автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Методы повышения качества смесеобразования и сгорания в судовом дизеле на основе математического и физического моделирования локальных внутрицилиндровых процессов

На правах рукописи

ГАВРИЛОВ Владимир Васильевич

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ В СУДОВОМ ДИЗЕЛЕ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ВНУТРИЦИЛИНДРОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете на кафедре судовых двигателей внутреннего сгорания и дизельных установок.

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки и техники, доктор технических наук, профессор

Кривое Валентин Гаврилович,

доктор технических наук, профессор Гаврилюк Иван Иванович, доктор технических наук, профессор Иванченко Александр Андреевич.

Ведущая организация: ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова.

Защита состоится «_£__» (-¿¿СиХ 2004 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.228.03 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете по адресу:

190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, дом 3, СПбГМТУ, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного морского технического университета.

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, —

профессор (у&с^^/

А.П.Сеньков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Применение энергосберегающих и экологически чистых технологий в мировой энергетике и, в частности, на судах - жизненно важное требование настоящего времени. На заседании Правительства Российской Федерации, состоявшемся 10 июня 2003 г., рассмотрен вопрос «О комплексе мер по развитию машиностроения». Из материалов заседания следует необходимость решения актуальной хозяйственной проблемы повышения технического уровня и конкурентоспособности машиностроительной продукции, обеспечения ее соответствия отечественным и международным стандартам. Ряд заводов отрасли двигателестроения, в том числе заводы, производящие судовые дизели, сосредоточили свои усилия на разработке новых и модификации выпускающихся двигателей, которые будут отвечать современным, непрерывно возрастающим требованиям к их технико-экономическим и экологическим показателям. Большое значение придается поддержанию необходимого уровня показателей двигателей в течение всего срока эксплуатации.

Одним из основных путей решения указанной проблемы является совершенствование смесеобразования и сгорания в дизеле. Повышения качества этих процессов на практике добиваются преимущественно путем трудоемкой и дорогостоящей доводки рабочего процесса дизеля на испытательном стенде завода, в ходе которой варьируют те или иные параметры топливной аппаратуры (ТА) и камеры сгорания (КС). Решения зачастую принимают по интуиции, методом проб и ошибок, без достаточно ясного понимания сущности происходящих в дизеле процессов, базирующегося на устаревших знаниях, без «локального» рассмотрения процессов, без ориентиров в виде критериев их качества и без предварительной количественной оценки. При этом не всегда достигают наилучшего результата согласования параметров дизеля.

Создание средств эффективного выполнения указанной важной работы возможно на основе решения научной проблемы, которой посвящено данное исследование. Проблема состоит в получении новых научных знаний о явлении и сущности процессов смесеобразования и сгорания в дизеле, в разработке научно обоснованной математической модели этих процессов, критериев их качест-

ва, методов и средств повышения

^ библиотека

Из оценки существующего подхода к решению обсуждаемой практической задачи и формулировки научной проблемы следует, что объектом изучения должны быть локальные процессы объемного смесеобразования и сгорания топлива в судовых дизелях. В качестве предмета исследования принята организация целенаправленного воздействия на локальные процессы смесеобразования и сгорания при проектировании и эксплуатации дизелей.

Цель работы - развитие теоретических основ математического и физического моделирования локальных процессов смесеобразования и сгорания в судовом дизеле, разработка методов использования моделирования при согласовании параметров ТА, КС и заряда цилиндра, которое обеспечивает повышение топливной экономичности, надежности и экологических показателей дизеля.

Известно, что в изучаемом комплексе процессов ключевая роль принадлежит смесеобразованию, определяющему показатели сгорания топлива и, в конечном счете, показатели работы дизеля. Между тем, локальные процессы смесеобразования исследованы недостаточно. При организации рационального смесеобразования целесообразно пользоваться некоторым критерием его качества. Но общепризнанный критерий в настоящее время отсутствует. Исследователями предложены весьма разнообразные, разрозненные критерии, носящие частный характер. Встает вопрос об их выборе. В начале работы сделано предположение о возможности формирования и использования системы критериев качества смесеобразования. Ожидается, что применение такой системы критериев поможет повысить эффективность работ по организации процесса.

Для достижения цели диссертационной работы с учетом результатов анализа использующихся на практике известных моделей и показателей качества процессов смесеобразования и сгорания поставлены следующие основные задачи:

- уточнить теоретические основы математического моделирования и разработать математические модели локальных процессов смесеобразования и сгорания в дизеле;

- разработать методы и средства физического моделирования локальных процессов смесеобразования;

- проверить адекватность математических моделей и исследовать с их помощью процессы топливоподачи, смесеобразования и сгорания;

- разработать методы и средства повышения качества смесеобразования и сгорания в судовых дизелях, предложив систему критериев качества смесеобразования;

- разработать практические рекомендации по повышению качества смесеобразования и сгорания в судовых среднеоборотных дизелях.

Методы исследований и достоверность результатов. В работе применены общие методы научного познания - методы теоретического и эмпирического исследования, а также методы, используемые как на теоретическом, так и на эмпирическом уровнях (абстрагирование, анализ, синтез, моделирование). Применен системный подход, в соответствии с которым процессы смесеобразования и сгорания представлены как система. Элементарные процессы, а также система в целом исследованы методами математического и физического моделирования. В теоретических исследованиях использованы средства механики жидкости и газа, теории тепломассообмена, химической кинетики, термодинамики и других дисциплин.

