Разработка теоретических основ определения параметров поршневых двигателей как единой динамической системы для повышения эффективности их функционирования

• Автор: Хмелев, Роман Николаевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 234 с. : 62 ил.

Оглавление

Основные сокращения

Основные условные обозначения

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследований

1.1. Аспекты рассмотрения ПДВС как сложной технической системы

1.2. Системные принципы исследования ПДВС

1.3. Анализ основных этапов жизненного цикла ПДВС

1.4. Математическое моделирование ПДВС

1.4.1. Роль математического моделирования в теории поршневых двигателей

1.4.2. Классификация математических моделей ПДВС

1.4.3. Сравнительный анализ математических моделей ПДВС и коммерческих программных продуктов
1.4.4. Проблема развития теории, обеспечивающей определение параметров ПДВС как единой динамической системы
1.5. Цель и задачи исследования
Глава 2. Структура и принципы построения иерархической системы математических моделей поршневых двигателей
2.1. Основные предпосылки к построению иерархической системы моделей ПДВС
2.2. Разработка структурной схемы ПДВС
2.3. Использование теории графов связей для определения
условий на границах взаимодействующих систем
2.4. Динамическая модель ПДВС нижнего уровня сложности
2.4.1. Принимаемые допущения и исходные уравнения модели
2.4.2. Рабочие уравнения модели
2.4.3. Анализ результатов вычислительных экспериментов
2.5. Выводы
Глава 3. Разработка высокоуровневых динамических моделей

3.1.-Состав разрабатываемых динамических моделей ПДВС верхнего уровня
3.2. Унифицированный подход к математическому описанию
газовых и гидравлических систем ПДВС
3.2.1. Принципы унификации и структура математического описания газовых и гидравлических систем ПДВС
3.2.2. Математическое и программное обеспечение расчета газодинамических процессов в проточных частях ПДВС

3.2.2.1. Особенности численного интегрирования уравнений 103 газовой динамики методом Годунова
3.2.2.2. Учет взаимодействия потока с движущейся контактной границей
3.2.2.3. Объединение математических моделей с различным числом пространственных координат
3.2.2.4. Математическое описание течения газа через
местные сопротивления
3.2.2.5. Особенности расчета течения газа через разветвления трубопроводов
3.2.2.6 Построение схемы замещения газовоздушного
тракта ПДВС
3.2.2.7. Постановка граничных условий
3.2.2.8. Примеры использования разработанного математического и программного обеспечения
и проверка его адекватности
3.2.3. Математическое и программное обеспечение расчета
системы топливоподачи дизельного двигателя
3.2.3.1. Особенности численного интегрирования уравнений гидродинамики методом Годунова
3.2.3.2. Постановка граничных условий
3.2.3.3. Примеры использования разработанного математического и программного обеспечения
и проверка его адекватности
3.3. Высокоуровневые динамические модели двигателей, учитывающие газодинамические процессы в проточных частях ПДВС
3.3.1. Основные направления совершенствования газодинамических процессов в ПДВС
3.3.2. Расчет и исследование газодинамических процессов в проточных частях дизельного двигателя ТМЗ-450Д
3.3.2.1. Расчет газодинамических процессов во впускной и выпускной системе двигателя в одномерной постановке
3.3.2.2. Исследование закономерностей влияния газодинамических процессов на функционирование ПДВС
3.3.2.3. Расчет и исследование закономерностей течения газа в винтовом впускном канале и цилиндре двигателя в трехмерной постановке
3.3.2.4. Определение коэффициентов расхода
и гидравлического сопротивления канала с учетом реального течения потока
3.3.2.5. Исследование закономерностей влияния характеристик впускного канала на показатели процесса сгорания

