Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Ульрих Сергей Александрович
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ РАСПЫЛЕННОЙ ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНОЙ СТРУИ ДИЗЕЛЯ С СИСТЕМОЙ ТОПЛИВОПОДАЧИ COMMON RAIL
05.04.02 - тепловые двигатели
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Барнаул - 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова доктор технических наук, профессор Научный Сеначин Павел Кондратьевич, руководитель:
кандидат физико-математических наук, доцент Научный Чертищев Василий Владимирович консультант:
Официальные Новоселов Александр Леонидович, доктор технических наук, профессор оппоненты:
заведующий кафедрой Автомобили и тракторы Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, г. Барнаул Титов Сергей Владимирович, кандидат технических наук, доцент доцент кафедры Судовые двигатели внутреннего сгорания Новосибирской государственной академии водного транспорта, г. Новосибирск Ведущая ФГБОУ ВПО Южно-Уральский государственный организация университет (Национальный исследовательский университет), г. Челябинск
Защита состоится л25 мая 2012 г. в 12:30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.03 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова по адресу:
656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, АлтГТУ.
E-mail: D21200403@mail.ru, тел/факс (3852) 26-05-
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова.
Автореферат разослан л _____ апреля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, А.Е. Свистула профессор
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Несмотря на более чем вековую историю мирового двигателестроения интерес исследователей к проблемам смесеобразования и горения в дизелях - наиболее распространенных двигателях внутреннего сгорания (ДВС) не уменьшается. Современная техника предъявляет все более жесткие требования к мощностным, экологическим и экономическим показателям дизелей, что требует решения проблем улучшения процессов смесеобразования и горения.
Решение таких серьезных задач невозможно без использования современных способов получения экспериментальных данных и средств математического моделирования внутрицилиндровых процессов в дизелях, в том числе с аккумуляторной системой топливоподачи Common Rail (CR).
Поскольку в настоящее время топливно-воздушную струю (ТВС) дизеля описывают эмпирическими формулами, то задача состоит в том, чтобы на стадии проектирования и доводки дизеля можно было бы сравнительно просто и достоверно при помощи эмпирических и математических моделей и численного моделирования прогнозировать показатели работы двигателя.
Поэтому разработка достаточно простой математической модели ТВС дизеля с системой топливоподачи CR, основанной на строгих законах описания процессов движения и смесеобразования ТВС, а также проведение экспериментальных исследований ТВС в двигателе или модельной бомбе постоянного объема (БПО) с использованием современных оптических методов и скоростной видеосъемки, представляется задачей актуальной.
В работе предпринята попытка исследования параметров ТВС (дисперсности, динамики и геометрии ТВС) и процессов смесеобразования дизеля с системой топливоподачи CR и создания новых математических моделей ТВС.
Работа выполнена при частичной поддержке Федеральной целевой программы Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2012 годы.
Объект исследования - топливно-воздушная струя дизеля с системой топливоподачи типа CR.
Предмет исследования - процессы смесеобразования в дизеле с системой топливоподачи повышенного давления типа CR.
Цель работы - исследование характеристик топливно-воздушной струи дизеля с системой топливоподачи Common Rail для совершенствования рабочего процесса и решения вопросов согласования параметров ТВС с геометрией камеры сгорания.
Задачи исследования.
1. Разработка многозоной математической модели и рабочей программы для численного моделирования ТВС дизеля как тела переменной массы, с учётом внутризонного и межзонного тепло- и массопереноса.
2. Разработка упрощенной математической модели и рабочей программы для численного моделирования ТВС дизеля и проведение расчётов для двигателя с системой топливоподачи типа CR.
3. Разработка эмпирической модели для обработки экспериментальных данных по дальнобойности ТВС при впрыске в атмосферу или бомбу постоянного объема (БПО).
4. Разработка оптической методики и исследование динамики распространения фронта ТВС дизеля и его геометрии.
5. Разработка оптической методики и исследование распределения капель топлива в ТВС дизеля по размерам.
6. Создание экспериментального комплекса для оптической диагностики параметров ТВС дизеля с системой топливоподачи типа CR.
7. Разработка некоторых вопросов согласования характеристик ТВС дизеля с геометрией камеры сгорания.
Научная новизна (положения, выносимые на защиту).
