Диссертация (1024783), страница 14

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

Текст из файла (страница 14)

Можнотакже показать, что другие выражения вида:p  po  W (t  z / a ) ;(2.13)c  co  [1 /(a  т )] W (t  z / a)(2.14)также являются частным решением уравнений (2.3) и (2.8). Следовательно,общий интеграл уравнений (2.3) и (2.8), найденный в виде суммы частныхрешений (2.11)-(2.14), может быть представлен в виде [74, 126]:p  po  F (t  z / a)  W (t  z / a) ;c  co  [1 /(a  т )] [ F (t  z / a )  W (t  z / a )] .(2.15)Таким образом, общий интеграл уравнений (2.3) и (2.8) или волновогоуравнения (2.10) в общем виде представляет собой совокупность двухбесконечных рядов (2.15).

Каждая из функций, входящих в выражения (2.15),99при определенных условиях может иметь постоянное значение. Так,например, условие F(t-z/a)=const выполнимо только тогда, когда постояненаргумент, т.е. t - z/a=const=b. В этом случае зависимость z=at-ab представляетсобой уравнение равномерного движения в направлении положительногоотсчета z, т.е. в соответствии с рисунком 2.14 – в направлении от ТНВД кфорсунке. Условие W(t+z/a) = const при t+z /a = const = b дает уравнение z =ab-at движения в обратном направлении (от форсунки к ТНВД). Такимобразом, рассмотрение этих двух частных случаев показывает, что функцииF(t-z/a) и W(t+z/a) характеризуют движение прямых и обратных волн вдольтопливопровода высокого давления ЛВД.Разработанные методы решения волнового уравнения (2.10) илисистемы уравнений (2.3) и (2.8) дают возможность получить характеристикудавления впрыскивания, хорошо согласующуюся с экспериментальной, дажев том случае, когда топливопровод имеет большую длину.

Однако, по мереувеличениядлинытопливопроводаиповышениявязкоститопливарезультаты интегрирования уравнения (2.10) в форме (2.15) все большерасходятся с экспериментальными данными. Это объясняется тем, что как висходном уравнении (2.10), так и в общем интеграле, определяемом в форме(2.15), не учитываются потери энергии топлива на преодоление сил тренияпри его движении по топливопроводу. Для учета этого фактора необходимоэкспериментально определить коэффициент трения в топливопроводе,отнесенный к длине, равной диаметру, или подсчитать его по формуле  1 / 4 100 Re , если для потока топлива известно число Рейнольдса Re=cср d /т.

Зная коэффициент трения , можно определить фактор гидравлическогосопротивления kgs [74, 126]:- для турбулентного потока: kgs= cср / (4d);- для ламинарного потока (при Re<2320): kgs= 16 т / d2,где cср - средняя скорость потока топлива для рассматриваемых участкадлины топливопровода и интервала времени (использование средней за весь100цикл скорости потока сср значительно увеличивало бы погрешность расчетапроцесса, поскольку действительная скорость потока в топливопроводеколеблется от 0 в начале процесса до 50-100 м/с); d - внутрений диаметртопливопровода; т - кинематическая вязкость топлива.Кроме потерь на трение по длине топливопровода наблюдаются потериэнергии на преодоление местных сопротивлений (на входе в топливопровод,выходе из него, на поворотах и т.п.).

Более точный учет гидравлическихсопротивлений приведен ниже.С учетом гидравлического сопротивления уравнение (2.3) имеет вид:c / t  (1 /  т ) ( p / z )  2 k gs c .Такимобразом,приучетегидравлических(2.16)сопротивленийвтопливопроводе процесс впрыскивания описывается системой уравнений(2.8) и (2.16), которым может быть придан вид:p / z   т ( c / t )  2  т k gs c  0 ;c / z  [1 /(a 2  т )]( p / t )  0 .(2.17)Продифференцировав первое из уравнений (2.17) по t, а второе по z, обауравнения можно свести к одному уравнению, называемому телеграфным: 2 c / z 2  (1 / a 2 ) ( 2 c / t 2 )  (2 k gs / a 2 ) (c / t )  0 .(2.18)При условии постоянства параметров a, т и kgs уравнение (2.18) можетбыть проинтегрировано, а при kgs2/a2  0 его решение можно представить ввиде [84]:p ( z , t )  po  e k gs[ F (t  z / a )  W (t  z / a )]; ;101c ( z , t )  co  [ e k gs/( a  т )] [ F (t  z / a)  W (t  z / a )] .(2.19)где po=pост – остаточное давление в топливопроводе после впрыскивания; co начальная скорость движения топлива F(t - z/a) – прямая волна давления отТНВД к форсунке; W(t - z/a) – отраженная волна давления от форсунки кТНВД; kgs – фактор гидравлического сопротивления, характеризующийзатуханиераспространяемыхволнвследствиегидравлическогосопротивления в топливопроводе высокого давления.При расчете неустановившегося движения сжимаемой жидкости потопливопроводу высокого давления необходимо учитывать, что возмущенияраспространяются в виде волн со скоростью звука.

