Прогнозирование неравновесного образования токсичных веществ при горении в ДВС с искровым зажиганием

• Автор: Чесноков, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 326 с. : ил. + Прил. (139 с.: ил.)

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

Глава 1. Обзор литературных данных

1.1. Химическая кинетика горения

1.1.1. Горение водорода

1.1.2. Г орение легких углеводородов

1.1.3. Горение тяжелых углеводородов

1.1.4. Образование оксида азота

1.1.5. Анализ литературных данных

1.2.Уравнения гидромеханики сплошных гомогенных и гетерогенных сред

1.2.1. Уравнения сохранения для составляющих. Приближения

для гомогенных и гетерогенных смесей

1.2.2. Межфазный обмен импульсом и энергией в смеси
1.2.3. Система уравнений для смеси вязких сжимаемых фаз
с общим давлением
1.2.4. Итоговые'уравнения для изучаемых смесей
1.3. Горение и турбулентные потоки
1.3.1. Эмпирические модели турбулентного горения
1.3.2. Полуэмпирические модели турбулентного горения
1.3.3. Плоская затопленная турбулентная струя
1.4. Выводы по главе
Глава 2. Некоторые случаи образования горючей смеси в ДВС с искровым зажиганием
2.1. Непосредственный впрыск в цилиндр двигателя GDI "Mitsubishi"
2.2. Центральный впрыск или карбюратор в двигателе типа ВАЗ-21011
2.2.1. Моделирование одномерных двухфазных течений в четырехканальном впускном коллекторе
2.2.2. Моделирование течения пленки топлива в канале коллектора
в холодный пусковой период
2.2.3. Моделирование полей скорости и коэффициента избытка воздуха
в горячем двигателе
Глава 3. Химическая кинетика горения в ДВС. Предварительное тестирование и оценки
3.1. Подготовка исходных данных
3.2. Тестирование кинетического механизма горения метана
Басевича В.Я
3.3. Тестирование кинетики оксида азота

3.4. Уравновешивание общего кинетического механизма
3.5. Тестирование кинетического механизма горения н-октана
3.6. Выводы по главе
Глава 4. Нульмерная химическая кинетика горения
4.1. Тестирование нульмерной кинетики горения
4.2. Моделирование локальной кинетики реакций в ДВС
4.2.1. Рабочий режим двигателя ВАЗ-21011
4.2.2. Режим холодного холостого хода двигателя ВАЗ-21011
4.2.3. Второй впрыск двигателя GDI Mitsubishi
4.3. Сокращение общего механизма кинетики реакций при догорании
4.4. Выводы по главе
Глава 5. Одномерная химическая кинетика горения и ее применение
5.1. Кинетическая модель ламинарного горения
5.2. Движение фронта горения в неоднородном поле горючей смеси
5.3. Выводы по главе
Глава 6. Химический турбулентный тепломассообмен при догорании и расширении в ДВС. Общая постановка и решение тестовой (двухмерной) задачи
6.1. Общее описание процесса
6.2. Исходные данные для решения задачи ХТТ
6.2.1. Ламинарные характеристики переноса
6.2.2. Турбулентные характеристики переноса
6.3. Исходные поля для решения задачи ХТТ
6.3.1. Применение программы GAS-2 для расчета полей скорости
в цилиндре ДВС
6.3.2. Аппроксимация полей скорости продуктов сгорания
6.3.3. Применение й-гмодели турбулентности для определения
полей коэффициента турбулентного обмена
6.3.4. Поле коэффициента избытка воздуха в бензовоздушной смеси
6.4. Реакции догорания компонентов при турбулентных пульсациях температуры в ДВС
6.5. Задача химического турбулентного тепломассообмена
6.5.1. Общая постановка задачи
6.5.2. Общий вид уравнений ХТТ
6.5.3. Граничные и начальные условия задачи ХТТ
6.5.4. Допущения задачи химического турбулентного тепломассообмена
6.5.5. Развернутое математическое описание задачи ХТТ

