Диссертация (1024783), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Полученные расчетные характеристики топливоподачисвидетельствуют о том, что при прочих равных параметрах этих двух системпри использовании системы ЭСУВТ.01 отмечен значительный приростдавления впрыскивания в начальной фазе топливоподачи и более резкий спаддавления впрыскивания в заключительной фазе топливоподачи по сравнениюсо штатной системой (см.
Рис. 2.20 второй главы). Быстрое нарастание130давления впрыскивания в начале подачи и быстый спад этого давления вконце подачи объясняется тем, что электроуправляемый клапан ТНВДсистемы ЭСУВТ.01 срабатывает значительно быстрее, чем открываются изакрываются наполнительные (отсечные) окна гильзы плунжера в штатномтопливном насосе высокого давления (см.
Рис. 2.21 второй главы). Такоеизменение характеристики давления впрыскивания и, соответственно, законаподачи топлива, несомненно, оказывает определенное влияние и напротекание дальнейшего рабочего процесса исследуемого дизельногодвигателя. Обэтом, вчастности,проведенныеэкспериментальныесвидетельствуютимногочисленныерасчетныеисследованиятопливоподающих систем, используемых в дизелях различного назначения[29, 32, 37, 39, 70, 107, 135, 185].Экспериментальная оценка влияния закона подачи, реализуемогоуказанными системами топливоподачи, на показатели тепловозного дизеля,осложняется необходимостью исследования различных законов подачи исложностью реализации этих законов подачи на развернутом двигателе.
Вэтом случае необходимо изготовление нескольких кулачковых валов ТНВД скулачками, профили которых реализуют требуемые законы подачи,поочереднаяустановкаэтихтопливныхнасосовнадвигательиэкспериментальное определение параметров дизеля с каждым из этих ТНВД.В связи с этим в данном случае более рациональным представляетсяиспользованиерасчетныхсовременныхмоделяхсовременныхпрограммныхметодоврабочегоисследования,процессакомплексовдлябазирующихсядизелей.наИспользованиемоделированиярабочегопроцесса дизелей позволяет с наименьшими материальными и временнымизатратами оценить влияние закона подачи на протекание рабочего процессадизелей,показателиеготопливнойэкономичностиитоксичностиотработавших газов [17, 29, 31].
При этом появляется возможностьрасчетного исследования значительного числа законов подачи топлива, что131не всегда возможно при использовании экспериментальных методовисследования дизелей.3.2. Программные комплексы для моделированиярабочего процесса дизелейВыбор того или иного программного комплекса для моделированиярабочегопроцессаобусловленкакконструктивнымиособенностямиисследуемого дизельного двигателя, так и теми задачами, которыенеобходимо решить при расчетных исследованиях. Немаловажное значениеимеют также время, необходимое для расчета рабочего процесса, и точностьполученных расчетных данных.
При этом определяющим фактором являетсяналичие необходимого компьютерного оборудования и степень его загрузки.Современноепрограммноеобеспечениедлямоделированияиоптимизации рабочего процесса дизелей весьма разнообразно. Значительныеусилия передовых научных центров сосредоточены на развитии технологииComputationalFluidDynamic(CFD),реализующейтрехмерноемоделирование течения газа и впрыскиваемого топлива в цилиндрах иколлекторах ДВС.
Рассматриваемые элементы двигателя разбиваются набольшое количество ячеек (300…600 тыс.), в каждой из которых решаетсясистема уравнений сохранения массы, энергии, количества движения. Впроцессерасчетамоделируютсяпроцессыиспарения,сгоранияиобразования вредных веществ.
Наибольшей популярностью пользуютсяпрограммы: KIVA (Los Alamos), FIRE (AVL), VECTIS (Ricardo), STAR-CD(ComputationalDynamicsLtd.)[31,86].Значительныеусилияпредпринимаются для организации расчета в них эмиссии сажи, NOx и CO.Однако утверждать, что эта задача решена, пока преждевременно.Достоверность результатов расчета, как правило, недостаточная дляпрактических нужд. Существенным недостатком технологии CFD на132сегодняшний день является трудоемкость расчетов и необходимостьиспользования суперкомпьютеров. Время счета одного варианта составляетдесятки и даже сотни часов.
Подготовка квалифицированным специалистомданных для одного варианта расчета занимает несколько дней. Инженернаяоптимизация процесса ДВС с расчетом сотен и тысяч вариантов конструкцийпока невозможна, хотя эти программы с успехом используются для другихцелей, например, для доводки газовоздушного тракта ДВС.Наряду с технологией CFD традиционно существует и развиваетсядругойподходиспользующий–0-итермодинамический1-мерныеилипредставления.феноменологический,Мировымилидерамипопулярности здесь являются программы BOOST (AVL), WAVE (Ricardo), GT-Power (Gamma Technologies). Из отечественных разработок, доведенных докоммерческого исполнения, следует назвать программы ИМПУЛЬС иВОЛНА (ЦНИДИ), ДИЗЕЛЬ-2/4т (МГТУ им.