- Разработаны математические модели, и компьютерные программы для численного моделирования топливно-воздушной струи дизеля, как системы взаимодействующих переменных масс или материальной точки переменной массы.
- Получена эмпирическая математическая модель ТВС дизеля, позволяющая прогнозировать ее дальнобойность и динамику переднего фронта.
- Разработаны методики оптической диагностики топливно-воздушной струи дизеля с системой топливоподачи Common Rail с применением высокоскоростной видеосъемки.
- Определены зависимости дисперсности капель топлива, динамических и геометрических параметров ТВС от величины противодавления при различных давлениях впрыска топлива.
Практическая ценность работы. Создан экспериментальный комплекс оптической диагностики с помощью скоростной видеосъемки характеристик ТВС с системой топливоподачи аккумуляторного типа CR в среду с противодавлением в БПО. Разработаны и реализованы методики оптического исследования распределения капель в ТВС по размерам методом малоуглового светорассеяния и оценки параметров их распределения; исследования скорости распространения фронта ТВС по времяпролетной методике с использованием скоростной видеосъемки. Разработаны рекомендации согласования параметров ТВС дизеля с геометрией камеры сгорания.
Достоверность и обоснованность научных положений определяется использованием достоверных результатов других авторов и современных достижений в рассматриваемой области, проведением натурных и модельных экспериментальных исследований с использованием надежных методик и апробированных методов численного моделирования.
Метод исследования - комплексный, включающий экспериментальные исследования и численное моделирование.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались на конференциях различного уровня: Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики - ЭЭТПЭ-2007 (г. Барнаул, 2007);
68-ой, 69-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорско - преподавательского состава технического университета (г Барнаул, АлтГТУ им. И. И Ползунова, 2010, 2011); Юбилейной научнотехнической конференции л5-е Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе (г. Москва, МАДИ, 2011);
конференции Российской академии транспорта Новые материалы для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (г. Барнаул, 2010), конференции Российской академии транспорта Повышение экологической безопасности автотракторной техники (г. Барнаул, 2011).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 13 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 4 статьи в других периодических изданиях и специализированных сборниках, 4 доклада и тезис доклада на конференциях различного уровня, 1 учебное пособие и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Кроме того, опубликованы 3 методических указания.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Содержит 158 страниц, 40 рисунков, 7 таблиц и 87 цитированных источников.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, показаны ее научное и практическое значения, изложены основные положения, выносимые на защиту.
1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ДИЗЕЛЕ В настоящее время возможность успешного решения многих практических задач при проектировании и доводке ДВС в значительной мере определяется наличием надежных методов расчета, построенных на основе математических моделей, позволяющих существенно сократить трудоемкий и дорогостоящий эксперимент, заменив его исследованиями на физических и математических моделях с использованием компьютерной оптимизации.
Методы расчета и оптимизации процессов смесеобразования в дизелях представлены в работах Ю.Б. Свиридова, А.С. Лышевского, И.И. Вибе, Н.Ф. Разлейцева, Г. Ситкей, Р.З. Кавтарадзе и многих других отечественных и зарубежных учёных.
Круг задач, решение которых необходимо учитывать при анализе рабочих процессов в ДВС непрерывно расширяется. Так в последние годы в перспективных конструкциях систем топливоподачи применяется повышение давления впрыска, которое требует проведения согласования параметров ТВС с геометрией камеры сгорания дизеля. Развитие эффективных методов расчета динамики ТВС представляется актуальной задачей, поскольку:
- существующие математические модели и экспериментальные методы исследования рабочих процессов ДВС с воспламенением от сжатия не являются достаточными. Упрощенное описание физико-химических процессов в дизелях не позволяет решать широкий круг экологических, экономических и технических задач, связанных с дальнейшим совершенствованием ДВС;
- несмотря на исключительно важное практическое значение процесса смесеобразования, он, как правило, рассматривается в рамках однозонной или двухзонной моделей, не учитывающих существенное различие температуры в различных зонах ТВС, влияющей на процессы испарения, поскольку динамика ТВС дизеля описывается осреднёнными характеристиками, не учитывающими турбулентные и диффузионные процессы в КС дизеля.
