Диплом (1219484), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

4.1 Описание программы «Дизель – РК»

Программа «Дизель – РК» предназначена для расчета и оптимизации двухтактных и четырехтактных двигателей внутреннего сгорания. Программа позволяет проводить тепловой расчет, анализ и исследования следующих типов ДВС [6]:

а) дизельных;

б) бензиновых искровых:

1) карбюраторных;

2) с впрыском бензина.

в) газовых искровых:

1) обычных;

2) форкамерных.

«Дизель – РК» принадлежит к классу термодинамических программ, т.е. цилиндры двигателя рассматриваются в ней как открытые термодинамические системы. «Дизель – РК» позволяет исследовать двигатели с разными системами наддува, подбирать агрегаты наддува к поршневой части, исследовать процессы газообмена, включая оптимизацию фаз газораспределения, а также прогнозировать различные характеристики двигателей.

В программе реализована РК-модель: модель смесеобразования и сгорания в дизеле которая позволяет рассчитывать скорость тепловыделения с учетом:

- формы камеры сгорания;

- интенсивности вихря;

- количества, диаметра и направленности сопловых отверстий;

- формы характеристики впрыска, включая многофазный (многоразовый) впрыск и PCCI;

- взаимодействия струй со стенками и между собой;

- биотоплива и смесей биотоплива с дизельным топливом в разных пропорциях;

- системы рециркуляции отработавших газов.

РК-модель позволяет оптимизировать форму камеры сгорания и конструкцию топливной аппаратуры. Встроенная программа визуализации «Fuel Spray Visualization» позволяет в наглядной форме анализировать подвижную картину взаимодействия топливных струй со стенками камеры сгорания, воздушным вихрем и между собой. Программа помогает проектировать форму камеры сгорания и правильно выбирать диаметр, количество и направленность сопел распылителя для конкретной характеристики топливоподачи и интенсивности воздушного вихря, представленное на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Пример оптимизации формы камеры в программе «Дизель – РК»

Интерфейс программы «Дизель – РК» позволяет исследовать любую форму камеры сгорания и любую конфигурацию сопловых отверстий распылителя, в соответствии с приведенным рисунком 4.2.

Рисунок 4.2 – Исследование любой формы камеры сгорания и любой конфигурации сопловых отверстий распылителя в программе «Дизель – РК»

Для решения оптимизационных задач «Дизель – РК» имеет встроенную процедуру многопараметрической оптимизации, включающую 14 методов оптимального поиска, а также процедуры 1D и 2D сканирования.

Средства оптимизации позволяют радикальным образом повысить эффективность расчетных исследований и выявить пути совершенствования двигателей.

Программа поддерживает моделирование процесса сгорания при многоразовом впрыске, включая сгорание при очень больших значениях опережения пилотного впрыска (до 100 и более град. до ВМТ). Учитывается сгорание по механизму низкотемпературного окисления (Low Temperature Combustion). Специальный интерфейс позволяет оптимизировать стратегию многоразового впрыска (доли топлива в порциях и задержки между ними), так чтобы избежать попадания топлива на стенки зеркала цилиндра.

Модель сгорания в дизеле позволяет исследовать многотопливный двигатель, работающий как на дизельном топливе, так и на биотопливах, включая их смеси с дизельным топливом в разных пропорциях.

Физические и химические свойства топлива могут заданы пользователем и сохранены в базе данных программы. Для каждого режима работы двигателя можно задавать свое топливо, в соответствии с приведенным рисунком 4.3.

Рисунок 4.3 – Задание физических и химических свойств топлива заданные пользователем и сохраненные в базе данных программы

Ядро программы «Дизель – РК» может быть запущено из другого приложения, например программы, моделирующей транспортное средство или осуществляющей оптимизацию. Интерфейс взаимодействия внешней программы с ядром «Дизель – РК» включает два текстовых файла с входными и выходными данными.

Оптимизация алгоритма управления механизмом изменения фаз газораспределения. Для каждого режима работы может быть задана и оптимизирована своя диаграмма хода клапана, включая удержание клапана на заданной высоте, в течение заданного времени, в соответствии с приведенным рисунком 4.4.