Достоверность теоретических выводов подтверждена экспериментами, выполненными автором диссертации, а также другими исследователями. Результаты применения разработанных автором различных методов физического моделирования локальных процессов смесеобразования согласованы между собой и отражают качественное соответствие известным частным результатам. Достоверность содержащихся в диссертации практических рекомендаций установлена посредством исследовательских и заводских испытаний дизелей.

Научная новизна работы заключается в решении сформулированной выше научной проблемы, в рамках которого получены новые научные результаты:

1. Разработана система содержащих новые теоретические решения математических моделей распыливания топлива, движения топливной струи, ее взаимодействия со стенками КС, испарения топлива, предпламенных процессов и процессов горения в дизеле. Основными отличительными свойствами моделей являются локальность описания процессов и подтвержденность адекватности моделирования обширными экспериментальными исследованиями;

2. При разработке математических моделей дано объяснение

взаимодействия «турбулентного» и «кавитационного» механизмов распада топливной струи, обоснован характер изменения линейной массы и скорости движения жидкого топлива по длине импульсной струи дизельной форсунки. Для расчета взаимодействия топливной струи со стенками КС дизеля предложено использовать метод конформных отображений. Впервые в расчете самовоспламенения топливовоздушной смеси в дизеле наряду с тепловым ускорением учтено цепное ускорение предпламенных реакций; при этом также впервые учтена концентрационная неоднородность смеси. Предложена кинетическая модель двухстадийного горения топлива с образованием основных промежуточных и конечных продуктов. Предварительная оценка констант кинетических уравнений модели горения осуществлена с использованием уточненного автором выражения связи между энергией активации и тепловым эффектом химических реакций;

3. Теоретически обоснован и разработан комплекс методов физического моделирования смесеобразования. Путем использования этих методов в экспериментальных исследованиях получены новые научные факты, позволившие, во-первых, уточнить представления о локальных процессах смесеобразования и сгорания, во-вторых, идентифицировать параметры математических моделей;

4. Впервые в экспериментах получены характеристики распределения массы и скорости движения жидкого топлива по длине импульсной струи в любой момент ее развития, а также профиль скорости движения спутного потока газа в поперечном сечении топливной струи. Получены новые уточненные данные об изменении скорости движения спутного потока газа по длине импульсной топливной струи, о профилях расхода жидкого топлива в поперечном сечении струи и распределении массы топлива в пристенном потоке в процессе взаимодействия топливной струи со стенкой КС;

5. Для повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле предложено использовать совокупность методов математического и физического моделирования топливоподачи и элементарных внутрицилиндровых процессов, промежуточных и завершающих стадий протекания комплекса этих процессов; предложено применить иерархическую систему критериев качества смесеобразования.

Практическую ценность представляет собой предложенная в работе совокупность методов повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле за счет согласования конструктивных и регулировочных параметров ТА, КС и заряда цилиндра. Использование этих методов позволяет решить задачу обеспечения максимальной топливной экономичности дизеля при ограничении его тепломеханической напряженности и токсичности отработавших газов. При этом достигается существенное сокращение стоимости и сроков доводки рабочего процесса дизеля. Определены общие принципы согласования указанных параметров дизеля, а также даны конкретные рекомендации к согласованию параметров применительно к различным модификациям судовых дизелей ЧН 30/38 и ЧН 26/26.

Реализация результатов работы состоялась в ОАО ХК «Коломенский завод» (программа расчета топливоподачи и внутрици-линдровых процессов «КиберДизель», программа «Диаграмма+» анализа тепловыделения в дизеле по индикаторным диаграммам и предложения об изменении параметров ТА и КС судовых дизелей ЧН 30/38 и ЧН 26/26); в ЦНИИ технологии судостроения и НПК «Гарант» (программа «Диаграмма+» как элемент программного обеспечения широко использующегося, в частности на некоторых судах, диагностического комплекса «Дизель-Адмирал»); в НТУ «ХПИ». (Харьков; результаты физического моделирования смесеобразования); в КНАГГУ (Комсомольск-на-Амуре; методика расчета и результаты моделирования смесеобразования, результаты исследования рабочего процесса судового дизеля); в СПбГМТУ (в НИР и учебном процессе по специальностям 1012 и 1402).