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНОЙ СТРУИ ДИЗЕЛЯ КАК ТЕЛА ПЕРЕМЕННОЙ МАССЫ В разделе описана шестизонная математическая модель ТВС при смесеобразовании в ДВС, основные положения расчёта которой следующие:
- ТВС представляет собой усеченный конус с углом раскрытия 2 и вершинным диаметром d02r0, при координате z0, состоит из К слоев (Рисунок 1).
Каждый слой содержит кольца в количестве I штук (включая осевой усечённый конус), которые образуют концентрические зоны и обмениваются энергией, импульсом и массой между собой и окружающим ТВС газом. Координаты и скорости передней и задней границ k-го слоя имеют значения zk, zk+1 и wk, wk+1 соответственно. В центре k-го слоя скорость потока определяется как Wk=(wk+wk+1)/2, а координата Zk=(zk+zk+1)/2;
- количество топливных струй определяется числом сопел топливной форсунки двигателя, а процесс моделирования сводится к рассмотрению одной ТВС, вытекающей из сопла форсунки;
SSk+p wk+1 6 wk 4 wkЦwh d pf zk+1 Zk zk z1 z 2 k Рисунок 1 - Шестизонная модель ТВС дизеля - массообмен учитывается в радиальном направлении в форме турбулентной диффузии на границе с окружающим газом и молекулярной диффузией на конической границе между зонами струи. Добавляется и фронтальный приход воздуха в ТВС. Скорости притока и оттока масс отдельных компонентов топливно-воздушной смеси определяются диффузионными процессами;
- зоны представляют собой дисперсную среду, состоящую из газовых объемов с включенными и зафиксированными в них каплями распыленного жидкого топлива. Распределение по размерам этих капель учитывается упрощенно путем введения среднеобъёмного и среднеквадратичного диаметров для расчета массы распыленного топлива и процессов тепломассообмена капель с окружающим газом;
Система, описывающая процесс сжатия свежего заряда и динамику ТВС дизеля, в зависимости от угла п.к.в. , включает:
dV 1 cos - уравнение динамики объема системы Vc sin1, d 1 2 sin2 dT Ta R dQk dV - уравнение температуры системы p, d paVa Cva d d k dQ k k - уравнение скорости теплообмена F2Tn T, d k kv dml s - уравнение скорости подачи топлива d0 w0, d 8nkv zk (k ) - уравнение геометрического объема ТВС Vgeom h tg2 dz, z zk - уравнение теплообмена капли с окружающей средой (i) (i) mdropCsm dTdrops (i) при Tdrops Ts1;
M6 d i (i) (i) (i) ddrop ln2 mdrop dTdrops Lsm dmdrop i (i) (k ) e Nu вT Tdrops Csm Ts1 Tdrops Ts2;
2nkv M6 d M6 d (i) Lsm dmdrop (i) при Tdrops Ts2.
M6 d -уравнение ускорения слоя факела (с учётом присоединенных масс и потери на трение) dwk dwk 1 6zk zk 1zk zk 1 2h1 Wk k 3 dt dt k tgzk h1 zk 1 h1 1 0,5wk wk 1 w0 dmw0 d0 wk wk 1 2p pk Sk p pk 1Sk 1.
mk s 2 dt где Vc - объём камеры сжатия; - степень сжатия; - параметр двигателя;
р - давление в цилиндре; ра, Vа и Та - давление, объём и температура в цилиндре в момент закрытия впускного клапана соответственно; - коэффициент теплопроводности; Fk и Tk - площадь и температура k-ой поверхности теплообмена;nkv - частота вращения коленчатого вала; d(i)drop и ln - среднеобъемный диаметр в i-ой зоне и дисперсия распределения логарифмов размеров капель; Csm и Lsm - молярная теплоемкость и теплота кипения ДТ; k - кинематическая вязкость k-го слоя; k - толщина пограничного слоя; dm1+/dt - масса натекающих компонентов смеси в зону.
Система дополнительно включает уравнения: динамики давления; состояния газа в ТВС; массовой скорости испарения капель топлива; изменения массы в зонах ТВС и другие В разделе описана также программа для численного моделирования динамики ТВС дизеля и процессов тепло- и массопереноса.
