Метод совершенствования процесса смесеобразования для двигателя с искровым зажиганием и расслоением заряда (1095054), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Результаты расчета локальных коэффициентов избытка воздуха:а – распределение смеси в верхней плоскости цилиндра при GвΣ = 21,6 кг/ч; б –распределение смеси в верхней плоскости цилиндра при GвΣ = 43,2 кг/ч; в –распределение смеси в плоскости перегородки во впускном канале при GвΣ = 21,6кг/ч; г – распределение смеси в плоскости перегородки во впускном канале приGвΣ = 43,2 кг/ч56Сходимость полученных решений подтверждается графиками измененияневязок и значений параметров в характерных точках, приведенными на рисунках3.6 – 3.9.

Основные параметры, рассчитываемые программой VECTIS:P – давление;Pотн. – относительное давление;U – скорость по оси x;V – скорость по оси y;W – скорость по оси z;k – кинетическая энергия турбулентности;ε – диссипация турбулентностиS – концентрация пассивного скаляра.Рисунок 3.6. Изменение невязок основных параметров при расчете,GвΣ = 21,6 кг/ч57Рисунок 3.7. Изменение невязок основных параметров при расчете,GвΣ = 43,2 кг/чРисунок 3.8. Изменение значений основных параметров в точке (34; 7; 0)(межэлектродный зазор свечи зажигания) при расчете, GвΣ = 21,6 кг/ч58Рисунок 3.9.

Изменение значений основных параметров в точке (34; 7; 0)(межэлектродный зазор свечи зажигания) при расчете, GвΣ = 43,2 кг/чТаблица 3.2. Результаты расчета в точке (34; 7; 0) (межэлектродный зазор свечизажигания)GвΣ, кг/ч43,221,6U, м/с4,451,41V, м/с-1,79-0,921W, м/с-4,83-0,320Pотн, Па-2,16-101,8k, м2/с2 ε, м2/с32,5522701,10733α0,8523.2. Исследование процесса смесеобразования на модельной установкеВ исследовательской практике используются различные методы полученияданных о распределении смеси по объему цилиндра, которые можно разделить надве основные группы:591.Газоаналитические методы – подразумевают подвод во впускнойканал трассирующего газа (CO2), который заменяет собой пары топлива [29, 85].В камеру сгорания вводятся зонды, которые отбирают пробы газа в отдельныхточках камеры сгорания при работе ДВС на различных режимах и направляют ихв газоанализатор.

Полученное распределение концентрации трассирующего газа вобъеме камеры сгорания соответствует распределению концентрации паровтоплива в реальном двигателе. Такие методы обеспечивают возможностьколичественного измерения, однако зонды, вводимые в камеру сгорания, вносятизменения в структуру течения свежего заряда. Кроме того, метод затратен повремени и стоимости.2.Оптические методы – основаны на использовании лазерногоизлучения [94, 102, 105].

Исследования проводятся на установках с прозрачнымицилиндрами и/или поршнями, при этом исследуемая область освещается лазернойплоскостью,полученнойпосредствомпропусканиялучалазерачерезкороткофокусную линзу. Для отображения распределения концентрации топливапо исследуемой плоскости в поток воздуха вводятся светоотражающие частицы(например, дым или масляный туман), либо вещества, флуоресцирующие поддействием лазерного излучения. Такие методы дают возможность качественнойоценки распределения смеси внутри цилиндра и никак не влияют на исследуемоетечение.

Системы фото- и видеосъемки позволяют наблюдать процессысмесеобразования в динамике при различных расходах заряда через цилиндр.Для визуализации смесеобразования в данной работе было решеноиспользовать метод «лазерного ножа» [41]. Метод заключается в том, что поток,содержащий мелкие светоотражающие частицы, проходит через лазернуюплоскость («лазерный нож»), образованную пропусканием лазерного луча черезкороткофокусную линзу. При пересечении потока с лазерной плоскостью на нейвозникаетизображение,котороефиксируетсяфотосъемкойнавысокочувствительную пленку, или при помощи кинокамеры выводится на экранмонитора. Для "окрашивания" потока может использоваться дым, туман илитвердые частицы диаметром от 10 до 100 мкм.603.2.1. Исследовательская установкаДляпроведенияисследованийбыларазработанаиизготовленаисследовательская установка (рисунок 3.10), которая содержала стеклянныйцилиндр 1 с внутренним диаметром 100 мм и высотой 100 мм, к которомукрепилась экспериментальная головка 2 с впускной трубой 8 .

Диаметр трубы 100мм был выбран из стандартного ряда размеров.Через карбюратор 5 в цилиндр поступал чистый воздух, а через карбюратор6 – дым, получаемый путем нагрева древесных опилок, находившихся в баке 13,паяльной лампой 14 до температуры t° = 300 °C. Расходы воздуха черезРисунок 3.10. Схема исследовательской установки:1 – стеклянный цилиндр; 2 – головка цилиндра; 3 – свеча зажигания;4, 7 – дроссельные заслонки; 5 – карбюратор для подачи богатой смеси;6 – карбюратор для подачи бедной смеси; 8 – впускная труба; 9 – лазернаяплоскость; 10, 11 – счетчики РГ-40; 12 – заслонка; 13 – бак с опилками;14 – паяльная лампа; 15 – линза; 16 – лазер; 17 – вакуумный насос;18 – вакуумный бак; 19 – запорный кран; 20 – заслонка; 21 – вакуумнаямагистраль; 22 – перфорированная шайба61карбюраторы 5 и 6 изменялись заслонками 4 и 7 и измерялись газовымисчетчиками 10 и 11 модели РГ-40.