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на IV Междунар. конф. по неравновесным процессам в соплах и струях - NPNJ-2002 (Петергоф, 2002); на VII и VIII Междунар. конгрессах двигателестроителей (Крым, 2002 и 2003); на XII Междунар. науч.-техн. конф. по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (Владимир, 2003); на междунар. науч.-практ. конф. «Безопасность водного транспорта» (Санкт-Петербург, СПбГУВК, 2003); на междунар. науч.-техн. конф. в ГАУ (Пушкин, 1992, 1993, 2002, 2003 и 2004); на Всесоюз. науч.-техн. конф. по ДВС (Москва, 1980); на Всесоюз. науч.-техн. семинаре по ДВС при МВТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 1980); на Всесоюз. науч.-

техн. конф. «Актуальные проблемы развития двигателей внутреннего сгорания и дизельных установок» (Ленинград, 1990); на Всероссийском конгрессе двигателестроителей (Санкт-Петербург, 2003); на Тодесовских чтениях (конференция по горению) в БИТУ (Санкт-Петербург, 2003); на межвуз. науч. конф. в ВМИИ (Санкт-Петербург, 2000, 2002 и 2003); на межвуз. науч.-техн. конф. в ЧВВАИУ им. маршала П.А. Ротмистрова (Челябинск, 1991); на на-уч.-техн. конф. «Двигатели внутреннего сгорания двадцать первого века» (Санкт-Петербург, 2000); на заседании секции судовых дизельных установок НТО судостроителей им. акад. А.Н. Крылова (1980, 2004); на заседании НТС Коломенского завода (Коломна, 2002); на науч. конф. в ГМА им. адм. СО. Макарова (Санкт-Петербург, 2002); на регулярных науч. конф. в СПбГМТУ (бывший ЛКИ; Ленинград-Санкт-Петербург, 1980-2003).

На защиту выносятся:

1. Математические модели процессов смесеобразования и сгорания в дизеле, содержащие ряд новых теоретических решений и отличающиеся локальностью описания процессов;

2. Комплекс методов и средств физического моделирования локальных процессов смесеобразования в дизеле;

3. Новые научные факты, относящиеся к локальным процессам смесеобразования, позволяющие уточнить представления о внутрицилиндровых процессах в дизеле и идентифицировать параметры математических моделей;

4. Методы повышения качества смесеобразования и сгорания в судовом дизеле, основанные на использовании сочетания средств физического и математического моделирования локальных внутрицилиндровых процессов и иерархической системы критериев качества смесеобразования;

5. Результаты повышения качества смесеобразования и сгорания в различных модификациях судовых дизелей типов ЧН 30/38 и ЧН 26/26 за счет согласования параметров ТА и КС. Практические рекомендации к согласованию параметров дизелей.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 124 научных труда, в том числе 38 научных статей (из них 21 без соавторов), 7 брошюр, 4 авторских свидетельства на изобретения, 33 тезиса док. ладов, 42 отчета о НИР. В изданиях по списку ВАК опубликованы 14 работ (из них 12 без соавторов).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. 05-щий объем - 359 с, основного текста - 323 с, приложений - 19 с, имеется 108 рисунков, 10 таблиц, список литературы включает 311 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована научная проблема и даны общие сведения о диссертации.

В первой главе содержится анализ известных принципов организации процессов смесеобразования и сгорания в дизеле, а также использующихся на практике показателей качества и математических моделей этих процессов.

В изучении рассматриваемых вопросов отечественные и зарубежные ученые достигли значительных успехов. При анализе источников и выполнении исследования в наибольшей мере учтены результаты работ И.В. Астахова, И.И. Вибе, А.Н. Воинова, Д.Н. Вырубова, Б.М. Гончара, М.Н. Глаголева, Н.В. Иноземцева, Н.Н. Иванченко, Р.З. Кавтарадзе, Г.М. Камфера, В.А. Кутового, О.Н. Лебедева, А.С. Лышевского, К. Неймана, Б.П. Пугачева, А.С. Пунды, Н.Ф. Разлейцева, Ю.Б. Свиридова, Б.Н. Семенова, Н.Н. Семенова, С.А. Скоморовского, А.И. Толстова, В.И. Трусова, Н. Hiroyasu, Т. Kamimoto, S. Kinoshita, H. Kuniyoshi, C.J. Naber, H. Tanabe и других ученых, а также руководимых ими научных коллективов.

Несмотря на несомненные успехи, обеспечение современных высоких требований к технико-экономическим и экологическим показателям дизелей на практике дается с большим трудом. Организация рациональных процессов смесеобразования и сгорания, от которых в значительной мере зависят показатели дизеля, осуществляется главным образом длительной и дорогостоящей доводкой рабочего процесса на стенде завода. Заметим, что совершенство указанных процессов зависит от большого числа конструктивных и регулировочных параметров ТА и КС дизеля. Это затрудняет доводку. Ввиду отмеченных обстоятельств очевидна необходимость использования математических моделей толливоподачи и внутри-цилиндровых процессов.

Известно, что в комплексе изучаемых процессов ключевую роль играет смесеобразование. Потому основное внимание в первой главе и в работе в целом уделено именно смесеобразованию. Анализируя практику организации процессов и используемые при этом математические модели, важно дать оценку применяющихся критериев качества смесеобразования.

В диссертационной работе предложена классификация известных моделей распада топливной струи, ее движения, испарения и горения топлива. При моделировании распада исследователями установлено, что отделение капли от сплошной струи происходит под действием сил инерции, поверхностного натяжения, вязкости, внешнего и внутреннего давлений в струе. Однако известные модели распада существенно различаются. В зависимости от того, какой из факторов считается определяющим, модели можно условно разделить на три группы, в которых распад рассматривается как ре-; зультат: 1) развития поверхностных колебаний; 2) кавитации в сопловом канале; 3) развития турбулентности потока. Остается открытым вопрос о взаимосвязи перечисленных механизмов. Отметим также отсутствие методики, позволяющей рассчитывать вектор начальной скорости капли топлива в момент ее образования. Использование такой методики необходимо для описания последующих локальных процессов смесеобразования. В диссертационной работе предстояло выполнить соответствующее исследование.

