Численное моделирование рабочего цикла нетрадиционной бескривошипной поршневой тепловой машины

• Автор: Баранов, Павел Николаевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 203 с. : ил.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современные тенденции развития тепловых машин

1.2. Бескривошипные тепловые машины, их достоинства и недостатки. Бескривошипные машины нетрадиционных схем

1.3. Рабочий цикл бескривошипной тепловой машины как объект исследования

1.4. Цель и задачи исследования. Объект исследования

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВНУТРИЦИЛИНДРОВЫХ ПРОЦЕССОВ БЕСКРИВОШИПНОЙ ПОРШНЕВОЙ ТЕПЛОВОЙ МАШИНЫ НОВОГО ТИПА

2.1. Основные положения, допущения и уравнения

2.2. Особенность расчета удельного объема рабочего тела в цилиндре

2.3. Особенности моделирования процессов сжатия, сгорания и расширения

3. АЛГОРИТМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВНУТРИЦИЛИНДРОВЫХ ПРОЦЕССОВ В БЕСКРИВОШИПНОЙ МАШИНЕ НОВОГО ТИПА
3.1. Методы решения системы дифференциальных уравнений
3.2. Выбор начальных и граничных условий
3.3. Особенности численного моделирования процессов сжатия, сгорания и расширения
3.4. Численное определение показателей рабочего цикла БКПМ-двигателя нового типа
4. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В БЕСКРИВОШИПНОЙ ТЕПЛОВОЙ МАШИНЕ НОВОГО ТИПА
4.1. Экспериментальная установка. Приборы и оборудование
4.2. Программа исследования объектов эксперимента
4.3. Сравнительная оценка потерь энергии в БКПМ нового типа и в
ДВС традиционной конструктивной схемы аналогичного класса
5. РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ЦИКЛА В БКПМ НОВОГО ТИПА
5.1. Алгоритм расчета процессов рабочего цикла бескривошипной машины
5.2. Сравнительная оценка параметров рабочего цикла ПТМ традиционной конструктивной схемы и БКПМ нового типа (случай симметричной функции перемещения поршня БКПМ нового типа)
5.3. Анализ влияния профиля беговой дорожки на показатели рабочего цикла БКПМ нового типа
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
а - текущий угол поворота выходного поршня (вала), град ПП; Ла-шаговый угол поворота выходного поршня (вала), град ПП; р - давление рабочего тела, МПа; и - удельный объем рабочего тела, м3/кг;
Т- температура рабочего тела, К;
п - частота вращения вала (поршня), мин’1;
со- угловая скорость вращения вала (поршня), с-1;
51 (5д) - полный ход поршня, м;
5 - текущее перемещение поршня, м;
И- число периодов беговой дорожки;
Э - диаметр цилиндра, м;
КА - коэффициент горизонтальной асимметрии;
Ху - степень горизонтального продолжительного расширения;
Хв - степень вертикального продолженного расширения;
Ясм - степень смешанного продолженного расширения

Основные закономерности
Для формирования математической модели внутрицилиндровых процессов, определяемого в качестве одной из задач настоящей диссертационной работы, необходимо выявить основные законы термодинамики, механики и теории тепловых машин, на которых она (модель) базируется. Важность поставленной задачи обусловлена еще и тем, что систематизированных научно-теоретических исследований, связанных с комплексным математическим анализом параметров состояния рабочего тела, до настоящего времени не проводилось в связи с новизной конструктивной схемы БКПМ нового типа.
1. Наиболее важным, или основополагающим базовым выражением является основной кинематический параметр - перемещение поршня, который, в свою очередь, является фактором, определяющим изменение геометрического объема цилиндра при движении в нем поршня между своими крайними положениями. Перемещение поршня полностью определяется закономерностями профилирования беговой дорожки. Следовательно, функция, описывающая характер изменения профиля беговой дорожки, будет однозначно определять и характер перемещения поршня. Исходя из этого, а также с учетом достаточно подробного описания кинематических зависимостей [105, 107, 109], можно записать общий вид зависимости перемещения поршня £п от независимого параметра (угла поворота поршня) следующим образом:
=/(«)>
где а - угол поворота поршня (или, что тоже самое, выходного вала), рад. (град);
2. Основополагающими законами, определяющими характер протекания процессов сжатия и расширения рабочего тела в цилиндре БКПМ приняты, согласно допущениям, политропные, как "наиболее общие" термодинамические процессы, позволяющие, соответственно, наиболее точно описать реальные процессы;