Цилиндр 1 через перфорированную шайбу 22 имагистраль 21, снабженную заслонкой 20 и запорным краном 19, сообщался сбаком 18 объемом 1 м3, соединенным с вакуумным насосом 17. Изменениеобщего расхода воздуха через установку осуществлялось изменением положениязаслонки 20, что имитировало изменение скоростного режима работы двигателя.Изменение положения дроссельных заслонок 4 и 7 позволяло имитировать работудвигателя при различной нагрузке.Лазерная плоскость 9 образовывалась при прохождении луча непрерывногоаргоновоголазера16фирмыSpectraPhysics,модель164/165,черезцилиндрическую кварцевую короткофокусную линзу 15. Плоскость направлялина электрод свечи зажигания 3 под наклоном для обеспечения возможности фотои видеосъемки.Так как использование паров топлива в физическом экспериментезатруднено, было принято решение использовать чистый воздух в качествемодели богатой смеси, а бедную смесь смоделировать смесью воздуха и дыма.Для корректного эксперимента требовалось соблюсти соотношение плотностей:(3.16)где ρв – плотность воздуха; ρтвс – плотность топливо-воздушной смеси; ρсм –плотность смеси дыма и воздуха.Плотность воздуха при нормальных условиях (температура окружающейсреды T0 = 20 °C, атмосферное давление p0 = 0,1 МПа) ρв0 = 1,2041 кг/м3.

Примемдля двигателя УМЗ-414 температуру подогрева свежего заряда ΔT = 15 °C, тогдатемпература воздуха во впускном коллекторе Tв = T0 + ΔT = 20 + 15 = 35 °C.Значение плотности воздуха при 35 °C определяется по справочнику [17] – ρв =1,1455 кг/м3.Определим плотность топливовоздушной смеси. В канал подается смесь с α= 0,6, тогда соотношение масс воздуха и топлива можно определить, сравнив ихсо стехиометрическим соотношением:62∙Примем массу воздуха равной mв = 8,82 кг, тогда масса топлива mт = 1 кг.Плотность смеси определяется соотношением:(3.17)где pв = p0 = 0,1 МПа – давление воздуха во впускном коллекторе; R = 8,314Дж/(моль∙К) – универсальная газовая постоянная; Tв = 35 + 273 = 308 К;кг/моль – молярная масса воздуха;тв= 0,029= 0,12 кг/моль – молярная масса бензина.Тогда:∙∙∙∙∙∙Требуемая плотность смеси дыма и воздуха определяется соотношением:Требуемая плотность смеси может быть получена путем ее подогрева доопределенной температуры, которую можно определить из соотношения:(3.18)где Tсм – температура смеси дыма и воздуха, К; mд – масса дыма, кг;д= 0,035кг/моль – молярная масса дыма.

Массу дыма mд можно определить из условия,что объемная доля дыма в смеси составляет 20 % (определяется особенностямиоборудования). Таким образом, при объеме смеси Vсм = 1 м3 массы дыма и воздухабудут равны:∙∙∙∙∙∙где ρд = 0,700 кг/м3 – плотность дыма.Определим необходимую температуру смеси:∙∙∙∙∙∙= 407 К = 134 °С.Определим температуру смеси 80 % воздуха и 20 % дыма:63(3.19)где Тд = 573 К – температура дыма. Тогда:∙∙Таким образом, смесь 80 % воздуха и 20 % дыма обеспечивает требуемуюплотность.Работа исследовательской установки осуществлялась следующим образом.При закрытом запорном кране 19 из бака 18 откачивался воздух насосом 17.Заслонка 20 устанавливалась в положение, соответствующее требуемому расходузаряда GвΣ, поступающему в цилиндр при работе двигателя на частоте вращенияn = 2700 мин-1, соответствующей максимальному крутящему моменту.Изменением положения заслонки 4 можно было регулировать расход воздуха Gв1через смесевой канал, а изменением положения заслонки 7 – расход воздуха Gв2через воздушный канал.

Включался лазер, открывался запорный кран 19 и черезоткрытый впускной клапан в цилиндр 1 начинали поступать воздух и дым. Когдатечениеустанавливалось,полученнаякартинасмесеобразованияфотографировалась. Время экспозиции при мощности лазера 1,5…3 Втсоставляло 2 мс.3.2.2. Результаты исследованийВ результате моделирования было установлено, что картина расслоения вкамере сгорания зависит от суммарного расхода воздуха через цилиндр GвΣ и отрасхода воздуха Gв1, поступающего в цилиндр по смесевому каналу.

Отношениерасхода воздуха через смесевой канал к общему расходу воздуха можноохарактеризовать коэффициентом расслоения ξ:(3.20)64где Gв1 – расход воздуха через смесевой канал; GвΣ – общий расход воздуха черезцилиндр.Коэффициент ξ определяет не только энергию вихрей, но и формируеткартину концентрационных полей при впуске в цилиндр. При увеличении ξвозрастаетинтенсивностьвихревогодвижения,априегоуменьшенииувеличивается расслоение заряда в цилиндре.При малых расходах GвΣ в цилиндре наблюдаются три вихря: вихрь богатойсмеси 1, вихрь промежуточной смеси 2 и вихрь бедной смеси 3 (рисунок 3.11, б).Вихрь богатой смеси образован на периферии камеры сгорания и его направлениезадается профилем впускного канала. В центре камеры сгорания имеет месточастичное перемешивание бедной и богатой смеси (дыма и воздуха) собразованием вихря, направленного в противоположную сторону от вихря 1. Подвпускным клапаном образуется вихрь бедной смеси 3. Вихри вписаны в камеруРисунок 3.11.

Характеристики

Список файлов диссертации