Известные модели структуры и движения топливной струи в дизеле чреззычайно многообразны. Существенные различия взглядов авторов касаются, в частности, характера течений в струе, распределения масс топлива в пространстве, наличия в струе характерных зон, учета относительного движения частиц топлива и спут-ного потока газа в струе. По мнению автора данной работы, разрешение указанных противоречий - главная проблема развития теории объемного смесеобразования в дизеле. Принципиально важно убедиться в том, справедливы ли выводы сторонников «зонно-трассовой» модели о скапливании основной массы топлива в зоне фронта развивающейся струи дизельной форсунки. Важно решить, имеются ли основания для широко распространенного допущения о равенстве скоростей осредненного движения частиц жидкого топлива и спутного газового потока в струе. Одна из основных причин противоречивости моделей струи состоит в том, что авторы не располагают необходимыми экспериментальными данными о распре-

делении в струе локальных параметров. Для разрешения отмеченных противоречий в диссертации предстояло выполнить соответствующие теоретическое и экспериментальное исследования. Известными методами необходимые экспериментальные данные получить не представляется возможным. Поэтому была определена задача разработки и применения новых методов и средств исследования топливной струи.

На практике в расчетах испарения топлива широко используются упрощенные модели равновесного фазового превращения, которые в большинстве случаев интегрально описывают процесс в струе или в КС в целом, без учета неоднородности распределения размеров частиц и концентрации топлива в пространстве. Авторы вынуждены принимать весьма существенные допущения, например, упомянутое выше допущение о равенстве скоростей капель и спутного потока газа в топливной струе. Обычно не учитывается турбулентный характер течения, влияние тепломассообмена между компонентами смеси на параметры ее движения. Часто оказывается нерешенным вопрос об экспериментальной проверке адекватности модели. В диссертационной работе необходимо было предложить в достаточной мере обоснованную модель испарения.

В доступных для анализа математических моделях никакие другие характеристики периода задержки самовоспламенения горючей смеси, кроме его длительности и массы испарившегося топлива, как правило, не используются. Однако в данной работе, связанной с моделированием локальных процессов в цилиндре дизеля с объемным смесеобразованием, важно получить возможность рассчитывать время возникновения и положение в пространстве очага воспламенения.

Использующиеся модели горения топлива в дизеле, как правило, содержат интегральное описание (в лучшем случае описание «по зонам») рабочего тела в цилиндре. Модели построены в основном на эмпирических зависимостях, имеющих ограниченное применение. Для решения современных задач необходимы модели, локально описывающие горение уравнениями химической кинетики. Отвечающие этим требованиям известные модели и соответствующие программы расчета KIVA (Los Alamos), FIRE (AVL), VECTIS (Ricardo), STAR-CD (Computational Dynamics Ltd.) по оценкам отечественных специалистов весьма громоздки, дороги и не всегда приводят к достоверным результатам.

Традиционно актуальный вопрос об оценке качества смесеобразования авторами решается по-разному. Известные критерии качества смесеобразования разрозненны и имеют частный характер. В этих условиях целесообразно сформировать систему, объединяющую известные и новые критерии.

Из представленных оценок известных работ следует, что модель внутрицилиндровых процессов, предлагаемая в диссертации, должна дать возможность рассчитывать сложные локальные процессы смесеобразования и сгорания в дизеле. Вместе с тем, модель должна быть достаточно простой, не требующей значительных вычислительных ресурсов при расчетах и позволяющей решать указанные выше инженерные задачи.

Вторая глава посвящена разработке теоретических основ математического моделирования процессов смесеобразования и сгорания в дизеле.

Сформулированы основные принципымоделированияпроцес-сов. Применен системный подход к разработке модели. Предложена схема системы элементарных процессов с указанием связей между элементами. Это позволило представить модель сложной системы в виде совокупности взаимосвязанных относительно простых моделей. При реализации указанного подхода учтены: принцип обеспечения соответствия друг другу уровней сложности отдельных моделей системы; принцип выполнения экспериментальной проверки адекватности моделирования элементарных процессов, а также промежуточных и конечной стадий протекания комплекса этих процессов; принцип применения гипотезы суперпозиции при моделировании некоторых сложных процессов и другие принципы.

Модель распада топливной струи. В л итературе широко распространен термин «распыливание топлива». В данной работе предложено считать, что в отличие от «распада», означающего нарушение сплошности жидкой струи в целом или ее фрагмента, «распыливание» - вид распада, при котором сплошная или пузырьковая жидкость преобразуется в смесь газа или пара с каплями (газовзвесь).

При моделировании можно исходить из того, что в процессе истечения топлива из форсунки в сопловом канале образуется сложная турбулентная структура, состоящая из вихрей различных

масштабов. Внутриканальный распад струи проявляется в возникновении кавитации в ядрах вихрей. Предполагается, что внутривих-ревые кавитационные разрывы сплошности возникают под воздействием энергии турбулентности. При перемещении каверн периодически происходит их рост и схлопывание в зависимости от изменения локальных скорости вращения вихря и статического давления. Образование и схлопывание каверн в ядрах вихрей порождают неустойчивость течения, что ведет к возникновению новых неодно-родностей потока. Такова связь между «турбулентным» и «кавита-ционным» механизмами распада струи.