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПЫЛЕННОЙ ТОПЛИВНОВОЗДУШНОЙ СТРУИ ДИЗЕЛЯ В разделе приводятся методики оптических исследований распределения капель в ТВС по размерам при их малоугловом светорассеянии, с оценкой параметров этого распределения, а также скорости распространения фронта ТВС по времяпролетной методике с использованием камеры скоростной видеосъемки и экспериментального комплекса для создания противодавления на основе БПО и организации впрыска топлива.
Оптическая схема и экспериментальная установка на базе БПО, реализующие времяпролетную методику исследования скорости распространения фронта ТВС, представлена на рисунках 2 и 3.
форсунка проекционный объектив коллиматор топливный факел светочувствительная матрица ОКГ Рисунок 2 - Оптическая схема исследования скорости распространения фронта ТВС по времяпролетной методике Рисунок 3 - Установка для исследования скорости распространения фронта ТВС по времяпролетной методике:
1 - поворотное зеркало в держателе; 2 - коллиматор; 3 - модельная камера с форсункой (на базе БПО); 4 - проекционный объектив; 5 - камера скоростной 1 видеосъемки 4 При исследовании распределения капель в ТВС излучение лазера коллимируется оптической системой, состоящей из короткофокусного и длиннофокусного объективов и точечного отверстия (pinhole), позволяющего значительно уменьшить зернистый шум от паразитного светорассеяния. Прошедшее излучение фокусируется в дифракционное пятно и отсекается фильтром низких пространственных частот, а наблюдаемая картина проекционным объективом отображается на светочувствительную матрицу регистрирующей аппаратуры (Рисунки 4 и 5).
При обработке результатов исследований дисперсности распыливания топлива методом малоуглового светорассеяния предполагается, что диаметр капель распределен по логарифмически нормальному закону (для случайной величины а - диаметра капли справедливо, что lnа распределен по нормальному закону с параметрами ат и ), то есть функция распределения имеет вид 1 (lna ln am )2 f a exp.
2ln2 ln 2 a коллиматорная система:
Фильтр низких светочувствитель микрообъектив и приемный пространствендлиннофокусный объектив объектив ных частот ная матрица ОКГ проекционный объектив pinhole фокальная топливный плоскость факел приемного объектива Рисунок 4 - Оптическая схема исследования малоуглового светорассеяния на каплях распыленного топлива 8 2 Рисунок 5 - Установка для исследования малоуглового светорассеяния:
1 - оптический квантовый генератор (ОКГ); 2 - поворотные призмы в держателях;
3 - фильтр высоких пространственных частот с микрообъективом; 4 - коллиматор;
5 - БПО с форсункой 6 - приемный объектив; 7 - фильтр низких пространственных частот; 8 - проекционный объектив; 9 - камера скоростной видеосъемки Параметры логнормального распределения ат и оцениваются при сравнении зарегистрированной картины светорассеяния - сглаженная зашумленная зернистостью картины светорассеяния кривая (Рисунок 6), с расчетной (гладкая кривая) путём подбора этих параметров для расчётной кривой.
Рисунок 6 - Экспериментальная (1) и теоретическая (2) кривые светорассеяния I - интенсивность рассеянного света (уровень сигнала в единицах формата bmp); r - расстояние до центра картины светорассеяния В связи с тем, что размер капель топлива, в основном, заключен в пределах от amin до amax, в эксперименте определяются параметры, так называемого, усеченного логнормального распределения, в котором пределы интегрирования функции плотности вероятности в условии нормировки сужаются от интервала (0 - ) до интервала (amin - amax), то есть lnamax 1 ln a ln am d ln a f ada exp.
0 lnamin 2ln2 ln 2 В результате обработки данных получается среднеобъемный диаметр аи параметр , а из них находятся медианный диаметр ат, а10 и а20.
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ВОПРОСЫ СОГЛАСОВАНИЯ ТВС С ГЕОМЕТРИЕЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ДИЗЕЛЯ Рассмотрены вопросы согласования параметров ТВС с геометрией камеры сгорания дизеля, а также результаты экспериментального определения распределения капель топлива по размерам, распространения фронта ТВС и дальнобойности струи с системой топливоподачи CR.
