Введение к работе
Актуальность. В лромьаданноЯ теплоэнергетике задачи оптда:.:за-шш решались Л. С. Попки;-;м и другий ученими. Компьютерная оптимизация тешюэнергетячосгаа установок и ЛВС на их моделях длительна, а при числе параметров с::оло 10 а Солео оптимум часто но отыскивается. Поэтому нужно вылетать эффективность различных алгоритмов нахождения экстремума г модернизировать их. Время проектирования и доводки ЛЕС для получения их заданиях показателей (в том числе и для использования ЛВС в промышленной теплоэнергетике, напримор, для комплексной выработка энергии и теплоты) зависит от умения опреда- \ лять оптимальные параметры двигателя в начале проектирования. В 70-х годах появились качественные програмуырасчета ДВС на ЭВМ и для определения параметров двигателей использовались многовариангные расчеты. Чтобы избавиться от этих трудоемких расчетов, повысить точность, надежность и скорость нахождения олтимума, С'-то необходимо разработать методику компьютерной оптимизации параметров двигателей на их математических моделях.
Одної из основных задач теории ДБС является исследование влияния отдельных факторов на показатели цикла, выяснение перспективности нетрадиционных ДБС и нетрадиционных агрегт;эь ДО.
Цели работа. Модернизация алгоритмов и программ для более надежного и быстрого нахождения экстремума различных функций. Создание программ гарантированно, быстро и надежно находящих оптимальные значения конструктивно-регулировочных параметров двигателя. Определение оптимальных величин параметров вновь .издаваемых и се^.йных дизелей. Исследование основных свойств рабочего цикла. Выяснение перспективности двигателей с нетрадиционными схемами газообмена. Разработка в исследование новых схем ДВС и их агрегатов.
Методика исследование. Были разработаны математические модели и программы ЭШ для расчета дизелей и нетрадиционных ДВС, а также алгоритмы и программа ЭВМ, автоматически находящие оптимальные величины параметров ЛВС. С помодыз созданного комплекса программ исследовались основные свойства рабочего цикла я определялись оь.имальные параметры вновь проектируемых і модернизируемых дизелей. Результаты испытаний этих, дизелей использовались для подтверждения правильности моделирования и оптимизации.
Оптимизация позволила также объективно определить эффективность нетрадиционных ДВС» так как они и традиционные, базовые двигатели сравнивались в строго одинаковых условиях: сравнивались оптимальные варианты каждого двигателя при одинаковых ограничениях на механичео-
кув и тепловую напряженность (одинаковые макакмэльные давления сгорания » т.п.).
Научная новизна. Вместо традиционного в ЛЕС описания горения кок внешнего подвода низшей теплоты сгорания виписано уравнение первого начала термодинамики для процесса сгорания, происходяяего внутри цилиндра 17,29,31).
исследованы причини влияния охлаждения поступатего в двигатель воздуха но показатели цикла. В частности, показано, что одноа из причин роста максимального давления сгорания с охлаадекием воздуха является возрастание массы воздуха в цилиндре, а не только рост задержки воспламенения 1151. Повышение индикаторного КИЕ при охлажде-, юга воздуха, в основном, связано с уменьшением теплоотдачи 117).
Впервые (1972 год) отраоот&ни методика и программы пэрвхэтричес кои оптимизации ЛВС при ограничениях на выходные показатели (1-4, 6-8,13,14,16,20,21,29 и др.). Предложены новые варианты алгоритме оптикаjauiui. что повысило скорость оптимизации в среднем на -50.
Рассмотрен и найден оптимальный уровень форсирования дизелей пс среднему лМектив .ому давлению (рв) 113,16). Выявлено, что у дизеле!! использование схемы Миллера (двигатель с внутренним охлаждением) рациочально тогда, когда наддувочный воздух охлаждается и отыозэнае давления после компрессора к давлению перед турбиной турбокомпрес-сора (ТКГ) выше 1,1 120).