Учтем, что зафиксированная С.А. Скоморовским в экспериментах форма поверхности разрыва сплошности в сопловом канале близка к конической. Это дает нам основание предложить расчетную схему распада струи, показанную на рис.1.

Можно принять, что относительная скорость капли топлива в момент отрыва от жидкого столба равна амплитуде локальной пуль-сационной скорости , направленной по нормали к поверхности разрыва сплошности. Начальную скорость капли в радиальном на правлении предложено рассчитывать по формуле

где - соответственно коэф-

фициент поверхностного натяжения и плотность топлива; dK -диаметр капли; К„ - коэффициент, которым учитывается, в частности, расчетная высота конуса жидкого столба.

Формула (1) получена аналогично теоретическому решению О.Н. Лебедева задачи определения диаметра капли при известной пульсационной скорости. В отличие от указанного подхода в предлагаемой методике расчета распыливания топлива диаметры капель вычисляются по эмпирическим уравнениям критериального вида. Предусмотрены два варианта расчета. В первом варианте

Рис.1. Схема распада топливной струи в сопловом канале форсунки

определяется средний заутеровский диаметр капель по уравнению У. Tanasawa. Во втором рассчитываются параметры функции распределения капель по размерам (распределения Розина-Раммлера). Таким образом, методика позволяет рассчитывать размеры частиц топлива и векторы их начальной скорости.

Модель движения и испарения топливной струи. Моделируемое явление характеризуется как нестационарная двухфазная многокомпонентная турбулентная струя, жидкая фаза которой представляет собой полидисперсные частицы топлива и в которой происходят нестационарные процессы тепломассообменного и силового взаимодействия между компонентами в условиях неоднородности скоростных, концентрационных и температурных Колей.

При моделировании топливная струя рассматривается как совокупность изолированных друг от друга капель, движущихся в спутном турбулентном газовом потоке и обменивающихся с ним энергией. Сделан вывод о неприемлемости для решения поставленных задач встречающегося в публикациях допущения о равенстве скоростей частиц топлива и спутного потока газа в осреднен-ном движении. Утверждается, что в процессе развития струи происходит увеличение массы топлива на всех участках ее длины. Отрицается наличие предполагаемого некоторыми авторами эффекта накапливания массы топлива в зоне фронта струи.

При описании неравновесного процесса испарения топлива учтены неоднородность полей скорости, концентрации и температуры . компонентов смеси, а также распределение интенсивности турбулентности в газовой фазе струи.

Математическая модель описывает вязкое движение расчетных порций частиц топлива, потерю их скорости и количества движения. Спутный поток газа в струе считается квазистационарным потенциальным потоком несжимаемой жидкости. Указанное допущение дало возможность применить для расчета поля скоростей газа в КС метод суперпозиции гидродинамических особенностей, позволяющий получить суммарный комплексный потенциал потока, состоящий из комплексных потенциалов элементарных потоков. Учтено движение газа, вызванное сжатием заряда цилиндра и ра-диально направленным перетеканием заряда в КС. Влияние движения частиц топлива на поле скоростей газа смоделировано в виде течения от плоских диполей. Это влияние выражено через разность интенсивностей диполя в начальном и конечном квазиста-

ционарных состояниях в пределах /-го шага счета по времени:

ДЕ,

¡,1+\

=2л(\Ук

к отн. I ^к опии «+1

к,

где - скорость движения капель топлива относительно газовой фазы; - эффективный радиус порции капель топлива, который связан, в частности, с расчетным диаметром капель.

Допущение о потенциальности газового потока позволило нам для моделирования взаимодействия топливной струи со стенками КС впервые применить метод конформных отображений. Аспирантом П.А. Щукиным подобрана функция отображения, при помощи которой поток, обтекающий профиль КС типа «Гессельман», преобразуется в поток вокруг окружности, что существенно упрощает решение задачи.

В качестве основы для математической модели тепломассообмена принята модель Л ПИ испарения одиночной капли в неподвижной среде. Предлагаемая система для расчета комплекса процессов включает в себя уравнения, описывающие осредненное движение неиспаряющейся струи, распределение относительной турбулентности в поперечном сечении струи и конвективный теп-ломассоперенос между компонентами смеси. Ориентируясь на численный метод решения задачи, основные уравнения для контрольного объема и /-го шага счета по времени можно записать:

¿V 3 Ре/_ в _ V2 £?Ц ЗРа1,

— = —--Сп Ке Ь>с—: —

Л 16рк{ ° г

¿Е-АОНьь(с -С )г-Л 2 рК1

¿9 А

= Р*'МиСрД/(9-8а) Я/1

гРк/Ьес,*, г2 срк,Ткр\х<И'

О)

где р - плотность; Св - коэффициент сопротивления движению; С -концентрация; ср - теплоемкость при постоянном давлении; Я - теплота парообразования; Т- температура. Индексы, к - капля; а -газовая фаза; - пар; - пар на поверхности капли; - пар в смеси с газом; кр - критическое значение параметра.

