Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ЦИЛИНДРАХ ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Климова Е.Н.

В работе проведен анализ экологических требований, предъявляемых к тепловозным дизелям (Euro), приведен обзор существующих моделей рабочих процессов в цилиндрах тепловозных дизелей, проведена сравнительная характеристика и проанализирована возможность разработки многозонной модели, которая бы обеспечивала приемлемую для инженерных расчетов точность, адекватно описывала процессы при изменении параметров двигателя и требовала минимальное количество экспериментальных данных для интерпретации модели.

Проведенный анализ моделей образования и окисления сажевых частиц показывает, что ввиду существенной неоднородности топливовоздушной смеси в цилиндре необходима разработка такой многозонной модели, которая бы обеспечивала приемлемую для инженерных расходов точность, адекватно описывала процессы при изменении параметров двигателя и требовала минимальное количество экспериментальных данных для интерпретации модели.

Общая математическая модель процессов в дизеле представляется совокупностью моделей отдельных процессов и их взаимодействий. Процессы в рабочем цилиндре дизеля описываются квазистатической системой, одним из составляющих уравнений которой является уравнение первого закона термодинамики:

dQ=dU + dL                                   (1)

Изменение количества теплоты, подводимой к рабочему телу

f.                (2)

Для определения изменения внутренней энергии рабочего тела в цилиндре дизеля dU условимся рассматривать смесь газов в цилиндре как состоящую из двух компонентов: воздуха и «чистых» (в дальнейшем термин употребляется без кавычек) продуктов сгорания. Тогда внутренняя энергия рабочего тела

f,                        (3)

где fи f - массы воздуха и чистых продуктов сгорания;

f и f - удельные внутренние энергии воздуха и чистых продуктов сгорания.

Из выражения (3) следует, что

f,                    (4)

Для идеального газа можно считать, что удельная внутренняя энергия f определяется только температурой T,

f.                          (5)

После подстановки уравнений (2), (5), в уравнение (1), учитывая то, что последнее слагаемое уравнения (1) f - работа, совершаемая рабочим телом в цилиндре, состоит из работы перемещения поршня и работы перемещения газов через органы газораспределения, получим уравнение, разделив все члены которого на f, и учитывая, что энтальпия газов f, получаем уравнение первого закона термодинамики в дифференциальной форме для рабочего процесса в цилиндре:

f

f.                 (6)

В левой части уравнения (6) записана суммарная скорость изменения внутренней энергии рабочего тела в цилиндре за счёт изменения температуры и количества воздуха и чистых продуктов сгорания. В правой части записана сумма скоростей подвода (отвода) теплоты за счёт сгорания топлива, теплообмена со стенками цилиндра, работы перемещения поршня, притока энтальпии и убыли её при газообмене.

Уравнение (6) является общим для рабочего процесса в цилиндре. Для расчёта рабочего процесса уравнение решается совместно с уравнениями массового баланса. К системе уравнений также добавляется уравнение состояния. Полученные уравнения описывают рабочий процесс с учётом обратных течений (забросов) газов из выпускного коллектора в цилиндр и из цилиндра в ресивер продувочного воздуха. Уравнения не устанавливают явную зависимость между давлением, температурой газов и углом поворота кривошипа. Однако они позволяют, задавшись шагом изменения угла поворота кривошипа и решая уравнения совместно на каждом шаге, определить изменение параметров рабочего процесса в течение цикла.

Для решения уравнений рабочего процесса применительно к конкретному дизелю необходимо задать размеры цилиндра; сечения, коэффициенты расхода и фазы открытия органов газораспределения; угловую скорость вращения вала; цикловую подачу топлива и три условия: закон сгорания топлива в зависимости от угла поворота кривошипа f(φ), коэффициент теплоотдачи от газов к стенке цилиндра и условия на входе и выходе из цилиндра, и провести расчет для каждой зоны с учетом коэффициента избытка воздуха.

Развитие математического моделирования, использующего для идентификации экспериментальные данные, и автоматизированной обработки результатов натурных испытаний ДВС, в перспективе должно привести к созданию программно-аппаратурных комплексов, в которых моделирование процессов и их экспериментальное исследование являются органическими составляющими единой автоматизированной процедуры совершенствования рабочего процесса ДВС.

Работа выполнена при поддержке программы «Михаил Ломоносов II»


Библиографическая ссылка

Климова Е.Н. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ЦИЛИНДРАХ ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ // Фундаментальные исследования. – 2008. – № 11. – С. 64-65;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3927 (дата обращения: 21.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074