3.3.2.6. Расчет и исследование газодинамических процессов
в системе «ПДВС-эжектор»
3.3.3. Расчет и исследование газодинамических процессов
во впускной системе двигателя ВАЗ-2
3.4. Высокоуровневая динамическая модель «ПДВС-система топливо-подачи» (на примере дизельного двигателя ТМЗ-450Д)
3.4.1. Основные требования, предъявляемые к системам
' топливоподачи дизельных двигателей, и направления
их совершенствования
3.4.2. Расчет и исследование функционирования системы топливоподачи
3.4.2.1. Математическая модель системы топливоподачи
3.4.2.2. Исследование закономерностей влияния параметров системы топливоподачи на показатели
ее функционирования
3.5. Высокоуровневая динамическая модель «ПДВС-регулятор
частоты вращения» (на примере дизельного двигателя ТМЗ-450Д)..
3.5.1. Особенности функционирования системы «ПДВС-
регулятор частоты вращения»
3.5.2. Разработка математической модели центробежного регулятора частоты вращения
3.5.3. Расчет и исследование функционирования системы автоматического регулирования частоты вращения
3.6. Высокоуровневая динамическая модель «ПДВС-подвеска»
(на примере дизельного двигателя ТМЗ-450Д)
3.6.1. Особенности математического описания системы «ПДВС-подвеска»
3.6.2. Математическая модель системы «ПДВС-подвеска»
3.6.3. Исследование закономерностей влияния подвижности
корпуса на функционирование ПДВС
3.7. Проверка адекватности разработанного комплекса моделей
3.8. Выводы
Глава 4. Исследование закономерностей функционирования
ПДВС как единой динамической системы на переходных режимах
4.1. Особенности функционирования ПДВС на переходных режимах
4.2. Исследование закономерностей функционирования дизельного двигателя на переходных режимах
4.4. Сравнение показателей работы ПДВС на переходном
и сходственных установившихся режимах
4.5. Выводы

акустического излучения и токсичности продуктов сгорания).
1.4.3. Сравнительный анализ математических моделей ПДВС и коммерческих программных продуктов
Основываясь на классификации, рассмотренной в табл. 1.1, выполним сравнительный анализ работ по математическому моделированию процесса функционирования ПДВС. Под процессом функционирования, в соответствии с терминологией, приведенной в работе [64], будем понимать «совокупность существенных при данном рассмотрении процессов в объекте».
В табл. 1.2 приведена сравнительная характеристика математических моделей ПДВС, использующихся в настоящее время.
Математические модели ПДВС
Таблица 1.
№ п/п Наименование моделей Типы моделей Характерные особенности моделей
1 2 3
1 Термодинамическая модель ПДВС (программа Дизель РК) [155, 182], МГТУ им. Н.Э. Баумана 1.3; 2.2; 3.1, 3.2; 4.1; 4.3 1-4.3.4; 5.1; 5.2.4 Моделирование рабочего процесса и многопараметрическая оптимизация в ПДВС различных типов и структуры.
2 Многозонные модели рабочего процесса ДВС [78, 138], МГТУ им. Н.Э. Баумана 1.3; 2.2; 3.1; 4.1; 4.3.1-4.3.4; 5.2.4 Моделирование внутрицилинд-ровых процессов для расчета локальных нестационарных температур рабочего тела в цилиндре двигателя и решения задач, связанных с расчетом токсичности, теплообмена, диссоциации.
3 Комплекс моделей газодинамических процессов в ДВС (пакет ЫБГ) [49, 69], МГТУ им. Н.Э. Баумана 1.1; 2.2; 3.1; 4.1.1, 4.1.2; 4.3.1; 4.3.2; 5.1 Моделирование пространственных течений газа в проточной части двигателя, оптимизация ГВТ ДВС.
4 Модели процессов в системе топливопо-дачи (программный комплекс ВПРЫСК) [46, 156], МГТУ им. Н.Э. Баумана 1.3; 2.2; 3.1; 4.3.3; 5.1; 5.2.4 Моделирование процесса подачи жидких топлив в напорных топливных системах, исследование, проектирование, оптимизация топливных систем.