Содержание к диссертации
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ИНДЕКСОВ СОКРАЩЕНИЙ 7
ВВЕДЕНИЕ 11
1. ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧНЫХ И ЭКОНОМИЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ... 14
1.1. Задачи создания топливоподающей аппаратуры для современных двигателей 14
1.2. Возможности и проблемы методов расчета топливоподачи. 24
1.2.1. Задача о нестационарном течении топлива в трубопроводе 24
1.2.2. Гидродинамическое трение в нестационарных потоках топлива : 31
1.2.3. Граничные условия в расчете топливоподачи 37
1.2.4. Состояние топлива и тепловые эффекты 40
1.3. Задачи исследования 43
2. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ 46
2.1. Линеаризованное решение задачи о нестационарном вязком течении в нагнетательных трубопроводах методом распада разрыва 46
2.2. Консервативный метод распада разрыва для слабых возмущений в трубопроводе 50
2.3. Анализ методов решения задачи о нагнетательном трубопроводе 55
2.3.1. Возможности совершенствования расчета топливоподачи с использованием аналитического решения
2.3.2. Сравнение методов решения задачи о трубопроводе.. 61
2.4. Уточнения уравнений для формулировки граничных условий 72
2.4.1. Уравнения массового баланса для полостей 72
2.4.2. Уравнения расхода для истечения сжимаемой капельной однофазной или двухфазной жидкости 74
2.4.3. Обеспечение устойчивости решения уравнений граничных условий 76
2.4.4. Расчет утечек в гидрозапираемых форсунках 80
3. ПРИКЛАДНЫЕ АЛГОРИТМЫ, ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ И ЕГО ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ 83
3.1. Динамика механического привода топливного насоса высокого давления 83
3.1.1. Математическая модель привода как упругой системы 83
3.1.2. Исследование динамики привода и поиск путей его рационального проектирования 87
3.1.3. Модернизация привода быстроходного дизеля
3.2. Моделирование работы впрыскивающих систем произвольных схем 99
3.3. Оптимизация топливных систем 1
3.3.1. Факторный численный эксперимент 104
3.3.2. Аппарат оптимизации 105
3.3.3. Решение задач оптимизации топливной аппаратуры. 106
3.4. Методика диагностики состояния топливной аппаратуры... 110
3.4.1. Структурный анализ топливной аппаратуры как объекта диагностирования 110
3.4.2. Обоснование и существо метода диагностирования... 114
3.4.3. Создание диагностической модели и алгоритм распознавания 118
3.5. Расчеты привода с кулачками переменной кривизны 122
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДО ВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ И ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕЧЕНИИ В
ТОПЛИВОПРОВОДАХ 128
4.1. Трение в нестационарном процессе: предварительные замечания 128
4.2. Кинематический метод исследования структуры нестационарных потоков 129
4.3. Автоматизированная система индицирования топливной аппаратуры для стендовых и моторных условий 138
4.4. Структура нестационарного пограничного слоя, турбулентность и устойчивость течения в нагнетательном трубопроводе 144
4.5. Модель трения в ламинарном нестационарном пограничном слое 156
4.6. Модель трения в турбулентном нестационарном пограничном слое 163
4.7. Обобщение экспериментальных данных по гидродинамическому сопротивлению нестационарных потоков 1
4.7.1. Ламинарное квазистационарное течение 171
4.7.2. Ламинарное нестационарное течение 177
4.7.3. Турбулентное квазистационарное течение 178
4.7.4. Турбулентное нестационарное течение 181
4.8. Применение соотношений для коэффициента трения в расчетах топливоподачи 182
5. ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ И МНОГОФАЗНОСТЬ В ПРОЦЕССЕ ТОПЛИВОПОДАЧИ 186
5.1. Теоретическая модель неизотермичного течения топлива... 186
5.2. Теоретическая модель нестационарного теплообмена 191
5.3. Экспериментальное исследование теплового состояния топлива в процессе подачи 193
5.4. Анализ влияния неизотермичности на подачу топлива 198
5.5. Уравнения для описания однофазного состояния топлива... 202
5.6. Уравнения для описания двухфазного состояния топлива... 213
5.6.1. Двухфазное состояние топлива как дисперсионная среда 214
5.6.2. Уравнения двухфазного состояния топлива с учетом процессов внутреннего тепло-массобмена 216
6. ИССЛЕДОВАНИЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ И НЕТРАДИЦИОННЫХ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ 228
6.1. Автоматическое регулирование опережения: 228
6.2. Системы непосредственного для дизелей с уменьшенной эмиссией окислов азота и шумностью работы 233
6.3. Обеспечение эффективности и работоспособности систем с замкнутым надыгольным объемом 237
6.4. Топливная аппаратура с аккумулированием утечек распылителя и регулируемым гидродогружением иглы 247
6.5. Аккумуляторные системы с электронным управлением 259
6.5.1. Гидроударная система для впрыска бензина 259
6.5.2. Насосы и форсунки для аккумуляторных систем 260
6.5.3. Управление гидродинамическим процессом 268
6.6. Насос-форсунки с импульсным гидрозапиранием 272
6.7. Системы с силовым электроприводом 276
6.8. Системы с подачей газотопливных эмульсий 282
7. СОЗДАНИЕ ТПА И ДИЗЕЛЯ НА УГОЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЯХ291
7.1. Предпосылки и проблемы создания дизеля на угольных суспензиях 291