При исследовании применения схемы touuepa у бензиновых ЛВС (кардинального пути vr. развития, открывапвего возможность оездэтона-ционного форсирования до большого повышения давления в компрессора -х^#, я вышэ) предлохввв концепция низкотемпературного цикла. По это! концепции с повышением х^ впускной клпаа закрываот еще раньзе, чем это необходимо для предотвращения детонации. В предельном случае егс закрывают так рано, что с ростом і^ мощность на повышается, а обешг чивается снижение максимальной температуры цикла (Т^) в оксидов азота, т.е. экологический эффект. Расход топлива снижается на Ъ-вХ. Уменьвение Таах позволяет рассмотреть возможность работы на неэтили-. рованном бензине, т.е. прекращения выброса токсичного тетраэтилсвин-ца (29)..
Впервые,разработаны математические модели двухтактных ДВС с разделенным выпуском и двигателя с разделенным впуском; выполнены исследования этих двигателей. Проведенные впервые кг шъютерные оптимизационные расчета четырехтактных двигателе? о разделенным выпуском в EaptsaHTax со свободным ТК~ и с силовой турбиной н ТКР позволили разграничить области их эффективности и неэффективности ..
Предложена и исследована расчетами конструкция четырехтактного ЛВС, в котором вез снижения экономичности продувку кежко довес-гя до 15-421- Это позволяет очень сукественно снизить теплоналрякйк-юсть или повысить моцнос:ь. Предложенный двигатель имеет лучшие огсковые качества; при очень высоких ерг -лях скоростях пориня эконо-ючность нового двигателя на 10 вше, чем у традиционных ДВС 129).
Предложена ноше тим болнорых ооменникоп дввления 19,18,19,26, 17) и однопореневих свободиопоршневых ДВС. (0СІЩ (22,231. Впервые щполнены газодинамические расчета ОСПД 112,30).
Практическая ценность. Комплекс программ расчета и оптимизации шгелеЯ и нетрадиционных ДВС обеспечивает высокие: скорость расчета, очность и надежность нахождения оптимума'при любых исходных дашшх. лгоритмы и программы оптимизации могут использоваться для оптимиза-ии любых объектов. Практически ценш и найденные величины оптимальні параметров дизелей, в частности, оптимальные по КПД уровни р изелей с ТКР, с силовой турбиной, данные о за-чеимости показателей оптимальних параметров от ралх и друпа ограничений. Для развития ВС вчжны данные об эффективности нетрадиционных двигателей, в частости, о предложенном двигателе с высокой продувкой. Особенно ценны анные о схеме Миллера как основном пути совершенствования бензино-
Реализация. Внедрены методики и программы расчета и оптимизации аОочего цикла дизелей, причем на заводах они внедрялись неоднократно э мере соверсенствованяя. При разработке новых и модернизации выпус-аэмых двигателей сзіроко использовались рассчитанные диссертантом оп-«мальные величины конструктивно-регулировочных параметров дизелей, роме того, заводами использовались результаты газодинамичеОких рас-)Тов многоцилиндровых деигателей с коллекторами (выбор рациональных тускных коллекторов в совокупности с фазами газораспределения и т. .), расчеты охладителей наддувочного воздуха и т.п.
Экономический эффект внедрения 925 тыс. руб. <цевн до 1986 го-I). В числе 8 предприятия, использовавших оезультаты исследований ітаЯский моторный завод, Барнаульский завод транспортного маши-ісгроения, ИПМАШ АН УССР, МАДИДутаевский моторный завод, ЩАМ.
Апробация. Основное содержьние работы доложено на 27 конфэрен-іях и семинарах, в том числе на 9 всесоюзных конференциях и одном «союзном семинаре. По решению ГКНГ и АН ССС? два представленных всертантсм проекта включены в число победителей конкурса техничес-х идей и проектов "Экологически чистый автомобиль 2000 года".
Публикации. По теме диссертации опубликовано 70 печатных работ, том числе 43 в центральных изданиях, включая 17 изобретений.
