Диссертация (1026340), страница 13
Текст из файла (страница 13)
3.33. Изменение частоты вращения вихря в зависимости от частотывращения коленчатого вала и аппроксимирующие линейныефункции для вихревого числа (показаны тонкими линиями)1093.4.7. Влияние одновременного изменения частоты вращения коленчатоговала и давления на впуске на вихревое число и коэффициент наполнениясреднеоборотного двигателяДля определения влияния частоты вращения коленчатого вала n идавление на входе во впускной канал pin на вихревое число и коэффициентнаполнения была проведена серия численных экспериментов с варьированием nот 400 до 1000 мин-1 и pin от 1 до 5 бар. Температура впускного воздуха 336 К.На стенках каналов заданы граничные условия адиабатности и прилипания.
Всеграничныеиначальныеусловиякромевышеуказанныхзадавалисьидентичными на всех режимах. Результаты моделирования приведены вТаблицах 23-25.Таблица 23.Вихревое число в ВМТ (Uö8S )в зависимости от частоты вращенияколенчатого вала и давления на впуске1200100080060040051.105221.140431.1553941.099211.134921.151081.20141.236331.090481.119121.147611.195521.077931.117581.128731.17621.214911.053611.097121.117181.16061.1911Таблица 24.Вихревое число в момент закрытия впускных клапанов (30 градусов послеНМТ) (UöEóS ) в зависимости от n и pk1200100080060040051.286881.226091.2492241.178221.223751.248311.29921.342131.171451.214071.248581.297221.286881.216061.237451.28691.286911.153781.204431.234441.28231.3255110Таблица 25.Коэффициент наполнения в зависимости от n и pk1200100080060040050.954230.95845620.9583940.953540.95775040.957630.95650.953930.952850.9568570.956550.955520.951180.95535430.955130.95410.951810.948550.95297950.953010.95210.9489Зависимость вихревого движения от оборотов коленчатого вала идавления наддува можно представить в виде степенной зависимости:ö;_/•Jö;_/•J_ FGö;_L5Jö;_L5J_ FGгде= 0.992 Œ= 1.011 Œ£öHâ = 1000мин* ,£Æ_EóS_öHâ = 1223.75мин* .öö FGöö FGÈ.•§È.K•Œ=Œ==DD_ FG=DD_ FGlˆ_öHâ = 4бар,È.È § Ê•È.È•£Æ_ÊK,(3.6),(3.7)8S_öHâ= 1134.92мин* ,3.5.
Моделирование процессов сжатия и сгорания дизеля ЧН26,5/31Моделировалось течение в секторе камеры сгорания. Использоваласьосесимметричная контрольнообъёмная расчётная сетка, которая строилась спомощью программы ESE Diesel. Размер ячейки двухмерной сетки: от 693.5 до746.5 градусов УПКВ – 0.8 мм, на остальных УПКВ – 2 мм. Трёхмерная сеткастроилась поворотом этой сетки вокруг оси цилиндра (Рис. 3.34). Числоконтрольных объёмов: 143 тыс. контрольных объёмов в ВМТ, 423 тыс. – вНМТ.
Для сохранения степени сжатия (так как осесимметричная сетка неучитывает выточки под клапана, выемку в крышке цилиндра и некоторыедругие объёмы) создаётся буферный объём.111Рис. 3.34. Двухмерная расчётная сетка при положении поршня в ВМТ (слева) иНМТ (справа)Начальные условия взяты из нульмерного расчёта (Таблица 13), расчётавпуска (Dn = 1.209), расчёта характеристики впрыскивания (Рис. 3.7). Основныепараметры расчёта приведены в Таблице 26.Таблица 26.Основные параметры расчёта на номинальном режимеШаг по УПКВ, градусовЦикловая подача, г0.2(сгорание)-1(сжатие)2.28, характеристика впрыскивания поРис. 3.7Модель турбулентностиk-ζ-fМодель распада струиWaveМодель испарения капель топливаКритерии сходимости (п.