7.2. Нормальная вязкость угольных суспензий 296
7.3. Кажущаяся вязкость угольных суспензий в условиях стационарного и нестационарного течений 303
7.4. Экспериментальное исследование распыливания угольных суспензий 309
7.5. Система топливоподачи и обеспечение ее работоспособности 320
7.6. Испытания дизеля на топливо-угольных и водо-угольных суспензиях 326
7.7. Обобщение результатов испытаний и рекомендации по созданию дизеля на угольных суспензиях 337
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 343
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 346
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 347
ПРИЛОЖЕНИЯ 376
Приложение 1. Графическая генерация топливных систем произвольных схем 376
Приложение 2. Сервисная оболочка программного комплекса "Впрыск" 379
Приложение 3. Акты о внедрении результатов работы 3
Введение к работе
Согласно государственной комплексной топливно-энергетической программе России стратегическими целями транспортной энергетики являются надежное и безопасное энергоснабжение потребителей, более эффективное использование энергоресурсов, повышение уровня научно-технических разработок и ресурсосбережения [221]. Помимо создания экономичных технологий ставятся также задачи снижения отрицательных последствий ее функционирования и развития способов само обеспечения регионов конечными энергоресурсами. Диссертационная работа направлена на снижения расхода топлива ДВС, выбросов вредных веществ в атмосферу, шума, на создание дизелей, работающих на дешевом и распространенном угольном топливе.
Ни одна разработка нового дизеля или ДВС с непосредственным спрыском бензина не обходится без совершенствования или применения новых типов ТПА. Если за полувековой период с 30-х до 80-х годов максимальное давление впрыска быстроходных дизелей медленно росло в рамках 25...50 МПа, то в последнее десятилетие его уровень вырос до 80...200 МПа. Долгое время конструктивные решения оставались относительно консервативными, но ныне быстро изменяются конструкции и типы ТПА, это открывает новые возможности в совершенствовании ДВС. Концепция развития энергетики и законодательные экологические нормы предопределяют сохранение этой тенденции.
Создание ТПА с современными показателями требует сокращения сроков ее проектирования. Особенно существенно это для нетрадиционных систем, по которым не накоплен достаточный опыт. Именно по ним ведется активный поиск, они видятся передовым производителям ТПА наиболее перспективными. Таким образом, существует необходимость в создании удобных в пользовании, быстродействующих, достоверных средств математического моделирования топливных системі произвольных схем и конструкций. Отсутствие таких средств не позволяет оценивать нетрадиционную ТПА, проводить ее параметрическую и дискретную оптимизацию, в том числе совместно с наиболее эффективным способом - с оптимизацией рабочего процесса дизеля.
Препятствиями в осуществлении таких проектов являются недостаточная проработанностью математического описания протекающих процессов и недостаточная информация о физических особенностях протекающих процессов.
Цель работы состоит в развитии научных основ расчета ТП, средств исследования, проектирования и оптимизации ТПА прогрессивных ДВС.
Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи: Разработать ТПА различных типов с высокими техническими свойствами. Исследовать свойства УС и создать ТПА и дизель на суспензиях. Разработать математические модели для проектирования ТПА произвольных схем. Изучить и описать гидродинамическое трение и тепловые условия ТП. Описать одно- и двухфазного состояния топлива.
Методологическую основу исследования составили математическое моделирование гидродинамических, теплофизических, термодинамических и механических процессов, методы экспериментального исследования гидродинамических процессов, а также расчетные, безмоторные и моторные! исследования образцов ТПА.
Достоверность и обоснованность научных положений работы обусловливаются: использованием общих уравнений гидродинамики, теплофизики, термодинамики, их соответствием выявленным особенностям физических процессов; применением современных высокоточных средств измерений; совпадением расчетных и экспериментальных результатов, согласованием частных полученных результатов с известными апробированными результатами.
Научная новизна работы заключается в выявлении физических особенностей протекающих процессов и создании способов их адекватного описания, разработке новых систем ТП с высокими параметрами и для подачи альтернативных топлив.
- 13 Практическую ценность работы представляют разработанные математические модели, зависимости для описания физических свойств топлив, результаты исследования перспективных видов ТПА, ТПА и дизеля на УС, оригинальные средства экспериментальных исследований и диагностики ТПА.
На защиту выносятся математические модели процессов в ТПА, описания состояния топлив и смесей, тепловых процессов и нестационарного трения; методология диагностики и оптимизации ТПА; методика и результаты экспериментальных исследований малоизвестных особенностей ТП, свойств топлив, распыливания УС; результаты исследования перспективной ТПА.
