Тема: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Одной из основных задач энергетической программы РФ является разработка и выпуск совершенных и высокоэкономичных поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Для решения этой важнейшей народнохозяйственной задачи необходимы исследования рабочего процесса, прочностных и динамических параметров на этапе проектирования. В свою очередь рабочий процесс определяет конструктивные параметры двигателя, количественно отражает физическую сущность теплового двигателя-преобразование химической энергии топливовоздушной смеси в механическую работу. Основные параметры рабочего процесса, давление, температура, состав рабочего вещества в цилиндре, - исходные для дальнейших расчётов двигателя на прочность, термонапряжённость, надёжность. Сложность физико-химических процессов, происходящих в цилиндре поршневой машины, затрудняет построение адекватной методики термодинамического расчёта рабочего процесса. Это прежде всего связано с недостаточной ясностью в физике механизма распространения пламени и условий теплопередачи между рабочим веществом и конструктивными элементами двигателя. Значительные трудности вызывает моделирование газодинамики впускных и выпускных органов двигателя.
Разработка малотоксичных рабочих процессов поршневых двигателей тесным образом связана с математическим моделированием процессов образования токсичных компонент, что невозможно сделать, основываясь на аналитических методах. Использование численных методов моделирования, ориентированных на применение на ЭВМ, значительно расширяет возможности математического моделирования, включая в модель диссоциации продуктов сгорания, кинетический механизм образования их отдельных компонент и другие, имеющие достаточно обоснованное физическое толкование.
Важным преимуществом численных моделей является их гибкость и возможность постановки решения на их основе той или иной задачи оптимизации рабочего процесса, а также возможность создания системы автоматизированного проектирования двигателя, центральным элементом которой является математическая модель его рабочего процесса. Основной акцент сделан на термодинамических расчётах рабочего процесса, включая моделирование процессов диссоциации компонент продуктов сгорания и кинетики образования оксидов азота.
В настоящей работе рассмотрены математические модели четырех процессов двигателя внутреннего сгорания: сжатия, сгорания, расширения и газообмена. В среде разработки Microsoft Visual Studio Community 2015 на языке C# разработан программный комплекс для расчета динамики давления и температуры. Разработан параллельный алгоритм для решения систем линейных алгебраических уравнений с помощью технологии «CudaFy». Для каждого процесса проведены численные эксперименты для различных ДВС.

Купить

В работе рассмотрены математические модели рабочих процессов четырёх-тактовых двигателей внутреннего сгорания, где моделирование процесса начинается с фазы сжатия, когда поршень находится в нижней мёртвой точке. Получены решения систем дифференциальных уравнений, которые описывают зависимость давления и температуры в цилиндре от угла положения коленчатого вала. Используя характеристики анализируемого двигателя ход поршня, диаметра цилиндра, отношение длины кривошипа к длине шатуна, площадь поверхности камеры сгорания, а также значения проходных сечений в функции угла поворота коленчатого вала, рассмотрены два примера расчёта характеристик ДВС.
В среде Microsoft Visual Studio Community 2015 на языке C# разработан программный комплекс с использованием технологии «CudaFy», использующий предложенные в работе модели, позволяющий рассчитывать давление и температуру на протяжении всего цикла работы ДВС и строить графики этих значений.
На основе программного комплекса исследованы зависимости значений давления и температуры от коэффициента средней температуры поверхности цилиндра и степени сжатия. Сделан вывод, что температура обратно пропорциональна коэффициенту средней температуры поверхности цилиндра, а давление прямо пропорционально степени сжатия двигателя.

Купить