Для проведения расчётов динамики ТВС использовалась упрощённая однозонная математическая модель материальной точки переменной массы (Рисунок 7), предполагающая описание ТВС до момента отрыва (1) dZ W;
dt dz w1;
dt 1.414W;
w z1 2 (1) dW z1d0KW z1 S0 w0W w0 KairairW 1 w1 w0 ;
dt Vф 1 2h0 mф f h0 z1 z V S0 z11 2 ф h0 3h0 ;
2 m S0 Kairair z1 z1 z1 w0t w0t, ф h0 3h0 f и после отрыва от сопла форсунки (2) dZ W;
dt dz w1;
dt dz w2;
dt w W1 0,4 t;
(2) w2 W;
dW d0KW 2 z2 z1 KairairS0W z2 2 z1 1 1 z21 z11 w2 w1 ;
dt Vф 2h0 2h0 mф h0 h0 2 z1 z1 z2 z2 Vф S0 z11 z21 2 h0 3h0 h0 3h0 ;
mф f S0w0 KairairVф S0w0.
Рисунок 7 - ТВС при однозонном представлении Для обработки экспериментов по динамике ТВС предложена формула zф zmax1 exp(t /ф), (3) где zmax - дальнобойность ТВС; ф zmax / w0 - постоянная времени затухания (торможения). Определение параметров zmax и ф в (3) предлагается на основе экспериментальных данных зависимости координаты фронта ТВС от времени (ti, zi) путем численной итерации по формуле i z zmax (4) i z 1 exp(ti / ), полученной минимизацией функционала S(zmax, ) 1 exp(ti / ) zi min, max z i используемого в методе наименьших квадратов.
Результаты обработки серии экспериментальных данных (Рисунок 8) скоростной регистрации впрыска ДТ в атмосферных условиях на основе формулы (4) приведены на рисунке 9, из которого видно, что начальная скорость ТВС растет с увеличением давления впрыска топлива рВПР. Для сопла диаметром dc=0,30 мм значения коэффициента kw, учитывающего условную потерю начальной скорости ТВС от давления впрыска приведены в таблице 1.
Длина топливной струи при различных давлених, МПа Длина, см Рисунок 8 - Экспериментальные значения длины топливной 20 струи при различных давлениях впрыска для дизельного топлива (результаты получены на 1кафедре ДВС АлтГТУ 1140 А.В. Еськовым, 1С.И Гибельгаузом, 1С.В. Яковлевым и др.) 0 1 2 3 4 5 6 Время, мс В рамках экспериментальных исследований по малоугловому светорассеянию определялась дисперсность капель ДТ при различных давлениях впрыска топлива рВПР. Зависимость среднего диаметра Заутера a32 и средних диаметров а10 и а30) капли ДТ от давления впрыска приведена на рисунке 10.
3zф, мм 221 11Рисунок 9 - Динамика ТВС ДТ при впрыске в атмосферу при давлении впрыска топлива рВПР:
1 - 80 МПа; 2 - 120 МПа; 3 - 160 МПа 0 1 2 3 4 5 , мc Таблица 1 - Значения коэффициента kw действительной (условной) начальной скорости ТВС дизельного топлива (ДТ) от давления впрыска Вид топлива Коэффициент начальной скорости факела (струи) kw (dc =0,25 мм) Давление впрыска топлива рВПР, МПа 60 80 100 120 140 160 1ДТ 0,423 0,412 0,406 0,400 0,395 0,389 0,3Рисунок 10 - Зависимость средних диаметров капли ДТ от давления впрыска рВПР при диаметре устья сопла 0,30 мм:
1 - среднеарифметический (а10);
2 - среднеобъёмный (а30);
3 - диаметр Заутера (a32) Как видно из представленной зависимости, при увеличении давления впрыска средний диаметр капли уменьшается приблизительно по экспоненциальному закону a a32 a0exp kpВПР / p0 a0exp kx, (5) ДИЗ где p0 - атмосферное давление; при диаметре сопла распылителя равном 0,30 мм предэкспонент для дизельного топлива a0=36,5 мкм, а константа при аргументе k = 5,00510-4.
Некоторые результаты исследования динамики ТВС дизеля времяпролетным методом с помощью скоростной видеосъемки при различных давлениях впрыска рВПР ДТ приведены на рисунке 11.