Рисунок 4.4 – Задания и оптимизация диаграммы хода клапана в программе «Дизель – РК»

Расчет периода задержки самовоспламенения путем моделирования детального химического механизма предпламенных реакций. Широко известные эмпирические уравнения расчета периода задержки самовоспламенения дают большие погрешности при моделировании процессов PCCI/HCCI, а также в условиях высокой степени рециркуляции выпускных газов, при малых температурах и длительном периоде задержки, т.е. при условиях, характерных для дизелей со сверхнизким содержанием NOx в выхлопных газах.

Для моделирования и оптимизации таких процессов в программе «Дизель – РК» применен алгоритм использующий результаты расчета полученные в программе CHEMKIN, где период задержки рассчитывается в зависимости от динамики изменения давления, температуры, степени рециркуляции и коэффициента избытка воздуха в процессе подготовки дизельного топлива и биотоплива к самовоспламенению.

Предусмотрено использование пользовательской модели для расчета периода задержки.

Совместный расчет смесеобразования и сгорания с конечно-элементным расчетом теплового состояния поршня, гильзы и крышки цилиндра. В связи с тем, что условия испарения сильно зависят от локальной температуры стенки, куда попадает топливо, а распределение температур крайне неравномерно, расчет локальных температур ведется методом конечных элементов совместно с тепловым расчетом. Для задания конструкции, геометрии, материалов и граничных условий поршней, крышек и втулок цилиндра используется внутренняя база данных известных конструкций, представленное на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 – Использования метода конечных элементов совместно с тепловым расчетом в программе «Дизель – РК»

Система мастеров настроек – специальных средств создания файлов данных позволит легко и быстро создать файл данных для расчета любого двигателя, что особенно полезно для экспресс-анализа ДВС, а также для первоначальной настройки эмпирических коэффициентов математических моделей. Мастер настройки установит значения эмпирических коэффициентов на основе богатого 25-летнего опыта использования программы применительно к двигателям разного класса и назначения.

В программе реализован современный метод расчета эмиссии оксидов азота на основе схемы Зельдовича для обычных двигателей, а также на основе детального кинетического механизма для перспективных двигателей с высокой степенью рециркуляции ОГ и многоразовым впрыском. В программу заложен расчет нескольких схем системы рециркуляции отработавших газов.

4.2 Настройка программы «Дизель–РК»

Работа в «Дизель-РК» начинается с мастера создания проекта (Файл – Создать проект), который позволяет быстро подготовить входные данные для расчета ДВС (рисунок 4.6). При формировании основных характеристик выбирается: тактность и схема двигателя, число цилиндров, тип рабочего процесса, система охлаждения, диаметр цилиндра, ход поршня, номинальная частота вращения, степень сжатия, параметры окружающей среды, область применения, основные параметры наддува, если таковой имеется.

Рисунок 4.6 – Загрузочное окно программного комплекса «Дизель–РК» и окно мастера создания проекта

После ввода основных параметров начинается настройка элементов ДВС. Она осуществляется в отдельных окнах, запуск которых возможен двумя способами: выбором в меню «Параметры_КДВС» необходимого элемента ДВС; нажатием по кнопке с видом этого же элемента на панели программы. Параметры элементов ДВС, вводимые в программе приведены в таблицах 4.1–4.6.

Таблица 4.1 – Заданные геометрические и режимные параметры двигателя в «Мастер создания проекта»

Параметры	Значение
1	2
Тактность	четырехтактный ДВС

Окончание таблицы 4.1

1	2
Тип рабочего процесса	дизельный
Схема комбинированного ДВС	рядный
Число цилиндров	16
Система охлаждения	жидкостная
Диаметр цилиндра, мм	260
Ход поршня, мм	260
Номинальная частота вращения, 1/мин	1000
Степень сжатия	12,5
Параметры окружающей среды над уровнем моря: - давление, бар; - температура, К.	1 288
Область применения	на суше и на море
Степень повышения давления в компрессоре	2,42
Конструкция головки цилиндра	четырехклапанная

Таблица 4.2 – Параметры цилиндро-поршневой группы

Параметры	Значение
1	2
Диаметр цилиндра, мм	260
Ход поршня, мм	260
Степень сжатия	12,5
Число цилиндров ДВС	16
Номинальная частота вращения вала, 1/мин	1000
Головка (крышка) цилиндра
Температура головки (крышки) цилиндра	определить путем решения задачи теплопроводности для многослойной стенки
Материал крышки цилиндра	чугун
Средняя толщина стенки огневой поверхности крышки цилиндра, мм	18,2

