Численное моделирование задержки воспламенения топлива в дизеле

• Автор: Сеначин, Андрей Павлович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Обозначения и сокращения
ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1 ТЕОРИЯ ТЕПЛОВОГО ВЗРЫВА И ПРОБЛЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЕ
1.1 Процессы самовоспламенения в поршневых двигателях и теория теплового взрыва
1.2 Адиабатический тепловой взрыв
1.3 Задача о самовоспламенении при адиабатическом сжатии и задержка воспламенения топлива в дизеле
1.4 Выводы по 1-му разделу
2 БАЗОВЫЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЯХ
2.1 Уточненный расчет исходного состава газовой смеси
в поршневом двигателе
2.2 Задержка воспламенения топлива в дизеле как
период индукции теплового взрыва рабочего объема
2.3 Самовоспламенение газа в адиабатической пушке и определение макрокинетики горючих смесей
2.4 Топливно-воздушный факел дизеля как тело переменной массы. Модельная задача динамики дизельного факела
2.5 Выводы по 2-му разделу
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДЕРЖКИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЕ
3.1 Экспериментальная установка для исследования рабочего процесса дизеля

3.2 Математическая модель задержки воспламенения топлива в дизеле. Динамический тепловой взрыв локального объема
3.3 Определение глобальной кинетики дизельного топлива численным решением обратной задачи динамики самовоспламенения в дизеле
3.4 Особенности самовоспламенения в дизеле при
низких энергиях активации химической реакции
3.5 Выводы по 3-му разделу
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДЕРЖКИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЕ С АККУМУЛЯТОРНОЙ СИСТЕМОЙ ТОПЛИВОПОДАЧИ
4.1 Математическая модель задержки воспламенения топлива в дизеле с аккумуляторной системой топливоподачи типа Common Rail
4.2 Численное моделирование задержки воспламенения топлива в дизеле с системой топливоподачи типа CR
4.3 Выводы по 4-му разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

Обозначения и сокращения
ВМТ- верхняя мертвая точка;
ДВС- двигатель внутреннего сгорания;
ДКМ- детальный кинетический механизм;
ДТ- дизельное топливо;
КПД- коэффициент полезного действия;
КШМ- кривошипно-шатунный механизм;
JIO- локальный объем;
ПКВ- поворот коленчатого вала;
ТВ- тепловой взрыв;
ЭВМ- электронная вычислительная машина;
CR- система топливоподачи повышенного давления (Common Rail);
HCCI- двигатель, работающий по технологии гомогенного завряда с воспламенением от сжатия (Homogeneous Charge, Compression Ignition); RCM- машина быстрого сжатия (Rapid Compression Machine).
Латинский алфавит Aj - мольная концентрация j-то компонента смеси;
as - относительная концентрация /-г о компонента смеси;
а- диаметр капли;
С- концентрация вещества;
Ср, Су - мольные теплоемкости;
ср, cv - массовые теплоемкости;
D- диаметр поршня;
D- коэффициент диффузии;
Da- критерий Дамкёлера;
Dv - безразмерный параметр; d- характерный размер;
Е- энергия активации химической реакции;

параметрах рк ,Тк ,Ук масса воздушного заряда; гпг - масса остаточных газов в ВМТ, (Мк(Мг)- средние молярные массы (наддувочного) воздуха и остаточных газов соответственно. Запишем уравнения состояния воздуха перед впускными органами двигателя для рабочего объема цилиндра Ук, остаточных газов в ВМТ и смеси в момент закрытия впускного клапана (в начале сжатия)
РкУ1г=КТк тк/{Мк)’
Р/Ус = КТтг/(Мг ),
РаУа=КТата/{Ма)’ а также уравнение сохранения количества вещества (числа молей газа при отсутствии химических реакций) в момент закрытия впускного клапана Уа=У/+Уг или та/(ма} = т1/(мк) + тг/(мг).
Тогда, с учетом степеней сжатия (геометрической £ и действительной ее) и выражений для коэффициентов наполнения и остаточных газов, имеем уравнение И.В. Гриневецкого и уравнение (в котором отсутствуют параметры остаточных газов)
РгТк/(РкТг) = ЛУ7,-(е-1)?
РаТк/(РкТа) = ТЛ1 + Чг)(£-])/£е
Если теперь ввести величину подогрева заряда в начале сжатия АТ, то давление и температура смеси ра, Та (в момент закрытия впускного клапана, соответствующего углу ПКВ срй) определятся соотношениями
Та =Тк +АТ, Ра =ркТа/Тк -Т1У(1 + у,.)(£-1)/£,
Здесь степени сжатия - геометрическая (условная) £ и действительная (эффективная) £е рассчитываются по формулам
£ = 1 + У1г/Ус, ее ~ Уа!Ус
Для аксиального КШМ объем Уа, с учетом тождества ж/)2 г = 2(е - I )У(,, определяется выражением