Н.Э. Баумана). Конкурирующиемежду собой программы BOOST, WAVE и GT-Power представляют собойвесьма совершенные разработки, в частности, для отработки газовоздушноготракта и подбора агрегатов наддува. Для работы такой программыдостаточно процессора Pentium. Для расчета сгорания эти программыиспользуют методики, базирующиеся на уравнениях, предложенных еще в1962 г.
И.И. Вибе, или на более поздних, но аналогичных подходах. Всезарубежныепрограммыпозволяютпользователямподключатьсвоиподпрограммы для расчета процесса сгорания. Но именно моделированиесмесеобразования и сгорания представляет собой основную проблему приразработке таких программ. В лучшем случае, применяются расчетныеметоды, каким-либо образом учитывающие характеристику впрыскивания имелкость распыливания, среднее расстояние от сопел до стенки итурбулизацию заряда.
В частности, в последней версии программыИМПУЛЬС (ЦНИДИ) и ранних версиях программы ДИЗЕЛЬ (МВТУ им.Н.Э. Баумана) реализована методика расчета сгорания, опубликованная133профессором Н.Ф. Разлейцевым в 1980 г. и являвшаяся в то время самойпередовой из существующих методик [136]. В американской программе GT-Power, в качестве дополнительной к модели И.И. Вибе, реализована модельсгорания профессора Х. Хироясу (H. Hiroyasu), в которой рассматриваетсяразвитие свободной струи.Для моделирования рабочего процесса дизеля с различными системамитопливоподачииспользованпрограммныйкомплексДИЗЕЛЬ-РК,разработанный в МГТУ им.
Н.Э. Баумана и предназначенный для расчетныхисследований рабочих процессов двух- и четырехтактных ДВС без наддува ис турбонаддувом [85, 86, 227, 228]. В состав программного комплексаДИЗЕЛЬ-РК включена программа визуализации процесса смесеобразования,которая отображает результаты расчета развития топливных струй иобразованныхструямипристеночныхпотоков.Анализнаглядногоизображения подвижной картины развития топливных струй при проведениикомпьютерной оптимизации смесеобразования позволяет контролироватьколичество топлива, попадающего в характерные зоны камеры сгорания(КС), и добиваться его наивыгоднейшего распределения по объему КС.Программный комплекс ДИЗЕЛЬ-РК прошел проверку на двигателяхразной размерности, быстроходности и назначения и показал хорошеесоответствие расчетных и экспериментальных данных. В частности,некоторые результаты экспериментальных и расчетных исследований дизелятипа СМД-60 (6 ЧН 13/11,5), проведенных с использованием программногокомплекса ДИЗЕЛЬ-РК, представлены на Рис.
3.1.Программный комплекс ДИЗЕЛЬ-РК позволяет проводить расчетныеисследования рабочего процесса практически любых ДВС. Использованиематематических моделей, отражающих сущность физических процессов,происходящихвдвигателе,позволяетполучитьвысокуюточностьрезультатов численного эксперимента.
Опыт использования программногокомплекса ДИЗЕЛЬ-РК применительно к двигателям разного размера и134назначения показал, что программа позволяет проводить расчеты безтрудоемкой предварительной настойки используемых коэффициентов наконкретный двигатель. Правильно настроенная математическая моделькомбинированногоДВСпозволяетприидентичныхэмпирическихкоэффициентах производить весьма точный расчет различных режимовработы двигателей, включая режимы малой мощности.абвгРис.
3.1. Результаты экспериментальных и расчетных исследованийдвижения топливных струй и пристеночных потоков дизеля типа СМД-60: а– расчет; б – экспериментальная кинограмма; в – расчет распределениявпрыснутого топлива по характерным зонам струи № 1; г – скоростьтепловыделения dх/dφ и скорость впрыскивания Qф; 1-4 номера струйВ программном комплексе ДИЗЕЛЬ-РК используется широкий наборрасчетных методов для моделирования происходящих в двигателе сложныхфизических процессов. Для достижения универсальности предпочтение135отдается не эмпирическим, а более трудоемким методам, моделирующимпроцессы, происходящие в ДВС.
Параметры газа в цилиндрах и коллекторахдвигателя определяются путем пошагового решения системы разностныхуравнений сохранения энергии, массы, а также уравнения состояния,записанных для открытых термодинамических систем. При этом учитываетсязависимость свойств рабочего тела от состава и температуры.Для расчета смесеобразования и сгорания в дизелях используется РКмодель, в основе которой лежит расчетный метод, предложенный в начале90-х годов профессором Н.Ф.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