В уравнениях (2) указаны безразмерные переменные:

Рг = V* 9а ГСр а < = 8с/Рг! ^ = "И>а/)/У(

а >

где м - скорость; т - масса; ¿1 - диаметр; £>, а, Р Д - коэффициенты соответственно диффузии, теплоотдачи, массопереноса, теплопроводности; 1 - время; V - кинематическая вязкость. Значения критериев Шервуда и Нуссельта определяются по уравнениям Ранца-Маршалла.

Использующееся в расчете тепломассообмена число Рей-нольдса содержит в качестве скорости газа так называемую «актуальную» скорость \Vact = . которая представляет собой сумму средних скоростей в осредненном и пульсационном движениях. Пульсационная скорость рассчитывается с использованием описанного нами распределения относительной интенсивности турбулентности в поперечном сечении струи

где - средняя скорость пульсационного движения; - средняя скорость осредненного движения на оси струи; уо,$ - радиус точки в ее поперечном сечении, в которой скорость равна Формула (5) получена обобщением результатов экспериментов S. Kinoshita. Исследование показало, что учет турбулентных пульсаций особенно важен при расчете тепломассообмена в периферийных зонах поперечного сечения струи. В модели предусмотрена возможность учета вращательного движения заряда цилиндра.

Численное решение системы уравнений выполняется по алгоритму Филиппса, который позволяет учесть неоднородность свойств рабочего тела.

Разработана кинетическая модель предпламенныхпроцессов в дизеле объемным смесеобразованием, дающая возможность рассчитывать не только момент времени самовоспламенения горючей смеси, но и положение в пространстве зоны очага воспламенения. Для этого решена задача расчетного определения изменения относительной скорости предпламенных химических реакций во времени и пространстве, которое занято неоднородной по концентрациям реагентов горючей смесью. Наряду с фактором теплового ускорения в расчете воспламенения впервые учтен фактор цепного ускорения реакций. Для удобства расчетов введено понятие текущей

(5)

локальной условной задержки самовоспламенения т^. Это задержка, определяемая при условии неизменной скорости реакций, равной текущей скорости (величина, обратная локальной относительной скорости предпламенных реакций). Применительно к условиям сжигания дизельного топлива ее предложено рассчитывать по уравнению

где аяок - локальный коэффициент избытка воздуха; "г - относительное время (в пределах интегрального периода задержки самовоспламенения т,); Е - кажущаяся энергия активации; А - эмпирическая константа, определяемая с использованием известного

Моделирование горения при решении поставленных в работе задач следует вести в форме уравнений химической кинетики, описывающих локальные процессы. Два варианта указанных кинетических уравнений составлены на основе известных брутто-схем химических реакций горения. Наиболее сложная схема описывает горение в виде двух стадий, существенно различающихся температурными уровнями. Первая стадия представлена реакциями образования промежуточных продуктов СО и Н2, вторая стадия - реакциями получения конечных продуктов СОг и Н2О. Учет различия уровней температур этих стадий необходим прежде всего для того, чтобы по возможности точно рассчитывать процесс образования окиси азота. Предложена система кинетических уравнений, каждое из которых в общем виде может быть записано:

где С, Са,Сь - концентрации соответственно рассчитываемого продукта реакции и исходных веществ; А1 - постоянный для данной реакции коэффициент.

Для предварительной оценки энергии активации Е (кДж/кмоль) в уравнениях (7) нами уточнено известное правило Поляни-Семенова о связи энергии активации с тепловым эффектом реакций О (кДж/кмоль). Уточнение вызвано необходимостью описывать

реакции со значительными Q, которые свойственны горению топлива в дизеле. Предложены эмпирические зависимости:

¿^ехр^ЫО^б) (при (22:0);

£ = £0ехр(9,1-10-<б)-б (прие<0), (8)

где Е0 = 5,1 -104 - энергия активации в реакциях с нулевым тепловым эффектом, кДж/кмоль. Оценка предэкспоненциального множителя константы каждой реакции (7) дана с использованием молеку-лярно-кинетической теории газов. Для проверки и уточнения констант реакций необходимо располагать экспериментальными данными о текущем составе основных газов в цилиндре дизеля.

Рассмотрены также более простые подходы, начиная с моделирования выгорания топлива как процесса эквивалентного подготовке смеси для сгорания и включая модель, содержащую одно эмпирическое уравнение для суммарной скорости реакций горения. В этих случаях константы уравнений уточняются путем сопоставления расчетных и экспериментальных характеристик тепловыделения в дизеле.

В диссертации показано, что применительно к случаям использования в дизеле легких сортов дизельного топлива моделирование процесса образования окиси азота целесообразно вести на основе термического механизма. Для этого может быть использован, например, расширенный механизм Я.Б. Зельдовича. Первоначально заимствованные из известных работ константы соответствующих кинетических уравнений уточняются в ходе идентификации параметров комплексной математической модели внутрицилиндровых процессов по данным экспериментов на дизеле.

Третья глава посвящена разработке методов и средств физического моделирования локальных процессов смесеобразования. Предложены и реализованы шесть методов, предназначенных для экспериментального определения комплекса пространственно-временных характеристик смесеобразования.

