Диссертация (1026340), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Параметр B модели сгорания Магнуссена-Хартагерапрактически не влияет на эффективные показатели. Для трёхзоннойрасширенноймоделикогерентногопламениувеличениефактораперемешивания приводит к более раннему сгоранию и увеличениюмаксимальногодавленияцикла.Наиболееполноесоответствиесэкспериментом достигается при использовании трёхзонной расширенноймодели когерентного пламени и фактора перемешивания равного 0.6.73ГЛАВА 3. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИСЛЕДОВАНИЕРАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СРЕДНЕОБОРОТНОГО ДИЗЕЛЯ3.1. Экспериментальное исследование рабочего процесса среднеоборотногодизеля 1ЧН26,5/31 (ЭД500)Использовался эксперимент, проводившийся при участии автора наКоломенском заводе под руководством главного конструктора Рыжова. Вданном эксперименте снималась индикаторная диаграмма одноцилиндровогодизеля ЧН26,5/31 (Д500), также измерялись эффективные показатели итоксичность.3.1.1.
Описание экспериментальной установки дизеля 1ЧН26,5/31 (ЭД500)Экспериментальнаяодноцилиндровыйустановка [124]среднеоборотныйдизельпредставляет1ЧН26,5/31собой(ЭД500)снагружающим устройством Dyno Road 604/4Sx (асинхронный динамометр).Нагрузка двигателя осуществлялась асинхронным динамометром типаDynoRoad 604/4 Sx. Измерение крутящего момента осуществлялось с помощьюдатчика крутящего момента НВМ Т40 10 кNм.
Индицирование процессовсгорания,топливоподачиигазообменапроизводилосьсистемойAVL IndiSmart 612.Параметры двигателя представлены в Таблице 11, форма камерысгорания представлена на Рис. 3.1. Структурная схема экспериментальнойустановки,управлениясостоящейиздвигателя,установкаисистем,нагружающегообеспечивающихпредставлена на Рис. 3.2 [124].Рис. 3.1.
Форма камеры сгорания дизеля ЧН26,5/31 (ЭД500)устройства,работублокадвигателя,74Таблица 11.Параметры дизеля 1ЧН26,5/31 (ЭД500)ПараметрЗначениеДиаметр цилиндра/ход поршня, мм/мм265/310Номинальная мощность при 1000 мин-1, кВт331Степень сжатия15.5Число и диаметр сопловых отверстий распылителя, - х ммРис.3.2.Структурнаясхемаэкспериментальной8 х 0.45установки.АСИ–автоматизированная система измерений; БУУ – блок управленияустановкой; СУД – система управления дизелем; СУН – системауправления нагрузкой; СС – система синхронизации; СО – системаохлаждения; ССм – система смазки; СТ – система топливная; БЭИ– блок экологических измерений; КО – контрольный объём; ОД –объём демпфирующий; ЗУ – заслонка управления; СР – системарециркуляции; ВВ – высоковольтный выключатель; БД – блокдатчиков; ИЗ – инвентор запуска; Р – реостат; АЦОИ –автономный центр обработки информации; ФТЧ – фильтр твёрдыхчастиц753.1.2.
Результаты испытаний двигателя 1ЧН26,5/31Испытания проводились на режиме номинальной мощности, а также нарежимах 110%, 75%, 50% от номинальной мощности и на режиме холостогохода. В ходе испытаний экспериментальным путём на первом этапеоптимизациивыбраныпараметрывпрыскиваниятоплива,фазыгазораспределения, степень сжатия и форма камеры сгорания.Параметры двигателя на разных режимах работы представлены вТаблице 12.
Индикаторная диаграмма на номинальном режиме представлена наРис. 3.3.Таблица 12.Результаты испытаний дизеля 1ЧН26,5/31 (ЭД500)ПараметрЗначенияЧастота вращения, мин-11000100010001000Цилиндровая мощность развёрнутогодвигателя, кВт (л.с.)368334251167(500)(454)(341)(227)Тормозная мощность развёнутогодвигателя, %11010075500Давление наддувочного воздуха вресивере двигателя, избыточное,кгс/см23,22,81,91,10Заданный электронный уголопережения подачи топлива, град.п.к.в. до ВМТ2630303013Угол опережения впрыскиваниятоплива, действительный, град п.к.в.до ВМТ121515159Цикловая подача топлива, г/цикл2,612,281,671,180,121Максимальное давление сгорания,кгс/см220019517313647Максимальное давлениевпрыскивания топлива, кгс/см21630154014501170315400076Таблица 12 (продолжение).Результаты испытаний дизеля 1ЧН26,5/31 (ЭД500)ПараметрЗначенияПродолжительность впрыскиваниятоплива, град п.к.в.394425175УПКВ, соответствующиймаксимальному давлениювпрыскивания топлива, град п.к.в.относительно ВМТ20124-7-9Удельный расход топлива, г/(кВт·ч)206,31213,72202,20214,69Удельный выброс оксидов азота,г/(кВт·ч)16,46913,58819,99323,03Удельный выброс оксида углерода,г/(кВт·ч)0,9210,6660,2790,518Удельный выброс углеводородов,г/(кВт·ч)0,0300,0060,0250,075Дымность отработавших газов, ед.Bosch0,100,100,100,27843884778740(570)(611)(505)(467)Температура отработавших газов навыходе из цилиндра, К (°С)77Рис.
3.3. Индикаторная диаграмма дизеля 1ЧН26,5/31 (ЭД500) на номинальномрежиме. P – давление в цилиндре, Pf – давление перед форсункой, DX– скорость тепловыделения3.2. Определение исходных данных для трехмерного моделированияКакправило,трёхмерноемоделированиепроводятсовместноснульмерным или одномерным. Это позволяет получить исходные данные длятрёхмерного расчёта: параметры в цилиндре в начале трёхмерного расчёта итемпературы стенок камеры сгорания. Кроме того, это помогает выявитьошибки при проведении эксперимента и избежать грубых ошибок приобработке эксперимента (таких как неправильное задание характеристикивпрыскивания).
На Рис. 3.4, 3.5. приведены сопоставление результатовнульмерного моделирования с экспериментальными данными.78Рис. 3.4. Экспериментальные и расчётные индикаторные диаграммы наноминальном режимеРис. 3.5. Скорость тепловыделения на номинальном режиме, полученные израсчётных и экспериментальных индикаторных диаграмм79Из нульмерного расчёта получены данные для моделирования сжатия исгорания, Таблица 13.Таблица 13.Данные для моделирования тактов сжатия и сгоранияДавление начала сжатия, бар3.79Температура начала сжатия, К370.3Температуры огневых поверхностей деталей, Кпоршень579.27крышка цилиндра526.61втулка390Коэффициент остаточных газов0.0143.3. Исходные данные для моделирования впрыскивания топлива3.3.1.
Верификация математической модели распространения струитопливаДля моделирования рабочего процесса необходимо настроить модельраспространения струи топлива. В данной работе использовалась модельраспада струи Wave. Константа модели С2 зависит от геометрическихпараметров сопловых отверстий, времени распада, поверхностного натяжения,чисел Вебера и Рейнольдса и других параметров; рекомендуемые значения11..20. C3 рекомендуется брать равным 1. С4 управляет массой дочерних капельв окресности форсунки.
