Методы повышения качества смесеобразования и сгорания в судовом дизеле на основе математического и физического моделирования локальных внутрицилиндровых процессов

• Автор: Гаврилов, Владимир Васильевич
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 359 с. : ил.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА И ИЗВЕСТНЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ В ДИЗЕЛЕ

1.1. Принципы организации и показатели качества смесеобразования и сгорания

1.2. Модели процесса распада топливной струи

1.2.1. Роль процесса распада топливной струи и разнообразие представлений о нем

1.2.2. Распад струи как результат развития поверхностных колебаний

1.2.3. Распад струи как результат кавитации в сопловом канале

1.2.4. Распад струи как результат развития турбулентности потока

1.2.5. Общая оценка моделей распада топливной струи

1.3. Модели структуры и движения топливной струи

1.3.1. Классификация моделей топливной струи

1.3.2. Топливная струя - совокупность взаимодействующих капель («зонные» модели)
1.3.3. Топливная струя - совокупность порций капель, обменивающихся количеством движения с газом
1.3.4. Топливная струя - часть свободной стационарной затопленной турбулентной струи
1.3.5. Топливная струя - нестационарная двухфазная турбулентная струя
1.3.6. Общая оценка известных моделей структуры и движения топливной
струи
1.4. Модели испарения и горения топлива
1.4.1. Классификация моделей испарения и горения
1.4.2. Модели, интегрально описывающие рабочее тело без учета характеристики топливоподачи
1.4.3. Модели, интегрально описывающие рабочее тело с учетом характеристики топливоподачи
1.4.4. Модели, описывающие структуру рабочего тела
1.4.5. Общая оценка известных моделей испарения и горения топлива в дизеле
1.5. Формулирование проблемы, постановка цели и задач работы
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ
2.1. Принципы моделирования смесеобразования и сгорания
2.2. Процесс распада топливной струи
2.2.1. Физическая картина распада струи
2.2.2. Допущения, принятые при моделировании распада струи
2.2.3. Методика расчета распада струи
2.3. Структура и динамика движения топливной струи
2.3.1. Вербальная модель топливной струи
2.3.2. Требования к математической модели топливной струи
2.3.3. Допущения, принятые при математическом моделировании движения струи
2.3.4. Математическая модель движения свободной струи
2.3.5. Математическая модель взаимодействия струи со стенками камеры сгорания
2.4. Локальные процессы испарения топлива и воспламенения горючей смеси
2.4.1. Задачи моделирования испарения и воспламенения
2.4.2. Математическая модель испарения топлива
2.4.3. Учет теплового и цепного ускорений предпламенных реакций при
расчете воспламенения
2.4.4. Учет локальных концентраций реагентов при расчете воспламенения
2.5. Локальные процессы горения топлива и образования окиси азота
2.5.1. Требования к математической модели горения в дизеле
2.5.2. Анализ физико-химических основ расчета горения
2.5.3. Разработка кинетической модели горения топлива
2.5.4. Моделирование процесса образования окиси азота
2.6. Выводы по разделу
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ
3.1. Метод исследования распределения массы топлива и скорости его движения по длине струи
3.2. Метод исследования распределения скорости движения газовой
фазы по длине топливной струи
3.3. Методы исследования распределения параметров свободной топливной струи в ее поперечном сечении
3.4. Методы исследования характеристик топливной струи при взаимодействии со стенками камеры сгорания и потоками заряда цилиндра
3.5. Метод анализа рабочего процесса дизеля по индикаторным диаграммам
3.6. Выводы по разделу

4. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТОПЛИВОПОДАЧИ, СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ
4.1. Распределение масс и скоростей движения компонентов топливной струи по ее длине
4.2. Распределение параметров топливной струи в ее поперечном сечении
4.3. Распределение масс и скоростей движения в пристенной струе
4.4. Процессы топливоподачи, смесеобразования и сгорания в условиях реального двигателя
4.5. Выводы по разделу
5. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ В СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЯХ
5.1. Система критериев качества смесеобразования и сгорания в дизеле, методы повышения качества
5.2. Программа расчета процессов топливоподачи, смесеобразования и сгорания
5.3.Результаты расчетно-экспериментального согласования конструктивных и регулировочных параметров дизеля
5.3.1. Расчетно-экспериментальный выбор параметров топливной аппаратуры и камеры сгорания для дизеля типа ЧН 30/38
5.3.2. Расчетный выбор параметров камеры сгорания для дизеля типа ЧН 30/38
5.3.3. Расчетно-экспериментальный выбор параметров топливной аппаратуры и камеры сгорания для дизеля типа ЧН 26/26
5.4. Выводы по разделу. Рекомендации к выбору параметров топливной аппаратуры и камеры сгорания дизеля
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

(^/Лу./) =1_(////я)’ (Ь5)
где ну у - скорость истечения из сопла рассматриваемой порции топлива; ну -текущая скорость движения порции на расстоянии / от сопла; 1т -максимальный путь данной порции от сопла до точки ее "полного торможения" в зоне фронта струи.
Характеризуя рассмотренную математическую модель движения топливной струи, можно прежде всего отметить, что она не достаточно отражает сложную картину движения, представленную в вербальной модели. В частности, она не описывает возможное различие движения элементарной порции топлива на начальном и основном участках струи. Дело в том, что уравнение (1.5) движения порции топлива получено на основе единичного эксперимента, результаты которого мы опубликовали лишь для иллюстрации нашего метода экспериментального исследования. Отсутствие в распоряжении автора экспериментальной базы в полном объеме не позволило получить уравнение, достаточно точно отражающее реальный процесс.
Если в какой-то мере использовать подход автора к количественному описанию движения струи, то необходимо уточнить уравнение (1.5) на основе статистической обработки обширного экспериментального материала. Решить эту задачу придется, по крайней мере, для того, чтобы располагать эмпирической зависимостью для проверки адекватности иных математических моделей.
Дополнительно отметим, что в рассматриваемой математической модели струи участвуют только параметры движения топлива, и совершенно не учитывается движение в ней воздуха. Отсутствие учета в модели законов сохранения существенно снижает ее ценность.
Итак, можно утверждать, что представления Н.Ф. Разлейцева о структуре струи и характере ее движения в целом обоснованны. Предложенное деление струи на характерные зоны при ее описании вполне приемлемо. Однако