Метод исследования распределениямассыраспыленного топлива и скорости его движения подлине импульсной струи состоит в экспериментальном определении семейства кривых расхода gf топлива через поперечные сечения струи для различных расстояний от сопла форсунки. На рис. 2 и 3 приведены гипотетические кривые, поясняющие содержание метода.

16

Рис.2. Гипотетические расходные Рис.3. Гипотетическое распре-характеристики впрыскивания деление массы топлива по длине топлива для различных поперечных развивающейся струи

сечений струи

Масса топлива, находящегося между сечениями / и /+1 в некоторый момент временит:

Средняя линейная масса топлива на рассматриваемом участке СТруИ ДЛИНОЙ ¡1,1+1'

СИ,М = т1,М111,М' (9)

Изменение этой величины по длине струи показано на рис. 3. По соответствующим значениям расхода и локальной линейной массы определяют среднюю по расходу скорость движения топлива:

ср = 8//С1- (ЮГ

Вычислив \Vfcp для различных расстояний от сопла, можно построить кривую изменения скорости движения топлива по длине струи в любой момент времени.

Метод реализован при помощи специально разработанного автором ячеистого стробоскопа (а.с. 779613), его схема изображена на рис. 4. Укрепленный на вертикальном вале ячеистый барабан 2 кинематически жестко связан с валом ТНВД. Устройство для крепления форсунки 5 выполнено в виде подвижной каретки 4. Стенки 13 образуют ограждающий канал для исследуемой струи 7. В корпусе 3 имеется окно 6 для высокоскоростной киносъемки. В полости стробоскопа может быть создано противодавление.

При работе установки рассекающая решетка осуществляет стробоскопическое разделение струи на порции. Топливо от некоторого заранее заданного числа впрыскиваний скапливается в ячейках 10 барабана. Имея распределение его массы по ячейкам,

строят кривую изменения во времени расхода топлива для выбранного расстояния от сопла. Серию указанных кривых расхода (см. рис. 2) получают, устанавливая форсунку поочередно на различных расстояниях от рассекающей решетки 9.

Рис.4. Схема ячеистого стробоскопа:

I - уплотнение; 2 - ячеистый барабан; 3 - корпус; 4 - каретка; 5 - форсунка; 6 - окно; 7 - струя;

8 - люк для датчика силы; 9 - рассекающая решетка; 10-ячейка;

II - топливоотводящий колпачок; 12-зуб-

чатые колеса; 13-стенки канала

Метод исследования изменения скорости движения спутного потока газа по длине импульсной топливной струи основан на комплексном использовании ячеистого стробоскопа и специально разработанного автором датчика силы (а.с. 781621).

Измеряемое при помощи датчика секундное количество движения струи Рс представляет собой сумму двух составляющих:

Рс =Р/+Ра- . (11)

Составляющая, относящаяся к жидкому топливу (определяется при помощи ячеистого стробоскопа):

Р/ = 8/а/ ™/ср> О2)

относящаяся к спутному потоку газа (в модельных условиях - к потоку воздуха):

Ра = Ра Рс аа ™аср>

18

где а/, аа - коэффициенты неравномерности количества движения соответственно топлива и воздуха; Рс - площадь поперечного сечения струи.

Коэффициент неравномерности в общем виде:

1

™2срР О

(14)

где w - локальная скорость потока; Р— площадь сечения потока. Для составляющих топливной струи:

а/ =

Р/

0\нту %т

Р и^вср^с

/ > 2 /

IV №/2

\ т ) / и». )

; (15)

(16)

где В, - у/г - безразмерная координата (у - текущий радиус точки; г- радиус сечения струи); % = С//Са - локальная относительная концентрация топлива (С/,С„ - концентрация соответственно топлива и воздуха); индекс т - параметр на оси струи. Значения коэффициентов неравномерности зависят от вида функций и/и^ = /[ и х/Хт = /г (0 • то есть от профилей скорости и концентрации в поперечном сечении струи.

Рис.5. Схема датчика силы:

1 - кольцевая балочка;

2 - корпус; 3 - периферийная пластина; 4 - тензорезистор;

5 - сменная силовос-принимающая пластина; 6 - винт; 7 - опора; 8,10-шпильки; 9 - гайка

Схема датчика силы представлена на рис. 5. Датчик содержит сменную силовоспринимающую пластину 5, опертую на три кольцевых упругих элемента 1 с наклеенными на них тензорезисторами и укрепленную на корпусе 2 периферийную кольцевую пластину 3.

Последняя расположена концентрично силовоспринимающей пластине с малым радиальным зазором. Датчику свойственны приспо-собленость к измерениям в условиях импульсной струи, независимость его сигнала от положения точки приложения измеряемой силы и высокая чувствительность.