Численные решения системы уравнений (1)-(2) дают зависимости динамики развития ТВС (координаты переднего фронта факела z от времени t) при различных давлениях впрыска рВПР для ДТ при впрыске в среду с различным противодавлением. Так параметры впрыска в атмосферу приведенные на рисунке 8, при впрыске в среду с противодавлением, применительно к условиям в дизеле (Рисунок 12), рассчитываются с точностью 5-10 % по сравнению с экспериментальными данными.
1 а б Рисунок 11 - Динамика ТВС по данным скоростной видеосъемки в БПО при различных давлениях впрыска ДТ (диаметр сопла форсунки dc=0,25 мм):
1 Ц60 МПа; 2 - 80 МПа;
3 - 100 МПа; 4 - 120 МПа а - противодавление 2,0 МПа;
б - противодавление 3,0 МПа;
в в - противодавление 4,0 МПа а б Рисунок 12 - Расчетная зависимость динамики переднего фронта ТВС от времени при впрыске в атмосферу и БПО при различных давлениях впрыска топлива рВПР (диаметр сопла форсунки dc=0,30 мм):
1 - 60, 2 -100, 3 - 140, 4 - 180 МПа а - противодавление 0,1 МПа;
б - противодавление 3,0 МПа;
в в - противодавление 6,0 МПа ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ Основные результаты работы состоят в следующем.
1 Разработаны математические модели и рабочие программы для численного моделирования процессов смесеобразования в многозонном приближении (основной вариант - разбиение ТВС на 6 зон) и для упрощенной однозонной модели ТВС. Проведенные численные расчеты характеристик ТВС показали удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными (для однозонной модели порядка 5-7%).
2 Предложена полуэмпирическая модель ТВС для обработки экспериментальных данных, позволяющая, в отличие от существующих моделей, определять максимальную дальнобойность ТВС.
3 Разработаны методики оптической диагностики ТВС с помощью скоростной видеосъемки для системы топливоподачи CR в БПО в условиях, приближенных к рабочему процессу в дизеле по давлению (2,0Ц4,0 МПа) и температуре (500-800 К), а именно:
- методика исследования дисперсности распыливания топлива дизельной системой топливоподачи CR методом малоуглового светорассеяния. Исследования показали, что средние диаметры капель уменьшаются с ростом давления впрыска топлива приблизительно по экспоненциальному закону, а зависимость средних диаметров капель топлива пропорциональна корню квадратному от диаметра соплового отверстия форсунки. Средний диаметр капель пропорционален корню кубическому из отношений плотностей топлива и воздуха (при изменении давления впрыска от 60 до 180 МПа средний диаметр Заутера изменяется от 27 до 15 мкм).
- методика исследования динамики переднего фронта ТВС в БПО при различных значениях давления впрыска топлива и величины противодавления. Получены зависимости длины ТВС дизеля от давления впрыска и противодавления для ДТ, а также уточнены значения коэффициента kw потери скорости при впрыске в атмосферу: при рВПР= 60 МПа действительная скорость меньше теоретической 58%, а при рВПР= 180 МПа на 62%.
- создан экспериментальный комплекс для оптической диагностики параметров ТВС дизеля с системой топливоподачи CR на базе БПО и другого оборудования.
4 Получены и развиты методики согласования характеристик ТВС дизеля с геометрией камеры сгорания двигателя на основе:
- эмпирических зависимостей, которые могут быть рекомендованы для практического применения с целью оценки дальнобойности ТВС в двигателе, если известна зависимость координаты фронта ТВС от времени (достаточно иметь 5-7 точек) даже при впрыске в атмосферу;
- разработанной компьютерной программы для численного моделирования ТВС дизеля (свидетельство о государственной регистрации №2011619013).
5 Исследования показали, что разработанные экспериментальнорасчетные методики позволяют надежно прогнозировать дальнобойность и динамику распространения переднего фронта ТВС дизеля.
Полученные результаты и разработанные при выполнении работы математические модели, методики, компьютерные программы и учебнометодические разработки используются:
- при выполнении ОК и НИР в УК Алтайский завод прецизионных изделий, г. Барнаул;
- в научно-исследовательских работах и учебном процессе в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова, г. Барнаул.
Основные результаты изложены в работах:
статьи в изданиях, рекомендованных ВАК - 1. Сеначин, П.К. Моделирование динамики топливной струи и процессов смесеобразования в дизельном факеле / П.К. Сеначин, С.А. Ульрих, В.В. Чертищев // Вестник Академии военных наук.- 2011.- № 2(35).- С. 316-321.