2.5)Модель сгоранияDukowitzНевязки по давлению 0.01/0.001(705780°); число итераций не менее 5 и неболее 100 (до 705°)/110 (начиная с 705°)ECFM-3ZФактор перемешивания0.6Пристеночные функцииГибридныеМодель теплообменаСтандартная112Расчёт занимает около пяти часов (4-х ядерный процессор Intel Core i5,3.4 GHz; 16 ГБ ОЗУ). Распределение топлива по камере сгорания приведено наРис.
3.35, индикаторная диаграмма и скорость тепловыделения представленына Рис. 3.36-3.37.Рис. 3.37. Распределение топлива (1/αв) по камере сгорания дизеля 1ЧН26,5/31Рис. 3.35. Индикаторная диаграмма дизеля 1ЧН26,5/31113Рис. 3.36. Скорость тепловыделения дизеля 1ЧН26,5/31Видно соответствие экспериментальной и расчётной индикаторнойдиаграмм, особенно до ВМТ, что говорит об адекватности математическоймодели. В то же время, заметно более быстрое снижение расчетного давленияпо сравнению с экспериментальным.3.6. Снижение выбросов оксидов азота с отработавшими газами дизеляВ данном разделе проводится поиск оптимальных вихревого числа, числасопловых отверстий распылителя и формы камеры сгорания.
Цель – снижениеgNOx, ограничения – удельный эффективный расход топлива и максимальноедавление цикла не выше начальных.3.6.1. Влияние вихревого числа на параметры дизеляПроверяем возможность совершенствования дизеля путем изменениязакрутки потока. Проведены расчёты для номинального режима для вихревыхчисел от 0 до 2.5.114Результаты моделирования приведены на Рис. 3.38-3.40 и в Таблице 27.Из рисунков видно, что затухание вихря тем больше, чем больше вихревоечисло. Зависимость вихревого числа от УПКВ для моделирования впускапрактически совпадает с зависимостью при расчёте сектора цилиндра до началасгорания (расчёт впуска моделировался без сгорания).Таблица 27.Результаты моделирования рабочего процесса для разных вихревых чиселDn00.511.2091.522.5ge, г·кВт-1ч-1241.6225.1210.4206.31205.6214.1228.8Ne, кВт282.9303.7324.9331.3332.5319.3298.7gNOx,г·кВт-1ч-113.1513.9114.9416.4718.2317.318.36pz, бар184.9186.5188189.7191.3193.7196.1Рис.
3.38. Распространение топлива в ВМТ (зоны с α меньше 0.5) для разныхвихревых чисел115Рис. 3.39. Индикаторные диаграммы для разных вихревых чисел. Пунктиромпоказано моделирование процесса впуска. УОВТ 15 градусов116Рис. 3.40. Влияние вихревого числа в момент закрытия впускных клапанов наудельныйэффективныйрасходтоплива(ge,г·кВт-1·ч-1),максимальное давление в цилиндре ( pz, бар) и удельные выбросыоксидов азота (gNOx, г·кВт-1·ч-1) на режиме номинальной мощностидизеля ЧН26,5/31Из рисунка видно, что с увеличением вихревого числа увеличиваютсяудельные выбросы оксидов азота и максимальное давление в цилиндре. Такжесуществует оптимально значение вихревого числа с точки зрения минимизациирасхода топлива.
Максимум мощности достигается при текущем вихревомчисле.3.6.2. Выбор числа сопловых отверстий распылителяПроводим моделирование рабочего процесса при разных количествахотверстий распылителя форсунки. При этом диаметры отверстий былиподобраны для сохранения давления впрыскивания. Результаты приведены вТаблице 28 и на Рис. 3.41 (исходное число сопловых отверстий – восемь) .117Таблица 28.Результаты моделирования рабочего процесса для разного числа сопловыхотверстий распылителяЧисло сопловыхотверстий распылителя789101112ge, г/кВт·ч209.7206.31206.4209.0214.2225.2Ne, кВт326331.3331.2327.0319.1303.5gNOx, г/кВт·ч16.5716.46916.2813.8612.5010.07pz, бар191.3189.7190.5191.2191189.4Рис.
3.41. Влияние числа сопловых отверстий распылителя на удельныйэффективный расход топлива (ge), максимальное давление вцилиндре (pz) и удельные выбросы оксидов азота ( gNOx ) на режименоминальной мощности дизеля ЧН26,5/31Из таблицы и рисунка видно, что изменение числа сопловых отверстийприводит к ухудшению расхода топлива, при этом его нельзя снизитьизменением угла опережения впрыскивания топлива, так как это приведёт кещё большему увеличению максимального давления в цилиндре.
Поэтому былооставлено 8 сопловых отверстий.1183.6.3. Выбор размеров камеры сгоранияРассматриваем камеры сгорания типа Гессельман, поскольку онинаиболеераспространенынасреднеоборотныхдизелях.Исследуетсязависимость ge, gNOx и pz от двух размеров камеры сгорания: T и Db (Рис. 3.42).Результаты приведены в Таблице 29.Рис.
3.42 Параметризация камеры сгоранияТаблица 29.Результаты моделирования для различных камер сгоранияgegNOxг/кВт·ч г/кВт·чpz,барT, мм13.515.5238Db, мм17.519.5206.9917.79192208.4616.96190.6210.4914.82188.9243212.6513.18187.3207.8516.63190207.8516.63190.2206.3317.79191.9248212.4113.18187.1209.4214.49188.3206.3116.47189.7204.8918.28191.6253212.1813.18186.8208.6914.66188.5206.0016.30188.9Полужирным обозначены значения для исходной камеры сгорания. Красным – значения больше, чем в исходной камересгорания, зелёным – меньше.119Наиболее соответствуют цели поиска оптимальных значений камерысгорания 1 и 11. Для них подобраны углы опережения впрыскивания топлива,при которых наблюдается наименьший расход топлива при pz не болееисходного (Таблица 30).Таблица 30.Сравнение камер сгоранияНомеркамерысгоранияdef111УОВТ,градусов1515.315.4ge, г/кВт·ч206.31209.05208.33Ne, кВт331.3327.0328.1gNOx, г/кВт·ч16.4714.3914.43pz, бар189.7189.5189.81203.7.
Выводы по главе 31. Разработана методика исследования рабочего процесса среднеоборотногодизеля 1ЧН26,5/31 (ЭД500) согласно следующей последовательности:нульмерное моделирование с целью определения исходных данных длятрехмерного моделирования; моделирование процесса наполнения;моделирование тактов сжатия и сгорания и выбор параметров моделейиспарения капель топлива и сгорания.2. Проведена оценка вихревого числа среднеоборотного двигателя путёммоделированияпроцессоввпускаисжатияипроанализированоизменение вихревого числа и коэффициента наполнения по нагрузочнойхарактеристике.3. Исследовано влияние давления наддува, частоты вращения коленчатоговала и температуры впускного воздуха на вихревое число.
Установлено,чтос увеличением температуры и давления наддувочного воздухавихревое число незначительно увеличивается, а с увеличением частотывращения коленчатого вала - линейно падает. При этом частота вращениявихря растёт пропорционально n0.9.4. Определено значение вихревого числа, обеспечивающее минимальныйрасход топлива в момент закрытия впуска, равное 1.2-1.3.5. По результатам исследования влияния числа сопловых отверстийраспылителя на эффективные показатели дизеля установлено, чтоминимальный удельный расход топлива достигается при восьмисопловых отверстиях.6. Показано, что размеры камеры сгорания заметно влияют на эффективныепоказатели дизеля, в частности установлено, что путём удачного выборагеометрических размеров камеры сгорания можно снизить выбросыоксидов азота на 13%, сохранив при этом значения удельного расходатоплива и максимального давления в цилиндре.121ГЛАВА 4.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯЭФФЕКТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СРЕДНЕОБОРОТНОГО ДИЗЕЛЯ4.1. Термоэлектрический генераторКак уже было сказано, в настоящее время термоэлектрическиегенераторы разрабатываются в основном для автомобильных двигателей,однако начинает развиваться направление ТЭГов для среднеоборотныхдвигателей. В России в МГТУ им. Н.Э. Баумана под руководством академикаА.И.ЛеонтьеваипрофессоровР.З. КавтарадзеиД.О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