Окончание таблицы 4.2

1		2
Трение
Коэффициент А	0,1
Коэффициент В	0,08
Теплообмен и система охлаждения
Коэффициент в формуле теплоотдачи Вошни	110
Средняя температура верхней части втулки цилиндра, К	413
Система охлаждения	жидкостная
Параметры слоя накипи и литейной корки на охлаждения стенки системы охлаждения: - толщина, мм; - коэффициент теплопроводности Вт/м·К.	0,5 1
Средняя скорость охлаждающего агента в системе охлаждения двигателя на номинальном режиме, м/с	1,5
Давление жидкости в системе охлаждения, бар	3,09
Температура жидкости в системе охлаждения, К	353
Кинематическая схема
Механизм преобразования движения поршня во вращение коленвала	кривошипно-шатунный
Длина шатуна: отношение радиуса кривошипа к длине шатуна	0,31
Поршень, кольца
Способ вычисления средней температуры поршня	по умолчанию
Материал поршня (головки поршня)	сталь
Эффективная площадь для расчета утечек через кольца, мм2	1
Количество колец в зоне I	3
Количество колец в зоне II	0

Таблица 4.3 – Параметры топливной аппаратуры и камеры сгорания

Продолжение таблицы 4.3

Окончание таблицы 4.3

Таблица 4.4 – Параметры газораспределения

Параметр	Значение
1	2
ВПускной коллектор
Длина, мм	2780
Диаметр, мм	397
Периметр поперечного сечения, мм	1250
Число цилиндров объединенных общим коллектором	8
Диаметр трубопровода, подающего воздух во впускной коллектор, мм	250
Коэффициент потерь Ksi_ni в тракте от охладителя надувочного воздуха до впускного коллектора	2
Поправочный множитель Cint в уравнениях коэффициентов теплоотдачи во впускном коллекторе и впускном канале	0,65
Расчет температуры стенки впускного коллектора: - А; - В.	Обычный коллектор 0 40
ВЫПускной коллектор
Длина, мм	2780
Диаметр, мм	189
Число цилиндров, объединенных общим коллектором	8
Поправочный множитель Cexh в формулах расчета коэффициентов теплоотдачи в выпускном коллекторе и впускном канале	1
Температура среды, охлаждающей коллектор, К	353
Коллектор с жидкостным охлаждением: - толщина стенки жаровой трубы, мм; - толщина воздушной прослойки между жаровой трубой и коллектором; - коэффициент теплопроводности материала жаровой трубы, Вт/м·К; - относительная площадь контакта жаровой трубы с выпускным коллектором в местах ее крепления; - отношение коэффициента теплоотдачи от жаровой трубы к воздушной прослойке к коэффициенту теплоотдачи в выпускном коллекторе.	3 8 24 0,1 0,75
Схема соединения выпускных коллекторов	b

Окончание таблицы 4.4

1	2
Количество коллекторов, соединенных с одной трубой	1
ВПускные каналы
Конструкция	Разветвленные
Число каналов в цилиндр	2
Длина канала, мм	220
Размеры поперечного сечения заходной части канала: - диаметр канала, мм; - периметр поперечного сечения канала, мм.	85 267
Поправочный множитель Cint.p в формуле расчета коэффициента теплоотдачи во впускном канале	1,3
ВЫПускные каналы
Конструкция	Разветвленные
Число каналов в цилиндр	2
Длина канала, мм	403
Размеры поперечного сечения выходной части канала: - диаметр канала, мм; - периметр поперечного сечения канала, мм.	81 253
Максимальная величина приведенной скорости истечения ОГ из цилиндра с учетом потерь	0,75
Время-сечение впуска
Фазы впуска: - начало, градусы до ВМТ; - окончание, градусы за НМТ.	54 Задать явно: 31
Диаграммы изменения проходного сечения	Задать в виде графика
Время-сечение выпуска
Фазы выпуска: - начало, градусы до ВМТ; - окончание, градусы за НМТ.	59 Задать явно: 41
Диаграммы изменения проходного сечения	Задать в виде графика

Таблица 4.5 – Параметры наддува

Окончание таблицы 4.5

В разделе «Топливо» выбирается Diesel No. 2 из библиотеки топлив.

Характеристики

Список файлов ВКР