Диссертация (1026340)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТим. Н.Э. БАУМАНАНа правах рукописиУДК 621.436Сергей Александрович ПанкратовУЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СРЕДНЕОБОРОТНОГО ДИЗЕЛЯПУТЁМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ИИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО МЕТОДА УТИЛИЗАЦИИТЕПЛОТЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВСпециальность 05.04.02 - Тепловые двигателиДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук,Д.
О. ОнищенкоМосква – 20172СОДЕРЖАНИЕСтр.ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ИИНДЕКСОВ…………………………………………………………………...6ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………...8ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ,ПОСВЯЩЕННЫХ МОДЕЛИРОВАНИЮ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССАДИЗЕЛЯ………………………………………………………………….........131.1. Классификация математических моделей рабочего процесса………..131.2. Нормирование выбросов вредных веществ с отработавшими газамидизелей…………………………………………………………………..........151.3. Методы снижения концентрации вредных веществ в отработавшихгазах дизелей………………………………………………………………….221.4. Образование оксидов азота……………………………………………...241.5. Утилизация теплоты отработавших газов……………………………...261.5.1.
Методы утилизации теплоты отработавших газов…………………..261.5.2. Прямое преобразование тепловой энергии в электрическую спомощью термоэлектрического генератора………………………………...291.6. Выводы по главе 1……………………………………………………….32ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГОПРОЦЕССА СРЕДНЕОБОРОТНОГО ДИЗЕЛЯ ИТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА………………………………342.1. Обобщенная система уравнений переноса……….………………..…...342.2. Моделирование турбулентности………………………………………..362.2.1. Подходы к моделированию турбулентных течений………………...362.2.2. Модель турбулентности k-ε…………………………………………...382.2.3. Модель турбулентности k-ζ-f………………………………………….392.3. Пристеночные функции и модели теплообмена в пограничном слое..413Стр.2.3.1.
Особенности течения в пристеночном слое………………………….412.3.2. Гибридные пристеночные функции…………………………………..432.3.3. Стандартная модель теплообмена…………………………………….442.4. Моделирование сгорания…………………………..…………………...452.4.1. Модель сгорания Магнуссена-Хартагера……………………………452.4.2. Трёхзонная расширенная модель когерентного пламени…………..472.5.
Численное интегрирование уравнений переноса………...……………492.6. Виды расчётных сеток для моделирования рабочего процесса дизеля552.6.1. Моделирование процессов сжатия и сгорания для секторацилиндра………………………………………………………………………552.6.2. Моделирование процессов сжатия и сгорания для целогоцилиндра………………………………………………………………………562.6.3. Моделирование процессов впуска, сжатия и сгорания……………..602.6.4.
Моделирование процессов впуска, сжатия, сгорания и выпуска…..602.7. Моделирование впрыскивания топлива……………………………..…612.7.1. Основные уравнения динамики капель топлива……………….……612.7.2. Математическая модель распада капель топлива……………….…..632.7.3. Математическая модель нагрева и испарения капель топлива…….642.8. Выбор модели турбулентности…………………………………………662.9. Выбор алгоритма коррекции давления………………..….……….……692.10. Выбор модели сгорания………………………………………..………702.11.
Выводы по главе 2……………………………………………………...72ГЛАВА 3. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИСЛЕДОВАНИЕРАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СРЕДНЕОБОРОТНОГО ДИЗЕЛЯ……………..733.1. Экспериментальное исследование рабочего процессасреднеоборотного дизеля 1ЧН26,5/31 (ЭД500) ……………………………733.1.1. Описание экспериментальной установки дизеля 1ЧН26,5/31(ЭД500) ………………………………………….…….….………………..…734Стр.3.1.2. Результаты испытаний двигателя 1ЧН26,5/31……………………….753.2. Определение исходных данных для трехмерного моделирования…..773.3. Исходные данные для моделирования впрыскивания топлива………793.3.1. Верификация математической модели распространения струитоплива………………………………………………………….………..……793.3.2.
Расчёт характеристики впрыскивания…………...………...…………833.3.1. Моделирование рабочего процесса с использованием различныхнастроек модели испарения капель топлива………………….…..…...……843.4. Расчёт процесса впуска дизеля ЧН26,5/31………………….....……….863.4.1. Верификация математической модели продувки впускного канала863.4.2. Расчёт процесса впуска дизеля ЧН26,5/31 на режиме номинальноймощности………………………………………………………………..……923.4.3. Расчёт процесса впуска дизеля ЧН26,5/31 на различных режимахпо нагрузочной характеристике……………………………………………..993.4.4. Влияние температуры воздуха на впуске на вихревое число икоэффициент наполнения среднеоборотного двигателя…………………..1023.4.5. Влияние давления на входе во впускной канал на вихревое числои коэффициент наполнения среднеоборотного двигателя………………..1033.4.6.