Поэтому характерраспределения давления и скорости по топливопроводу зависит от его длины.Если длина топливопровода настолько мала, что продолжительность подного возмущения будет в несколько раз больше времени Lтр/a прохожденияволнойвсейдлинытопливопровода,тодавлениепоегодлинераспределяется так, как это показано на Рис. 2.15,а (х – текущая координата).На Рис.

2.15,б представлено примерное распределение давления для случая,когда продолжительность возмущения несколько меньше времени Lтр/a (п Lтр/a). В очень длинном топливопроводе давление будет распределяться так,как показано на Рис.

2.15,в [74, 126].102Рис. 2.15. Характер распределения давления топлива по длиненагнетательного топливопровода в системе топливоподачи разделенноготипаПри первых попытках использовать теорию гидравлического удара Н.Е.Жуковского для расчета процесса впрыскивания топлива дизельныхдвигателей влияние местных объемов, отверстий втулки, нагнетательногоклапана и иглы форсунки не учитывалось.

Но погрешность определенияцикловой подачи топлива при таком расчете без учета изменения объема Vннад плунжером топливного насоса высокого давления достигает 10-12 %.При неправильном учете влияния нагнетательного клапана можно сделатьневерные выводы о работе всей системы, в частности, о наличии илиотсутствии подвпрыскиваний топлива.

Все перечисленные допущенияприводят к тому, что при расчете процесса топливоподачи погрешность103может составить 50-60 %. Это значительно снижает практическую ценностьданного метода расчета.Таким образом, для эффективного использования метода расчетатопливоподачи с учетом волновых процессов с помощью уравнений (2.3) и(2.8), уравнений (2.17) или уравнения (2.18) необходимо точно задатьграничные условия для объема Vн' за нагнетательным клапаном насоса иобъема Vф перед клапаном форсунки и совместно решать уравненияволновых процессов с уравнениями граничных условий с использованиемначальных условий.Задачейрасчетапроцессатопливоподачивовходномсечениитопливопровода является, прежде всего, определение количества топлива,поступающего в него, а в выходном сечении – количества топлива,вытекающего через распыливающие отверстия.

Поэтому для решения этойзадачинеобходимосоставитьуравнениябалансарасходовтоплива(уравнения неразрывности потока). Таким образом, во всех системахуравнениянеразрывностипотокаявляютсянеобходимымидляхарактеристики граничных условий во входном и выходном сеченияхтопливопровода. Конструктивные особенности топливной аппаратуры невлияют на характер уравнений неразрывности потока. Однако может бытьувеличено или уменьшено число их членов и количество уравнений.Основные элементы дизельной топливной аппаратуры (плунжер насоса,нагнетательный клапан, игла форсунки) находятся в движении. Это влияет напараметры потока при впрыскивании и на граничные условия.

Поэтому дляописания процессов в ТНВД и форсунке в качестве основных должныиспользоваться два типа уравнений: уравнения неразрывности потокатоплива во всех сосредоточенных объемах ТНВД и форсунки, а такжеуравнения равновесия сил, действующих на перемещающиеся элементы,написанные на основе принципа д'Аламбера (т.е.

с учетом сил инерции). Дляпрактического использования этих уравнений нужно вводить большое число104вспомогательных уравнений, описывающих перемещение плунжера поддействием кулачка, изменение объемов при движении плунжера и клапанов,проходных сечений в отверстиях втулки плунжера и клапанах, зависимостиплотности топлива и коэффициента его сжимаемости от давления и др.Применительно к штатной системе топливоподачи дизеля типа Д50,расчетная схема которой представлена на Рис. 2.16, системы уравнений,описывающих процесс топливоподачи, выглядит следующим образом. Дляопределения давления топлива рт в сечении 13 (Рис. 2.16) на выходе изштуцера ТНВД (во входном сечении топливопровода 14) система уравнений(2.19) используется в виде:p т  p то  [ F (t )  e  kt W (t  Lтр / a )]; ;cт  1 /(a  т ) [ F (t )  e  kt W (t  Lтр / a )] .(2.20)Аналогичная система уравнений, записанная для выходного сечения 18топливопровода 14, имеет вид'p т'  p то [e  kt F (t )  W (t  Lтр / a )] ;cт'  1 /(a  т ) [e  kt F (t )  W (t  Lтр / a )] .(2.21)105Рис.

2.16. Схема системы топливоподачи для расчета параметроввпрыскивания: 1 – кулачок; 2 – плунжер; 3 – наполнительная (отсечная)полость; 4 – наполнительное (отсечное) отверстие; 5 – надплунжернаяполость; 6 – нагнетательный клапан; 7 – разгрузочный поясок; 8 –уплотнительный конус нагнетательного клапана; 9 – полость в штуцеренасоса; 10 – пружина; 11 – вытеснитель; 12 – штуцер насоса; 13 – входноесечение топливопровода; 14 – нагнетательный топливопровод; 15 – упориглы; 16 – пружина; 17 – игла форсунки; 18 – выходное сечениетопливопровода; 19 – полость в форсунке; 20 – запорный конус иглы; 21 –полость под иглой; 22 – распыливающее отверстие форсункиСистемы уравнений (2.20), (2.21) решаются совместно с уравнениямиграничных условий у насоса и форсунки.

Характеристики

Список файлов диссертации