Математическое моделирование и численные исследования турбулентного тепломассопереноса в двигателях внутреннего сгорания

• Автор: Булгаков, Николай Викторович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 174 с. : ил.

1. Постановка задачи

2. Уравнение для осредненного течения

3. Уравнения баланса для корреляционных функций описывающих турбулентные пульсации течений в ДВС.

3.1. Транспортные уравнения для тензора турбулентных напряжений Рейнольдса.

3.2. Баланс кинетической энергии турбулентности и осредненного течения

3.3. Уравнение баланса диссипации кинетической энергии турбулентности.

3.4. Качественная схема турбулентного течения

3.5. О коэффициенте турбулентной вязкости

3.5. Распространение тепла при турбулентном течении

3.7. Транспортные уравнения для интенсивности турбулентных пульсаций температуры и скорости ее диссипации.
4. Дифференциальные модели турбулентного тепломассопереноса, основанные на транспортных уравнениях для корреляционных функций
4.1. Динамическая модель турбулентности к е
4.2. Модель турбулентного переноса тепла.
Глава 2. Методики расчета и численные исследования тепломассопереноса турбулентных плоских и осесимметричных слаборасширяющихся течений в ДВС .
1. Плоские слаборасширяющиеся турбулентные течения в ДВС
1.1. Постановка задачи.
1.2. Разностная схема для осредненных уравнений
1.3. Разностная схема для модели турбулентности А.Н. Секундова.
1.4. Расчет распределения давления вдоль потока
2. Осесимметричные слаборасширяющиеся турбулентные течения в две
2.1. Постановка задачи.
2.2. Разностный аналог задачи о расчете осесимметричных слаборасширяющихся турбулентных течений, алгоритм расчета на ЭВМ
3. Тестовые расчеты.
4. Численные исследования газовой динамики и теплообмена слаборасширяющихся течений в цилиндрических и плоских трактах две
4.1. Газовая динамика и теплообмен в цилиндрических каналах
4.2. Газовая динамика и теплообмен в плоских каналах
Глава 3. Метод расчета и численные исследования турбулентных отрывных течений в двигателях внутреннего сгорания
1. Постановка задачи о расчете турбулентных двумерных отрывных
течений в ДВС.
1.1 .Физическая постановка задачи
1.2. Математическая постановка задачи
2. Метод контрольного объема численного расчета двумерных сложных турбулентных течений в ДВС
2.1. Исследование разностных схем МКО на примере одномерной задачи
2.2. Разностные уравнения МКО для двумерных задач.
3. Алгоритм решения задачи.
3.1. Выбор разностной сетки.
3.2. Расчет поля давления.
4. Численные исследования турбулентных двумерных отрывных течений в двигателях внутреннего сгорания.
4.1. Тестовые расчеты
4.2. Численные исследования турбулентных двумерных отрывных течений в выпускном и впускном каналах двигателя.
Выводы
Литература


Отмечено, что характерной особенностью сложных отрывных течений, имеющих место в ДВС, является наличие зон течений, в которых молекулярные и турбулентные механизмы переноса количества движения и энергии сравнимы и даже могут преобладать над акустическими и конвективными, поэтому в основе математических моделей течений рабочего тела в ДВС должны лежать полные уравнения НавьеСтокса. В 2 записана система уравнений 1. М2 и за счет температурной неоднородности
потока, проведена сравнительная оценка временных масштабов корреляционных функций, описывающих пульсационные поля, и масштабов параметров осредненного течения. В 3 получены и обсуждено физическое содержание уравнений баланса для турбулентных напряжений Рейнольдса, кинетической энергии турбулентности, диссипации кинетической энергии турбулентности. Рассмотрено распространение тепла при турбулентном течении, записано уравнение баланса вектора турбулентного переноса тепла, транспортное уравнение для вектора диссипации турбулентного потока тепла, транспортное уравнение для интенсивности турбулентных пульсаций температуры и скорости ее диссипации. В 4 записаны и обсуждаются дифференциальные модели турбулентного тепломассопереноса, основанные на транспортных уравнениях для корреляционных функций и приближенных равновесных соотношений для моментов более высоких порядков, вытекающие из соображений размерности и подтвержденных экспериментально. А.Н. Секундова, замкнутые дифференциальные модели турбулентного переноса тепла. Во второй главе изложены методики расчета на ЭВМ слаборасширяющихся плоских и осесимметричных турбулентных течений в ДВС. Даны математические постановки задач, основанные на параболическом приближении уравнений Рейнольдса для двумерных плоских и осесимметричных течений и модели турбулентности V, А. Н. Секундова. Для численного решения на ЭВМ нелинейных систем параболического типа, описывающих осредненные течения и характеристики турбулентности, использованы однородные двухслойные абсолютно устойчивые неявные разностные схемы первого порядка точности 3. Дан алгоритм расчета распределения давления вдоль потока внутренних течений, основанный на использовании граничных условий для поперечной составляющей потока массы. Приведены алгоритмы расчета течений на ЭВМ. Приведены многочисленные тестовые расчеты, показывающие работоспособность методик, хорошую точность расчета полей течений, характеристик турбулентности, трения и теплообмена. Проведены детальные численные исследования закономерностей турбулентных течений, трения и теплообмена в слаборасширяющихся каналах на участке стабилизации течения. В третьей главе изложены метод расчета и численные исследования турбулентных плоских отрывных течений, теплообмена и трения в двигателях внутреннего сгорания. Дана математическая модель турбулентных двумерных отрывных течений, представляющая собой систему осредненных уравнений количества движения уравнений Рейнольдса уравнение энергии, уравнение непрерывности, уравнение состояния и систему уравнений модели турбулентности, дополненных граничными условиями. Проведено исследование разностных схем МКО на примере одномерной задачи. Исследованы экспоненциальная разностная схема, степенная разностная схема, предложен ряд новых экономичных при численной реализации схем. Рассмотрено отклонение коэффициентов предложенных разностных схем от коэффициентов точной экспоненциальной схемы в широком диапазоне чисел Пекле. Показано, что схема с законом 3. Патанкара 3. Построены разностные схемы МКО для двумерных задач. Изложен алгоритм решения всей задачи. Обоснован выбор разностной сетки. Рассмотрен алгоритм расчета поля давления. Для решения нелинейных систем алгебраических уравнений МКО описан метод ГауссаЗейделя с нижней релаксацией. С целью анализа работоспособности программы расчета на ЭВМ, алгоритма расчета поля давления, точности расчетов проведено численное решение двух тестовых задач. Приведены численные исследования турбулентных двумерных отрывных течений, теплообмена и трения в выпускном и впускном каналах ДОС. В заключительной части диссертационной работы подведен краткий итог проведенным в диссертации исследованиям.