2. Чертищев, В.В. Оптическая диагностика топливно-воздушного факела дизеля. Распределение капель топлива по размерам / В.В. Чертищев, С.А. Ульрих, П.К. Сеначин // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока.Ц2011.
№2.ЦС. 237-241.
публикации в других изданиях - 3. Сеначин, П.К. Формирование топливно-воздушного факела дизеля / П.К. Сеначин, С.А. Ульрих, В.В. Чертищев // Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики (ЭЭТПЭ-2007): матер. Всерос. научно-практ. конф. с междунар. участием; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова, г. Барнаул, 17-20 октября 2007. - Барнаул: ОАО Алтайский дом печати, 2007. - С. 77-79.
4. Сеначин, П.К. Моделирование динамики топливного факела дизеля / П.К.
Сеначин, С.А. Ульрих, В.В. Чертищев // Новые материалы для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания: сб. статей; под ред. д.т.н., профессора, академика РАТ А.Л. Новоселова / Российская академия транспорта, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - С. 100-104.
5. Сеначин, П.К. Применение метода малоуглового светорассеяния для определения дисперсного состава распыленного топлива / П.К. Сеначин, В.В. Чертищев, С.А. Ульрих // Новые материалы для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания: сб. статей; под ред. д.т.н., профессора, академика РАТ А.Л. Новоселова/ Российская академия транспорта, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - С. 94-98.
6. Ульрих, С.А. Моделирование рабочего цикла поршневого дизельного ДВС / С.А. Ульрих // 68-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава технического университета. Ч.1 / Алт. гос. техн.
ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - С.31-38.
7. Сеначин, П.К. Моделирование динамики топливного факела дизеля / П.К.
Сеначин, С.А. Ульрих, В.В. Чертищев // 5-е Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе: тезисы докл. Юбилейной научнотехн. конф., 14 марта 2011.-М.: МАДИ, 2011.-С. 148-150.
8. Чертищев, В.В. Исследование динамики топливного факела дизеля / В.В.
Чертищев, П.К. Сеначин, С.А. Ульрих // 69-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава технического университета. Ч.1 / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2011. - С. 76-77.
9. Чертищев, В.В. Модельное распределение капель в топливном факеле дизеля по размерам / В.В. Чертищев, П.К. Сеначин, С.А. Ульрих // 69-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава технического университета. Ч.1 / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Издво АлтГТУ, 2011. - С. 78-82.
10. Сеначин, П.К. Влияние давления впрыска топлива на дальнобойность топливного факела / П.К. Сеначин, С.А. Ульрих // Повышение экологической безопасности автотракторной техники: сб. статей / под ред. А.Л. Новоселова; Российская академия транспорта, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2011. - С. 82-85.
11. Ульрих, С.А. Математическая модель динамики дизельного факела в изотермическом приближении / С.А. Ульрих, П.К. Сеначин, В.В. Чертищев // Повышение экологической безопасности автотракторной техники: сб. статей / под ред. А.Л. Новоселова; Российская академия транспорта, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул:
Изд-во АлтГТУ, 2011. - С. 90-96.
12. Ульрих, С.А. Методы исследования и моделирование динамики топливновоздушной струи и задержки воспламенения топлива в дизеле: учебное пособие / С.А. Ульрих, А.П. Сеначин, П.К. Сеначин, В.В. Чертищев; Алт. гос. техн. ун-т им.
И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2012. - 72 с.
13. Расчет динамики изотермического дизельного факела (TORCH-Izotermal):
свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011619013. / П. К. Сеначин, С. А. Ульрих, А. П. Сеначин, В. В. Чертищев; правообладатель ФГБОУ ВПО Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Заявка № 2011617184; заявл. 27.09.2011 г.; зарегистр. 18.11.2011 г.
Подписано в печать 18.04.2012. Формат 6084 1/16.
Печать - ризография. Усл.п.л. 0,93 Тираж 100 экз. Заказ 350/2012.
Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46.
ицензии: ЛР № 020822 от 21.09.98 года, ПЛД № 28-35 от 15.07.Отпечатано в ЦОП АлтГТУ 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина,
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям