Исследование локального теплообмена в камере сгорания дизеля, конвертированного на природный газ

• Автор: Зеленцов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 167 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ИНДЕКСОВ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТНОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЛОКАЛЬНОГО ТЕПЛООБМЕНА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ^

1Л. Актуальность проблемы исследования теплообмена в камере сгорания

поршневого двигателя, работающего на газообразном топливе

1.2. Классификация методов исследования локального нестационарного теплообмена в камере сгорания двигателя, работающего на природном газе

1.3. Модели локального теплообмена в поршневых двигателях, основанные

на теории пограничного слоя

1.3.1. Модели, использующие теорию ламинарного пограничного слоя
1.3.2. Модели'конвективного теплообмена на основе теории турбулентного пограничного слоя
1.3.3. Модели сложного теплообмена на основе теории турбулентного пограничного слоя
1.4. Расчет локального теплообмена в поршневых двигателях с использованием различных моделей турбулентности
1.4.1. Классификация и краткая характеристика основных моделей турбулентности
1.4.2. Особенности пристеночных течений. Метод пристеночных функций
1.4.3. Низкорейнольдсовые модели турбулентности
1.4.4. Модели рейнольдсовых напряжений
1.5. Экспериментальные методы исследования пограничного слоя в камере сгорания двигателя, работающего на природном газе
Выводы по главе 1
ЕЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ЛОКАЛЬНОГО

ТЕПЛООБМЕНА В ЦИЛИНДРАХ БАЗОВОГО И КОНВЕРТИРОВАННОГО НА ПРИРОДНЫЙ ГАЗ ДИЗЕЛЕЙ
2.1. Краткая характеристика базового дизеля и его газожидкостной модификации. Условия идентичности для сравнительного анализа
2.2. Обобщенная система уравнений переноса в цилиндре двигателя
2.3. Современные модели турбулентности, используемые для расчета процессов переноса в цилиндре поршневого ДВС
2.3.1. к-Е модель турбулентности
2.3.2. Гибридная модель турбулентности (AVL НТМ)
2.3.3. k-Ç-f модель турбулентности
2.3.4. Модель рейнольдсовых напряжений с уравнениями эллиптической релаксации (Manceau & Hanjalic)
2.4. Пристеночные функции, используемые для расчета процессов переноса в цилиндре поршневого ДВС
2.4.1. Стандартные пристеночные функции
.2.4.2. Гибридные пристеночные функции '
2.5.. Современные модели теплообмена в пограничном слое, используемые
для расчета процессов переноса в цилиндре поршневого ДВС
2.5.1. Стандартная модель теплообмена
2.5.2. Модель Han-Reitz
2.6. Моделирование турбулентного движения с учетом процессов сгорания топливо-воздушной смеси в цилиндре ДВС
2.6.1. Математическая модель сгорания Magnussen - Hjertager
2.6.2. Модель когерентного пламени (CFM) и ее модификации
2.6.3. Расчет процесса сгорания топливо-воздушной смеси в цилиндре газожидкостного двигателя при использовании различных моделей
2.7. Моделирование трехмерных процессов смесеобразования и сгорания при использовании различных моделей турбулентности, пристеночных функций и моделей теплообмена в пристеночной области

2.7Л . Расчет процессов тепло- и массообмена в цилиндре исследуемого двигателя
2.7.2. Верификация математической модели по осредненным параметрам
2.7.3. Анализ влияния- различных моделей турбулентности на теплообмен в пристеночной области
2.7.4. Анализ использования различных пристеночных функций при расчете теплообмена в пограничном слое
2.7.5: Анализ использования различных моделей теплообмена в пристеночной области Выводы,по главе 2:
ГЛАВА 3. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ И ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЕЙ СЕРИЙНОГО ДИЗЕЛЯ ЯМЗ-236 И ЕГО ГАЗОЖИДКОСТНОЙ*. МОДИФИКАЦИИ
3.1. Экспериментальное исследование локальных температур поршней базового дизеля и его газожидкостной модификации
3.1.1. Принципиальная схема и краткое описание экспериментальной установки
3.1.2. Описание датч иков для измерения локальных температур и схема их расположения на поверхностях огневых днищ поршней исследуемых двигателей
3.2.. Определение термических граничных условий- на огневых днищах поршней исследуемых, двигателей' на основании трехмерных расчетов; процессов локального теплообмена
3.3. Верификация моделей турбулентности и теплообмена на основе экспериментальных данных
3.3.1. Исследование локального теплообмена на огневых днищах,поршней дизеля и газожидкостного двигателя на режиме номинальной мощности

93. 93 93;

и+=~ъ{Еу+), (1.39)

где к = 0,41 - постоянная Никурадзе-Кармана [81, 83]; Е=8,8 — постоянная, определяющая степень шероховатости [48].
Указанные зоны обычно объединяются в одну внутреннюю область, обладающую рядом важных свойств, одним из которых является слабая зависимость профиля скорости от внешних условий [80]. Важно отметить, что на основании именно этого свойства были построены универсальные соотношения (пристеночные функции), связывающие параметры течения с расстоянием до стенки.
Метод пристеночных функций. В развитие метода большой вклад был внесен работами коллектива Лондонского королевского колледжа, руководимого D.B. Spalding [49]. На сегодняшний день это один из наиболее распространенных подходов к моделированию пристеночных течений, позволяющий связать решение в первой контрольной ячейке (предполагаемой полностью турбулентной) со свойствами самой стенки [48, 80].
Достоинства метода пристеночных функций:
1) Позволяет экономить вычислительные ресурсы;
2) Учитывает влияние различных факторов, в частности, шероховатости за счет введения эмпирической информации.
Метод опирается на следующие предположения:
- универсальность профиля скорости во внутренней области;
- гипотезу о локальном равновесии энергии турбулентных пульсаций;
- свойство локальной изотропности диссипирующих вихрей.
Основные положения метода рассматриваются на примере определения касательного напряжения трения для ближайшего к твердой стенке расчетного узла Р, находящегося в логарифмическом слое теплового пограничного слоя на расстоянии ур (рис. 1.3).