Разработка методики численного моделирования течения газа в полости впускного канала двигателя внутреннего сгорания

• Автор: Тюнин, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава I. Состояние проблемы и выбор направления исследования

1.1. Общая характеристика впускного тракта ДВС

1.2. Типы впускных каналов ДВС

1.3. Экспериментальные исследования

1.4. Классификация методов моделирования течений в каналах

1.5. Численные исследования

1.6. Эффективность разностных схем и алгоритмов

1.7. Конструирование расчетных сеток

1.8. Выводы
1 лава 2. Математическая модель течения во впускном канале ДВС
2.1. Общая характеристика потока в каналах ДВС
2.2. Уравнения течения
2.3. Моделирование турбулентности
2.3.1. Некоторые модели турбулентности
2.3.2. Оценка вычислительных ресурсов для моделей турбулентности
2.4. Начальные и граничные условия
2.5. Численные методы решения уравнений НавьеСтокса
2.6. Расчетная сетка
2.7. Выводы
Глава 3. Численное моделирование течения во впускном канале ДВС
3.1. Экспериментальная методика проведения газодинамических испытаний впускного и выпускного трактов ДВС
3.2. Геометрическая поддержка
3.3. Построение расчетной сетки
3.4. Вычислительный эксперимент
3.5. Анализ результатов расчетов
3.6. Выводы
Глава 4. Разработка расчетномодслирующего комплекса
4.1. Общие положения
4.2. Информационные технологии при разработке дизелей
4.3. Автоматизация проектноконструкторских расчетов
4.4. Требования к математическим моделям при проектировании
4.5. Пакеты инженерного анализа
4.6. Расчетномоделирующий комплекс
4.7. Выводы
Заключение
Список литературы


Однако, методы крупных вихрей при решении практических задач о течениях в двигателе, где характерные числа Рейнольдса варьируются в диапазоне 4< Re < 7, требуют чрезмерных затрат вычислительных ресурсов. В настоящее время они могут использоваться только для решения модельных задач и описания течений в отдельных элементах установок. Таким образом, можно утверждать, что математическое моделирование газодинамических процессов в областях сложной конфигурации, которому посвящена настоящая работа, является актуальным направлением современной механики жидкости и газа. Целью работы является разработка инженерной методики численного моделирования течения газа в полости впускного канала двигателя внутреннего сгорания. ДВС на основе разработанной вычислительной технологии. Научная новизна. На основании анализа доминирования факторов процесса течения газа в полости впускного канала ДВС разработана новая вычислительная технология исследования газодинамических процессов в каналах сложных геометрических форм, позволяющая обосновывать выбор конструктивных параметров при проектировании проточных трактов ДВС, а также применять ее при решении технических проблем, связанных с исследованием широкого класса пространственных турбулентных сложных течений газа. Обоснованы рекомендации по конструированию расчетной сетки, обеспечивающие достижение приемлемой для практических целей точности расчетов. Разработана инженерная методика расчета параметров течения газа во впускных каналах винтового типа ДВС. Практическая ценность. Показано, что корректное численное моделирование стационарного турбулентного течения газа во впускном канале двигателя внутреннего сгорания по точности определения локальных и интегральных характеристик не уступает экспериментальным данным. Тем самым обоснована возможность существенного сокращения затрат на экспериментальную доводку новых моделей каналов. Адекватная вычислительная модель предоставляет инженеру-конструктору технологию визуализации полей скоростей и давлений в полости канала, формируя когнитивные образы зависимости геометрии (конструкции) канала и эффективности его работы, что позволяет решать задачи выбора оптимальной геометрической формы впускных каналов. Методы исследования. Общей методологической основой исследования является системный подход. Обоснованность и достоверность результатов диссертационной работы обеспечивается корректностью постановок рассматриваемых задач, использованием апробированных вычислительных алгоритмов и расчетных схем, а также соответствием расчетов экспериментальным данным, полученным на промышленной испытательной установке. Содержание диссертации* Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе приводится анализ научно-технической литературы, посвященной методам экспериментального и численного исследования газодинамических процессов в каналах сложных геометрических форм. Приведена общая характеристика газовоздушного тракта дизельного двигателя, отдельно рассмотрены типы впускных канатов. Далее приводятся основные методы решения уравнений газовой динамики. Отмечено, что актуальной задачей является создание эффективного численного метода расчета течений вязкой несжимаемой жидкости, который позволял бы учитывать реальную геометрию устройств. Показано, что по совокупности преимуществ, вполне оправдано использование в настоящей работе метода SIMPLE []. Освещена проблема построения расчетных сеток, имеющая особую важность в связи с тем, что точность и скорость сходимости численного метода определяется не только порядком аппроксимации исходных дифференциальных уравнений и эффективностью алгоритма решения их разностного аналога, но и, в значительной степени, способом, построения разностной сетки. Приведена классификация расчетных сеток. Показано, что тип сетки определяется, во-первых, особенностями численного метода, который будет использоваться для интегрирования уравнений гидродинамики, и, во-вторых, особенностями решаемой задачи. Проведенный анализ предметной области позволил сформулировать цели и задачи исследования.