Влияние на форму индикаторной диаграммы оказываетнесущественное, но влияет на момент воспламенения и трехмерную картинувнутри камеры сгорания. Константа С5 также оказывает влияние на массудочерних капель.Так как при испытаниях дизеля 1ЧН26,5/31 (ЭД500) не проводилосьисследования впрыскивания в бомбу, для верификации был взят эксперимент,проводившийсявRostockUniversity [123].Вданномэкспериментеисследовалось впрыскивание топлива в бомбу с холодным воздухом (25 C̊ ) при80разных давлениях. Впрыскивание проводилось через игольчатую форсунку, вкоторой все сопловые отверстия (диаметр 0.27 мм) кроме одного были закрыты;давлениеваккумуляторесоставляло1400бар,продолжительностьвпрыскивание 2.7 мс; цикловая подача в публикации не указана и принята 46.25мг.ОсновныепараметрырасчётаприведенывТаблице14.Контрольнообъёмная сетка представлена на Рис.
3.6, размер ячейки 0.4х0.4х1мм, общее число ячеек 1.5 млн.Таблица 14.Параметры расчёта струи топливаДавление воздуха, бар14, 50Шаг по времени, мс0.01Модель турбулентностиk-ζ-fМодель распада струиWaveC10.61C211C31C40.1C51NINTROхNCIRCDхNSIZESРис. 3.6. Контрольнообъёмная расчётная сетка5х5х581Результаты расчёта представлены на Рис. 3.7.
Из рисунка видно хорошеесоответствие расчёта и эксперимента. Расхождение на начальном участке,скорее всего, объясняются не полным соответствием исходных данныхэксперименту. Константы модели распространения струи топлива практическине влияют на длину факела, принимаем C2 = 11.Рис. 3.7.
Экспериментальная и расчётная дальнобойность струи топлива взависимости от времени при впрыскивании в бомбу (давление ваккумуляторе 1400 бар)Далее проводим исследование влияния коэффициента C2 на параметрыдизеля. Результаты представлены на Рис. 3.8-3.9. Из рисунков видно, чтоконстанта C2 почти не влияет на эффективные показатели дизеля. Вдальнейших расчётах используется значение C2 = 11.82Рис. 3.8. Индикаторные диаграммы при значениях константы C2 модели WAVEравных 11 и 20Рис.
3.9. Скорости тепловыделения при значениях константы C2 модели WAVEравных 11 и 20833.3.2. Расчёт характеристики впрыскиванияДля моделирования сгорания важно правильно задать характеристикувпрыскивания (расход через форсунку). Как правило, в экспериментахизмеряется давление топлива перед форсункой в зависимости от УПКВ,которое нужно перевести в расход. В данной работе использовалсяпрограммный комплекс Injection Profile, разработанный в МГТУ им.Н.Э. Баумана профессором А.С. Кулешовым, профессором Л.В. Греховым,Ю.М. Фадеевым и А.А. Кулешовым. Скорость впрыскивания, полученная изкривой давления перед форсункой и параметров ТПА, представлена наРис.
3.10.Рис. 3.10. Параметры впрыскивания, полученные в программном комплексеInjection Profile84Расход P через сопловые отверстия также можно получить, используязависимость:P = Aс с , K‰впр − ‰ц N,Yгде Aс ≈ 0.67 – коэффициент расхода сопловых отверстий,(3.1)с– проходноесечение сопловых отверстий; ρ – плотность топлива (для дизельного топливаоколо 840 кг/м3); ‰впр и ‰ц – давление впрыскивания и в цилиндре,соответственно.
Следует отметить, что зависимость (3.1) имеет место толькопри неподвижном положении иглы распылителя.3.3.1. Моделирование рабочего процесса с использованием различныхнастроек модели испарения капель топливаБыло проведено моделирование рабочего процесса с различнымзначением коэффициентов E1 и E2, на которые умножаются коэффициентытепло- и массообмена в модели испарения капель топлива Духовица (п. 2.7.3).Результаты расчётов приведены на Рис. 3.11 и 3.12. Из рисунков видно, чтоконстанты E1 и E2 не влияют на скорость испарения топлива и индикаторнуюдиаграмму дизеля. Далее используются значения E1 = 0.9 и E2 = 1.85Рис. 3.11.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
