Пояснительная записка (1233659), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

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;

• 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. Работа в программе “ ДИЗЕЛЬ-РК” начинается с создания проекта, где имеется возможность сформировать основные характеристики ДВС для последующей настройки модели (рис. 3.1 и рис. 3.2).

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). Результаты исследования отображаются графически, и можно вывести на экран таблицу с рассчитанными показателями.

Во время настройки модели все необходимы размеры и параметры ( цетановое число, степень сжатия, число оборотов двигателя, диаметр поршня, ход поршня и т.д.) задаются в соответствующих таблицах. В комплексе не предусмотрено детального описания параметров топливной аппаратуры.

Для расчета периода задержки самовоспламенения используют эмпирические уравнения, которые дают большие погрешности при моделировании процессов, в условиях высокой степени рециркуляции выпускных газов, при малых температурах и длительном периоде задержки.

Для моделирования и оптимизации этих процессов в программе “ДИЗЕЛЬ-РК” применен алгоритм,в котором период задержки рассчитывается в зависимости от динамики изменения давления, температуры, степени рециркуляции и коэффициента избытка воздуха в процессе подготовки дизельного топлива к самовоспламенению.

В данной программе имеется современный метод расчета эмиссии оксидов азота для обычных двигателей, а также на основе детального кинетического механизма для перспективных двигателей с высокой степенью рециркуляции отработавших газов и многоразовым впрыском. Обладая совершенной моделью сгорания и средствами оптимизации, программа “ДИЗЕЛЬ-РК” является профессиональным инструментом исследователя и разработчиком ДВС. Благодаря системе мастеров настроек, “ДИЗЕЛЬ-РК” может с успехом использоваться начинающими исследователями: студентами и аспирантами.

3.2 Настройка программы

Настройку программы следует начинать с ввода данных в зависимости от типа двигателя, способа его расчета, наличия, типа соединения.

Для возведения нового проекта необходимо воспользоваться “ Мастером создания проекта”, с помощью которого можно создать файл с данными описывающего двигателя:

• обозначить тактность двигателя:

1. двухтактный;

2. четырехтактный;

• выбрать тип рабочего процесса:

1. дизельный;

2. бензиновый карбюраторный;

3. бензиновый с впрыском в клапанный канал;

4. газовый;

5. газовый форкамерный;

• определить схему комбинированного ДВС:

1. рядный;

2. V-образный;

3. оппозитивный;

4. звезда;

• обозначить систему охлаждения:

1. жидкостная;

2. воздушная;

И в конце указать количество цилиндров.

Следующий шаг- ввести параметры необходимого двигателя:

• диаметр цилиндра, мм;

• ход поршня, мм;

• номинальная частота вращения, (1/мин);

• степень сжатия.

Далее необходимо указать параметры окружающей среды над уровнем моря:

• давление, бар;

• температуру, К.

И определить, где будет использоваться данный двигатель( на суше и на море, в авиации или под водой).

В конце диалогового окна “ Мастер создания проекта” нужно указать, будет ли ваш двигатель с надувом или без него. Если надув присутствует, то нужно обозначить:

• степень повышения давления в компрессоре;

• конструкцию головки цилиндра:

1. двухклапанная;

2. четырехклапанная.

• определить максимального давления впрыска, бар.

При создании проекта мной был выбран четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с параметрами:

• тип рабочего процесса- дизельный;

• схема комбинированного ДВС- рядный;

• система охлаждения- жидкостная;

• количество цилиндров- один.

В параметрах данного двигателя мной было указано:

• диаметр цилиндра, равный 85 мм;

• ход поршня, 115 мм;

• номинальная частота вращения, 900 (об/мин);

• степень сжатия, равная 15.

В параметрах окружающей среды над уровнем моря:

• давление, равное 1 бар;

• температуру,равная 288 К.

Данный дигатель применяется на суше и на море, и используется без надува.

Для самовоспламеняемости топлива должны соблюдаться условия, и для этого во вкладке “ цилиндро-поршневая группа” была установлена температура жидкости в системе охлаждения, равная 373 К. Цетановое число, которое определяется в окне “топливо”, равна 45. При настройки “расчета рабочего процесса” цикловая подача определяется двумя способами:

• задана явно;

• вычислить через коэффициент избытка воздуха α.

Задавать цикловую подачу явно рекомендуется- при проведении исследований четырехтактных дизелей и при исследованиях двухтактных дизелей. Вычислять через коэффициент избытка воздуха рекомендуется в случаях:

• при исследовании искровых двигателей, у которых узкие пределы воспламеняемости рабочей смеси;

• при исследовании двухтактных двигателей, в которых неудачно подобрана фаза газораспределения;

• при исследовании зависимости параметров двигателя с изменением параметров окружающей среды, или параметров воздухоснабжения.

При настройке потерь на впуске (до компрессора), их можно определить двумя способами:

• задать явно, если потери известны по результатам испытаний или техническим требованиям;

• вычислить по перепаду давлений, если были проведены исследования влияния параметров окружающей среды на работу ДВС, и заранее нельзя сказать, какова величина потерь на большой высоте и при наличии скоростного напора воздуха.

