
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

РАЗРАБОТКА ПРИЛОЖЕНИЯ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Работа №	45777
Тип работы	Магистерская диссертация
Предмет	информатика
Объем работы	102
Год сдачи	2018
Стоимость	5760 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	158

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 6
1.1 Обзор методов математического моделирования и расчетов физических процессов 6
1.1.1 Метод конечных элементов 6
1.1.2 Динамическое моделирование 9
1.1.3 Расчет линейными уравнениями 11
1.1.4 Обоснование выбора метода математического моделирования и расчетов физических
процессов 13
1.2 Основные понятия и определения законов термодинамики 13
1.2.1 Состояние системы 14
1.2.2 Работа, тепло, энергия: 1 закон термодинамики 15
1.2.3 Работа и состояние системы 16
1.2.4 Дифференциальные уравнения в термодинамике 18
1.2.5 Энтальпия 20
1.2.6 Энтропия 20
1.2.7 Показатель адиабаты 21
1.2.8 Термодинамические циклы в ДВС 21
1.2.9 Общая характеристика топлив 23
1.2.10 Чистые вещества и смеси 24
1.3 Основные понятия и определения устройства ДВС 24
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ДВС ... 27
2.1 Подход к построению упрощенной математической модели 27
2.2 Теплопередача в ДВС 30
2.2.1 Тепловые процессы в замкнутой системе 30
2.2.2 Тепловые процессы в открытой системе 33
2.3 Равновесная модель сгорания 35
2.4 Адиабатическая температура горения 39
2.5 Четырехтактная математическая модель цикла Отто 40
3 РАЗРАБОТКА ПРИЛОЖЕНИЯ 42
3.1 Выбор инструментария 42
3.1.1 Язык программирования 42
3.1.2 Библиотеки 43
3.1.3 Среда разработки 45
3.2 Расчет топливной смеси, ее основные характеристики 46
3.3 Расчет остаточных компонентов в смеси 47
3.4 Вычисление мольных долей и термодинамических свойств для равновесного сгорания топливно-воздушной смеси 48
3.5 Расчет адиабатической температуры 52
3.6 Разработанное приложение 53
3.6.1 Тепловые процессы в замкнутой системе 53
3.6.2 Тепловые процессы в открытой системе 57
3.6.3 Температура адиабатического горения 60
3.6.4 Расчет параметров состояния в двигателе искрового зажигания 61
4 ТЕСТИРОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО ПРИЛОЖЕНИЯ 64
4.1 Сравнение результатов разработанного приложения c аналитическим табличным решением 64
4.2 Анализ результатов 68
4.3 Сравнение результатов разработанного приложения с программным инструментарием Cantera. 68
4.4 Сравнение разработанной упрощенной математической модели тепловых процессов в ДВС с
одномерной моделью 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 75
ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение

В виду разнообразия областей применения двигателей внутреннего сгорания и соответственно многочисленности конструкций и типов двигателей, различающихся как по условиям работы, так и по видам применяемого топлива, не представляется возможным дать единые нормы моделирования и испытаний для всех двигателей внутреннего сгорания. Так как во время эксплуатации такого двигателя выделяются значимое количество теплоты, то важность понимания и учета теплопередачи и термодинамических процессов велика. Из этого следует, что для стабильной работы транспортного средства необходим расчет влияния энергии тепла, характеристик топлива на рабочий цикл двигателя в нормальных условиях. Однако, на ранних стадиях технологического процесса проектирования ДВС, его термодинамики, теплопередачи в детальном инженерном дизайне на такой стадии, например, на стадии НИОКР затруднителено, так как он должен включать в себя 3D- проектирование, 3D-моделирование, где преобладает значимое количество параметров, которые должны быть использованы для исследования настолько велико, что в разумные сроки уложиться с таким детальным анализом практически невозможно. Поэтому существует необходимость в создании приложения для решения основных задач термодинамики, которые относительно быстро выдают решения с приблизительной точностью.
Цель работы: создать приложение по моделированию тепловых
процессов в двигателях внутреннего сгорания
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• выполнить теоретические исследования на тему моделирования тепловых процессов в ДВС;
• изучить подходы моделирования тепловых процессов;
• создать упрощенную математическую тепловую модель процессов в ДВС и ее методы расчета на основе одномерной модели процессов в двигателе;
• реализовать построенную модель в виде приложения;
• провести тестирование разработанного приложения.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

