ результатов показывает хорошее совпадение как кривых изменения давления в цилиндре, таки интегральных показателей газообмена.С помощью программы ДИЗЕЛЬ-РК, в которой реализована описаннаяметодика расчета газообмена, компанией General Motors была выполнена сериярасчетов рабочего процесса дизеля 4ЧН 8,2/8,2. Без перенастройки программыбыли выполнены расчеты 89 рабочих режимов двигателя на разных частотахвращения, с разной мощностью и разной степенью рециркуляции отработавшихгазов. Результаты расчета сопоставлены с результатами измерений. Сравнениерасчетного и замеренного расхода воздуха представлено на рис.
2.7.Расход воздуха (кг/ч)180Расчет1601401201008080100120140160180ЭкспериментРис. 2.7. Сравнение расчетного и замеренного расхода воздуха дизеля 4ЧН8,2/8,2 для 89 рабочих режимов на разных частотах вращения, с разноймощностью и разной степенью рециркуляции отработавших газов.Данные получены и предоставлены компанией General Motors- 60 -Представленные результаты тестовых расчетов, проведенных для четырехтактных двигателей разного класса, разной размерности и быстроходности,работающих в разных условиях и на разных режимах, показывают вполне приемлемую точность описания процесса газообмена в ДВС, что позволяет сделатьвывод о корректности сделанных допущений и применимости модифицированного 0-мерного метода расчета газообмена для исследования и оптимизациирабочих процессов ДВС.2.2.1.
Особенности расчета газообмена двухтактных ДВСОсновную трудность при расчете газообмена двухтактных двигателейпредставляет расчет параметров газа в полости рабочего объема во время продувки. В этот период в рабочем объеме протекают сложные процессы взаимодействия двух газовых потоков: холодного свежего заряда и горячих отработавших газов. Точное решение этой задачи возможно только в рамках пространственного расчета нестационарного течения газа в полости с подвижнымистенками. Инженерные решения таких задач очень сложны и дороги в связи стем, что они требуют больших ресурсов ЭВМ. Рассмотрение этих процессов врамках термодинамических моделей также требует определенного искусства ввыборе и реализации расчетных схем, а также эмпирических коэффициентов.Для того чтобы разрабатываемые программные средства были универсальными, они должны обеспечивать возможность моделирования самых распространенных схем организации процесса газообмена двухтактных ДВС, таблица 8.При расчете течения через окна двухтактных двигателей эффективноепроходное сечение рассчитывается исходя из геометрических размеров открываемых поршнем окон (рис.
2.8.) и коэффициента расхода, зависящего от перепада давления и направления течения. Значения коэффициентов расхода дляокон разного конструктивного исполнения взяты из опубликованных данных[33, 34, 35].- 61 -Рис. 2.8. Размеры впускных (индекс i) и выпускных (индекс e) окондвухтактного двигателяТаблица 8.Схемы организации газообмена в двухтактных ДВСДвигатель с ПДПв) Петлевые:поперечная иклапаннаящелеваяконтурнаяWmix = 0.02…0.04 Wmix= 0.018…0.035Wmix = 0.1…0.13а) Прямоточно-б) Прямоточно-г) КривошипнокамернаяWmix = 0.11…0.15Использование традиционной для четырехтактных ДВС гипотезы о полном перемешивании ОГ и свежего заряда в цилиндре во время газообмена, вдвухтактных двигателях приводит к завышенной оценке коэффициента остаточных газов и заниженной оценке коэффициента наполнения.
Поэтому в цилиндрах двухтактных ДВС во время продувки параметры газа определяютсяраздельно для зон отработавших газов (ОГ) и свежего заряда (СЗ) исходя изкомбинации гипотез: - о «полном перемешивании», - о «послойном вытесне-- 62 -нии», - о «замыкании». Гипотеза о мгновенном распространении возмущений,т.е. о равенстве давлений во всех точках объема цилиндра остается в силе. Рассматривая две зоны: СЗ и ОГ, учитывается тепловое взаимодействие между ними. В начале и середине продувки, пока объем ОГ, отнесенный к текущемуобъему цилиндра, превышает некую величину Wmix, называемую параметромперемешивания, - используется гипотеза о «послойном вытеснении», т.е.