При настройке потерь в выхлопной системе (после турбины) можно потери определить двумя способами:

• заданы явно, когда эти потери известны по результатам испытаний или техническим требованиям;

• вычислены по перепаду давлений, когда проводятся исследования влияния параметров окружающей среды на работу ДВС, и заранее нельзя сказать, какова величина потерь на большой высоте.

Параметры окружающей среды задают явно, если давление и температура известны по результатам испытаний или техническим требованиям, или же пересчитывают, используя скорость и высоту полета. Для этого необходимо обозначить давление и температуру на высоте уровня моря, а параметры на выпуске и впуске будут вычислены программно, исходя из условий стандартной атмосферы и скоростного напора на впуске. Такой способ расчета параметров окружающей среды лучше использовать для расчета двигателей высотных аппаратов.

После выбранных параметров следует провести расчет, с помощью которого можно увидеть полученный результат в виде диаграмм или таблицы (рис. 3.3).

3.3 Влияние цетанового числа на период задержки воспламенения топлива

Воспламенение большого количества смеси и быстрое нарастание давления подразумевает, что показатель периода задержки воспламеняемости в камере сгорания слишком велик, и тем самым приводит к жесткой работе дизеля.

При малом периоде задержке воспламенения топливо начинает воспламеняться и сгорать не по всему объёму, а вблизи от форсунки. Следующие порции топлива будут поступать не в атмосферу, а в воздух, смешанный с продуктами сгорания двигателя. В результате это приводит к неполному сгоранию, задымлению и потере мощности двигателя из-за неравномерного смесеобразования в объёме камеры сгорания.

Воспламеняемость топлива зависит от цетанового числа. Чем больше цетановое число, тем лучше происходит воспламенение топлива, а показатель периода задержки воспламенения ниже.

Существует ряд факторов, которые воздействуют на изменение периода задержки воспламенения и процесса сгорания топлива, в свою очередь которые существенно влияют на изменение режима работы, а так же мощность, экономичность и надежность двигателя.

К ним относятся:

• увеличение давления и температуры воздуха в конце сжатия, которые улучшает характеристики воспламеняемости и снижает показатель периода задержки воспламенения;

• коэффициент избытка воздуха (α) при работе дизеля колеблется в широких пределах, поскольку мощность дизеля регулируется путём изменения подачи только топлива;

• при увеличении степени сжатия происходит увеличение давления и температуры, а значит снижается период задержки воспламеняемости;

• сокращение периода задержки воспламенения происходит за счет уменьшения угла опережения впрыска, поскольку находится ближе к верхней мертвой точки, но при малом угле опережения впрыска, топливо будет догорать в такте расширения, что приведет к снижению мощности и задымленности двигателя;

• при увеличении частоты вращения коленчатого вала вихревое движение усиливается и приводит к повышаются температура и давление воздуха в камере сгорания, что способствует к сокращению периода задержки воспламеняемости.

Существует метод, позволяющий определить цетановое число с помощью периода задержки воспламенения (рис. 3.4). Достоинство данного метода заключается в том, что позволяет определить цетаное число с меньшими затратами эталонного топлива и времени. Недостатком же является то,что точность метода недостаточна для экспертных оценок, но вполне удовлетворяет требованиям эксплуатации дизеля.

Рисунок 3.4- Влияние цетанового числа на период задержки воспламенения при степени сжатия

На диаграмме видно, что при увеличении цетанового числа период задержки воспламенения уменьшается, а это значит, что воспламенение будет происходить быстрей, а также заметно- чем выше степень сжатия, тем меньше период задержки воспламенения.

3.4 Влияние неплотности рабочей камеры на рабочий процесс

В четырехтактных двигателях между поршнем и гильзой для уплотнения зазора используют поршневые кольца. Между канавкой поршня и кольцом существует зазор, а также это зазор присутствует между стенкой гильзы и кольцом. Через зазоры могу происходить утечки топлива из камеры сгорания. Эти утечки могут влиять на показатели двигателя, изменять индикаторную диаграмму.

Потеря топлива ведет к уменьшению давления и температуре, и как результат, и к изменению работы цикла. При уменьшении температуры условия сгорания топлива ухудшаются, что приводит к снижению показателей двигателя. Так не стоит упускать тот факт, что изменение температуры и давления, вызванное утечками, сказывается на теплонапряженном состоянии деталей, поскольку изменяется теплообмен между поршнем и гильзой цилиндра.

По своему строению кольца и кольцевые канавки не просто сложны, но еще непостоянны, так как кольца при нормальной работе перекладываются с верхнего торца на нижний, проворачиваются вокруг оси поршня и скручиваются, поршень перекладывается в гильзе, а под действием температуры происходит деформация канавок и колец.

Решить задачу утечек в полной мере крайне сложно, но существует величина- эффективная площадь для расчета утечек через кольца (µ), которую чаще всего принимают постоянной. С помощью этой величины можно, заметить как будет изменяться давление, а так же стоит обратить внимание на период задержки воспламенения (рисунок 3.5). Для этого в программе “Дизель-РК” мной были произведены расчеты результаты, которых представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Характеристики

Список файлов ВКР