Влияние частоты вращения коленчатого вала на вихревое число икоэффициент наполнения среднеоборотного двигателя…………………..1053.4.7. Влияние одновременного изменения частоты вращенияколенчатого вала и давления на впуске на вихревое число икоэффициент наполнения среднеоборотного двигателя…………………..1093.5. Моделирование процессов сжатия и сгорания дизеля ЧН26,5/31……1103.6. Снижение выбросов оксидов азота с отработавшими газами дизеля..1133.6.1.
Влияние вихревого числа на параметры дизеля…………..………...1133.6.2. Выбор числа сопловых отверстий распылителя………..…………...1163.6.3. Выбор размеров камеры сгорания………….……………...…………1185Стр.3.7 Выводы по главе 3…………………………………………………..……120ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯЭФФЕКТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СРЕДНЕОБОРОТНОГО ДИЗЕЛЯ...1214.1. Термоэлектрический генератор…………………………………………1214.2. Моделирование течения в проточной части горячеготеплообменника………………………………………………………………1234.2.1.
Математическая модель обтекания облунённой поверхности……..1234.2.2. Моделирование течения в горячем теплообменнике………………..1294.3. Математическая модель теплообмена в термоэлектрическомгенераторе…………………………………………………….…….…………1384.4. Моделирование работы термоэлектрического генератора……………1424.5.
Увеличение длины ТЭГ…………………………………………………1464.6. Влияние термоэлектрического генератора на двигатель……………...1484.6.1. Влияние сопротивление на выпуске на мощность двигателя………1484.6.2. Мощность на прокачку теплоносителя………………………………1494.7. Выводы по главе 4…………………………………………………….…151ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИИ……….153СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………155ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………………….1716ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ИНДЕКСОВУсловные обозначения[NO]– массовая концентрация оксидов азота–W– скоростьм/сρ– плотностькг/м3k– кинетическая энергия турбулентностим2/с2n– частота вращения коленчатого валамин-1рz– максимальное давление в цилиндребарp– давлениебарΦ– произвольная зависимая переменная–λ– теплопроводностьВт.м-1.К-1– символ Кронекера–k– кинетическая энергия турбулентностим2/с2y+– безразмерное расстояние от стенки–U+– безразмерная скорость–α– коэффициент теплоотдачи, коэффициент термо-ЭДС Вт.м-2.К-1, В/Кαв– коэффициент избытка воздуха–Re– число Рейнольдса–Nu– число Нуссельта–Pr– число Прандтля–Dn– вихревое число–ηV– коэффициент наполнения–Индексыi, j, k – текущие индексы; w – значение параметра на поверхности стенки;∞ – значение параметра за пограничным слоем, pl – гладкая поверхность, m –осреднение по поверхности, ms – осреднение по поверхности с учётомувеличения площади.7Список основных сокращенийВМТ – верхняя мёртвая точка;ДВС – двигатель внутреннего сгорания;КО – контрольный объем;КС – камера сгорания;МКО – метод контрольных объёмов;НМТ – нижняя мёртвая точка;ОГ – отработавшие газы;СОД – среднеоборотный двигатель;ТЭГ – термоэлектрический генератор;ТЭБ – термоэлектрическая батарея;УПКВ – угол поворота коленчатого вала;CFD – Computational fluid dynamics, вычислительная гидродинамика;ECFM-3Z – Трёхзонная расширенная модель когерентного пламени;EGR – Exhaust gas recirculation, рециркуляция отработавших газов;RANS – Reynolds-averaged Navier–Stokes, уравнения Навье-Стокса в формеРейнольдса.Остальные обозначения и индексы пояснены в тексте диссертационнойработы.8ВВЕДЕНИЕАктуальность задачи.
В настоящее время основным требованием кбольшинствутиповпоршневыхдвигателейявляетсяповышениеэффективности и снижение токсичности отработавших газов. В тоже время, этизадачи сопряжены с необходимостью всё более возрастающего форсированиядвигателей.Основнымпутёмдостижениятребуемыхпараметровявляетсясовершенствование рабочего процесса и эффективное использование энергииотработавших газов. Следует подчеркнуть, что в последнее время практическивсе ведущие производители поршневых двигателей широко развернули работыпо исследованию и внедрению на практике термоэлектрических генераторов(ТЭГ), основанных на эффекте Зеебека и позволяющих преобразовать тепловуюэнергию отработавших газов в электрическую.
Здесь, прежде всего, следуетотметить разработки таких автомобильных производителей, как BMW и GM.Что касается среднеоборотных двигателей, это направление только начинаетразвиваться и ОАО «Коломенский завод» стал одним из первых, где вопросусоздания и внедрения ТЭГ в состав комбинированного двигателя уделяетсядолжное внимание.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