цилиндр рассматривается как бы разделенным непрозрачной для газа мембранойна две зоны: ОГ и СЗ со своими значениями температуры и концентрации газов. В обеих зонах все параметры рабочего тала определяются из совместногорешения систем уравнений баланса массы и энергии (1.1), записанных для каждой из зон, при условии равенства давлений в обеих зонах, с учетом теплообмена между ними и уравнения баланса объемов: ∆V = ∆Vог + ∆Vсз.
Решение системы уравнений ведется итерационным методом на каждом градусе поворотаколенчатого вала. Естественно, предполагается, что газ из впускных окон втекает в зону СЗ, а ОГ вытекают в выпускные клапаны или окна. (Гипотеза "о послойном вытеснении".) Так продолжается до тех пор, пока отношение объемаОГ к текущему объему цилиндра не станет меньше некой, наперед заданной величины: Wmix - параметра перемешивания. С этого момента времени расчет переводится либо на гипотезу "о полном перемешивании" зон ОГ и СЗ (для прямоточных схем газообмена), либо на гипотезу "о замыкании" (для контурныхсхем газообмена). При перемешивании, параметры газа в цилиндре опять принимаются однородными и определяются из соотношений аддитивности. При"прямом замыкании" - вводится допущение, что в выпускные органы устремляется газ непосредственно из зоны СЗ, а оставшиеся ОГ остаются в цилиндре доконца газообмена и перемешиваются со свежим зарядом уже после закрытиявпускных и выпускных органов. При обратном течении отработавших газов извыпускного коллектора в цилиндр и во впускной коллектор принимается гипотеза "об обратном замыкании".
Выбрать правильное сочетание параметров перемешивания и замыкания можно только на основе экспериментальных данных- 63 -с обязательным газовым анализом, либо на основе опыта расчета традиционныхконструкций ДВС, параметры качества газообмена которых известны. При отсутствии экспериментальных данных рекомендуется использовать значения параметра перемешивания по данным таблицы 8, которые получены на основе авторского опыта расчета газообмена двухтактных ДВС разных размерностей исхем продувки.
Использование такого подхода позволяет с достаточной дляпрактики точностью рассчитывать параметры очистки и наполнения двухтактных ДВС с тем чтобы в дальнейшем иметь надежные начальные условия длярасчета процесса сгорания.В таблице 9 представлены результаты расчета интегральных параметровгазообмена двух двухтактных дизелей в сравнении с опубликованными данными. Оба расчета проводились для заданных по экспериментальным данным:цикловой подачи топлива, а также давлению и температуре надувочного воздуха. Давление перед турбиной вычислялось из условия баланса мощности турбокомпрессора.Таблица 9.Результаты расчета интегральных параметров газообменав сравнении с опубликованными даннымиДизель10Д1006ДКРН 74/160Опубл.Расчет∆%Опубл.Расчет∆%Расход воздуха, Gair, кг/с5,85,780,316,4416,51-0,4Коэффициент продувки, ϕ1,411,382,11,291,3-0,8Коэфф. избытка воздуха, α22,06-3,02,11,938,1Коэфф.
остаточных газов, γr0,060,04918,30,040,03317,5Давление наддува, бар2,21--1,85-Давлен. перед турбиной, бар1,671,670,01,721,71,2Температ. перед турбиной, К713750-5,27967723,0-На рис. 2.9 представлены графики изменения эффективного проходного- 64 -сечения окон; параметров газа в цилиндре и коллекторах, а также расхода черезокна двухтактного дизеля с противоположно движущимися поршнями 10Д100(10ДН 20,7 / 2х25,4) на режиме полной мощности: Nе=2200 кВт, n=850 мин-1.Исходные данные для расчета: конструкция окон двигателя, фазы газораспределения, параметры рабочего процесса взяты из опубликованных результатов исследований [36, 37, 38].Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