В ходе работы была успешно разработана упрощенная математическая модель тепловых процессов в двигателях внутреннего сгорания. Упрощенную математическую модель тепловых процессов открытой системы сравнили с одномерной моделью, где в эксперименте были использованы реальные параметры двигателя внутреннего сгорания. Результат показал, что созданная упрощенная модель не уступает по качеству и точности одномерной термодинамической модели для первоначального этапа проектирования тепловых процессов в ДВС.
Также был успешно разработан алгоритм вычисления мольных долей и термодинамических свойств для равновесного сгорания топливно-воздушной смеси, где используются комбинированные численные методики решения нежестких систем дифференциальных уравнений: метод Ньютона-Рафсона, метод исключения линейных переменных по методу Гаусса, что улучшает точность вычислений. Также для него были созданы воспомогательные функции для расчета топливных смесей, которые упрощают работу в данной области.
Разработанный алгоритм сравнили с работой онлайн-сервиса на базе инструментария химической кинетики, термодинамики и транспортных процессов Cantera. Расчет адибатической температуры горения в цилиндре двигателя показал адекватность и точность разработанного алгоритма равновесного сгорания. Также сравнение решения с аналитическим табличным и интегральным методом показал, что результаты действительно точны в вычислениях.

Литература

1. Основные определения метода конечных элементов [Электронный ресурс] URL: http://www.stroitmeh.ru/lect31.htm (дата обращения: 20.05.2018)
2. ANSYS [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ANSYS (дата обращения: 20.05.2018)
3. Куприяшкин А.Г. Основы моделирования систем. Учебное пособие. — Норильский индустр. ин-т. — Норильск: НИИ, 2015. — 135 с.
4. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.591 с.
5. Прокопенко Н. И. Термодинамический расчет идеализированного цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Н.И. Прокопенко. - 2-е изд. (эл). — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний,
2012. — 143 с. : ил.
6. Кириллин В. А. Техническая термодинамика. Кириллин В. А, Сычев В.В, Шейндлин А.Е. М.: Энергоатомиздат, 1983. — 416 с.
7. Mortimer, Rober G. Physical chemistry / Robert G. Mortimer. - 3rd ed, 2005
8. Ерофеев В. Л. Теплотехника. В 2 т. Том 1. Термодинамика и теория теплообмена : учебник для СПО / В. Л. Ерофеев, А. С. Пряхин, П. Д. Семенов ; под ред. В. Л. Ерофеева, А. С. Пряхина. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 308 с.
9. Орлин А. С. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности “Двигателия внутреннего сгорания” / Д.Н.Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др.; Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1983. — 372 с., ил.
10. Ковылов Ю. Л. Теория рабочих процессов и моделирование процессов ДВС: учеб. / Ю. Л. Ковылов. - Самара: Изд-во Самар. Гос. аэрокосм. ун-та,
2013. - 416 с.
11. Бардик Д.Л., Леффлер У.Л. Нефтехимия Пер. с англ. — М.: Олимп— Бизнес, 2001. — 416 с.
12. Как устроен и как работает двигатель внутреннего сгорания
[Электронный ресурс] URL: https://auto.today/bok/4742-kak-ustroen-i-kak-
rabotaet-dvigatel-vnutrennego-sgoraniya.html (дата обращения: 20.05.2018)
13. Поршневой двигатель внутреннего сгорания [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Поршневой_двигатель_внутреннего_сгорания (дата обращения: 20.05.2018)
14. Alan Keromnes. Internal Combustion Engine Modeling [Электронный ресурс] URL: https://www.scribd.com/document/342902115/Engine-Modeling-a- Keromnes (дата обращения: 20.05.2018)
15. NIST-JANAF Thermochemical Tables [Электронный ресурс]
https://janaf.nist.gov/ (дата обращения: 20.05.2018)
16. Gunnar Stiesch. Modeling Engine Spray and Combustion Processes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2003
17. Python — Википедия [Электронный ресурс] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Python (дата обращения: 20.05.2018)
18. NumPy — Википедия [Электронный ресурс] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/NumPy (дата обращения: 20.05.2018)
19. Matplotlib — Википедия [Электронный ресурс] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Matplotlib (дата обращения: 20.05.2018)
20. Anaconda (дистрибутив Python) — Википедия [Электронный ресурс]
URL: https: //ru.wikipedia.org/wiki/Anaconda_(дистрибутив_Python) (дата
обращения: 20.05.2018)
21. PyCharm — Википедия [Электронный ресурс] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/PyCharm (дата обращения: 20.05.2018)
22. Welcome — Cantera 2.3.0 documentation [Электронный ресурс] URL: https://www.cantera.org/docs/sphinx/html/index.html (дата обращения: 20.05.2018)
23. Adiabatic Flame Temperature Calculator [Электронный ресурс] URL: http://elearning.cerfacs.fr/combustion/tools/adiabaticflametemperature/index.php (дата обращения: 20.05.2018)
24. Methane-Air Reaction Mechanism (GRI-Mech 3.0) URL: http: //www.chemked. com/documents/methane_air_reaction_mechanism.htm (дата обращения: 20.05.2018)
25. Renault F-Type engine URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Renault_F-
Type_engine (дата обращения: 20.05.2018)
26. Heywood, John B. Internal combustion engine fundamentals. (McGraw-Hill series in mechanical engineering), 1988.