Введение к работе
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.
Разработка многозоной математической модели и рабочей программы для численного моделирования ТВС дизеля как тела переменной массы, с учётом внутризонного и межзонного тепло- и массопереноса.
Разработка упрощенной математической модели и рабочей программы для численного моделирования ТВС дизеля и проведение расчётов для двигателя с системой топливоподачи типа CR.
Разработка эмпирической модели для обработки экспериментальных данных по дальнобойности ТВС при впрыске в атмосферу или бомбу постоянного объема (БПО).
Разработка оптической методики и исследование динамики распространения фронта ТВС дизеля и его геометрии.
Разработка оптической методики и исследование распределения капель топлива в ТВС дизеля по размерам.
Создание экспериментального комплекса для оптической диагностики параметров ТВС дизеля с системой топливоподачи типа CR.
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 то пливно-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 то пливно-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 научно-технической конференции «5-е Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе» (г. Москва, МАЛИ, 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 1 тезис доклада на конференциях различного уровня, 1 учебное пособие и 1 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.