6.6. Тестирование двухмерных задач химического турбулентного тепломассообмена
6.6.1. Задача турбулентности
6.6.2. Задача химического турбулентного тепломассообмена
6.6.2.1. Влияние параметров турбулентности
6.6.2.2. Влияние химических реакций догорания
6.6.2.3. Влияние турбулентных пульсаций температур
на химическую кинетику догорания
6.7. Выводы по главе
Глава 7. Химический турбулентный тепломассообмен при догорании и расширении в ДВС. Трехмерные задачи и анализ
7.1. Описание алгоритма решения задачи химического турбулентного тепломассообмена
7.1.1. Конечно-разностное описание задачи
7.1.2. Блок-схема решения задачи для двигателя ВАЗ-21011
7.2. Химический турбулентный тепломассообмен при догорании, расширении и выхлопе продуктов сгорания двигателя "Mitsubishi"
7.2.1. Тепломассобмен при догорании и расширении
7.2.2. Тепломассообмен при выхлопе и выпуске продуктов сгорания
7.2.3. Результаты и их анализ
7.3. Химический турбулентный тепломассообмен при догорании, расширении и выхлопе продуктов сгорания двигателя ВАЗ-21011
7.3.1. Рабочий режим двигателя ВАЗ-21011
7.3.2. Горячий холостой режим двигателя ВАЗ-21011
7.4. Выводы по главе
Глава 8. Измерения в двигателях внутреннего сгорания
8.1. Измерение давлений и расходов
8.2. Введение в спектрометрию ДВС
8.2.1. Излучение пламен
8.2.2. Используемые спектральные приборы и их основные характеристики
8.3. Видимый спектр горения
8.3.1. Монохроматр УМ
8.3.2. Спектрограф ИСП-51. Модернизация, градуировка и тестирование (пламя С2Н2+О2)
8.3.3. Спектрограф ИСП-73. Цветовая температура пламени в ДВС
8.4. Ультрафиолетовый спектр горения
8.4.1. Спектрограф ИСП-30. Модернизация, градуировка и тестирование (пламя С2Н2+О2)

(1.33)
А %-(и1 + ) = ?■(<:,-
Е -I.
А 1‘
( 2 N
£Л+^ ч
(I,у = /, 2, ..., IV; Jji = -Ту, Рп = -Ру, Еп = -Ец)
(1.34)
В отличие от гомогенных смесей, где каждая компонента может рассматриваться как занимающая весь объем смеси (К;= Уг=...= ^ = У)> в гетерогенной смеси каждая фаза занимает лишь часть объема смеси (У/+ У2+...+ Адг = V). В связи с этим в теории гетерогенных смесей необходимо использовать величины, характеризующие доли объема смеси, занимаемые каждой фазой Г;:
Г; + г2 + ... + Гн = 1, (1.35)
и, таким образом, помимо приведенных (распределенных) плотностей р,- , определяются истинные плотности вещества фаз р°:
Л° = А/ Г1. (1.36)
При исследовании гетерогенных сред необходимо учитывать тот факт, что фазы присутствуют в виде макроскопических включений. Поэтому деформация каждой фазы, определяющая ее состояние и реакцию, связана, в отличие от гомогенной смеси, не только со смещением внешних границ выделенного объема, но и со смещением межфазных поверхностей внутри выделенного объема смеси. Учет этого обстоятельства при определении тензора напряжений а“ требует привлечения условий совместного деформирования и движения фаз, условий, учитывающих структуру составляющих среды (форма и размер включений, их расположение и т.д.). Заметим, что в тех случаях, когда эффекты прочности не имеют значения (газовзвеси, эмульсии, жидкость с пузырьками), условия совместного деформирования являются существенно более простыми, чем в общем случае. Они, по существу, сводятся к уравнениям, определяющим объемное содержание фаз г,. Наиболее часто встречающимися такого рода уравнениями являются условия равенства давлений фаз или несжимаемости одной из фаз.
В гетерогенных средах усложняются и законы, описывающие относительное движение фаз, так как это движение определяется не только процессами диффузионного характера, но и процессами взаимодействия фаз как макроскопических систем, например, обтеканием частиц включений несущей жидкостью. Эти процессы описываются с помощью силовых факторов и с более последовательным учетом инерции фаз.
Таким образом, проблема многофазного движения в рамках многоскоростной (многожидкостной) модели сводится к заданию условий