Метод исследования профиля локальных расходов жидкого топлива в поперечном сечении струи реализован при помощи специально разработанного устройства, состоящего из изокинетического пробоотборника (а.с. 877333) и вихревого сепаратора (а.с. 904792). Схема устройства дана на рис.6. Измерения производят в условиях стационарной топливной струи, распространяющейся в полости «холодной» топливной бомбы высокого давления. Пробоотборник представляет собой трубку с трехслойной стенкой, образующей две полости между слоями. Полости соединены с внутренним и внешним пространствами отверстиями 1 и 2, которые являются приемниками статического давления. Интенсивность отбора пробы регулируют клапаном 3, добиваясь равенства статических давлений снаружи устройства и внутри него. Указанное равенство контролируют дифференциальным манометром 4. Для разделения отбираемой топливовоздушной смеси служит вихревой сепаратор 5. Расход топлива через пробоотборник определяют по времени наполнения емкости 6.

Возможность обоснованного выбора интенсивности отбора пробы из стационарной струи и высокое качество сепарации топли-вовоздушной смеси при использовании предложенного устройства обеспечивают необходимую точность построения профиля расхода

20

Рис. 6. Устройство для измерения локальных расходов топлива в

струе

топлива в струе на основном участке ее длины до зоны фронта, то есть на том участке, на котором реальную струю можно считать квазистационарной.

Предложен метод исследования распределения локальных скоростейгазовойфазы в поперечном сечении топливнойструи, Трудность экспериментального определения профиля осевой скорости газа в двухфазной струе заключается в том, что измерение при помощи, например, трубки Пито в указанных условиях невозможно: попадающие в трубку капли искажают результат измерения. Для решения проблемы автором данной работы предложено получить путем измерений профиль статического давления в двухфазной струе. Далее, пользуясь теоретически обоснованной и экспериментально установленной нами взаимосвязью между профилями статического давления и скорости в однофазной газовой струе, следует рассчитать профиль скорости газа в двухфазной струе. Взаимосвязь профилей предложено описывать эмпирической зависимостью

где Ар - перепад статического давления между текущей точкой и условной границей сечения струи; Арт, „ - параметры на оси струи; у - относительный радиус текущей точки у <, 1,0).

Методисследованиявзаимодействиятопливныхструй со стенками камеры сгорания состоит в комплексном применении высокоскоростной киносъемки, средств иконики и специального то-пливоулавливающего устройства. При этом изучаются движение и распределение массы топлива по различным направлениям от точки встречи струи с плоской преградой, с поверхностями модели КС и взаимодействие соседних струй между собой. Используется частота киносъемки до 4500 кадр/с. Пример покадровой обрисовки двух соседних струй в процессе их развития приведен на рис. 7. Впервые примененный для изучения смесеобразования метод ико-ники представляет собой оптико-электронную регистрацию, цифровую обработку и анализ распределения плотности кинонегатива с изображением топливной струи. Примерное распределение плотности показано в аксонометрической проекции на рис. 8.

Рис. 7. Результат высокоскоростной кинорегистрации взаимодействия топливных струй со стенками камеры сгорания и между собой:

дизель ЧН 30/38; сопло 8 х 0,5 мм; плотность среды 31,5 кг/м3; числами обозначены номера кадров; последний кадр соответствует 60 п.к.в. после окончания топливоподачи

Рис. 8. Распределение относительной плотности струй, взаимодействующих со стенками камеры сгорания и между собой(метод ико-ники):

распределение соответствует последнему кадру на рис.7

Разработанное нами ячеистое топливоулавливающее устройство, предназначенное для исследования взаимодействия топливной струи с плоской преградой, изображено на рис. 9.

Исследование влияния радиальных потоков заряда цилиндра, имеющих место в надпоршневом зазоре при движении поршня вблизи ВМТ, на развитие топливной струи выполнено с применением специального устройства. Процесс моделируется в условиях «холодной» топливной бомбы. Поток создается непрерывной продувкой модели КС воздухом высокого давления при поддержании

динамического равновесия продувки. Пример кинограммы развития топливной струи в указанной модели дан на рис. 10.

В диссертации представлены результаты анализа метрологических свойств созданных средств измерений.

В работе также использованы метод моделирования вращательного движения заряда цилиндра и средства лазерной доплеровской анемометрии. Установлено качественное соответствие результатов применения предложенных методов и средств исследования известным результатам, полученным методами газового моделирования, голографической интерферометрии и другими методами.

Рис. 9. Устройство для исследования распределения массы топлива по направлениям от точки встречи струи с плоской преградой

Рис. 10. Развитие топливной струи в модели КС: дизель ДН 23/30; сопло 7 х 0,4 мм; плотность3 заряда 16,3 кг/м3; частота съемки 3750 кадр/с

В четвертой главе изложены результаты экспериментальной проверки адекватности математических моделей топливоподачи, смесеобразования и сгорания в дизеле, приведены результаты экспериментального и расчетного исследования этих процессов.

На рис. 11-20 представлены характеристики смесеобразования, полученные предложенными в данной работе методами. Характер распределения массы топлива по длине струи, показанный на рис. 11 ,б, зафиксирован нами при помощи ячеистого стробоскопа, а также средствами иконики. Эти данные позволили впервые

Рис.11. Характеристики распределения топлива в струе: а - расход топлива через сечения струи на различных расстояниях от сопла; б- распределение массы топлива по длине струи в различные моменты времени т, мс: 1 - 2,6; 2 - 3,1; 3 - 3,6; 4 - 4,1; 5 - 4,6; 6 - 5,1; 7 - 5,6; 8-6,1

доказать, что широко распространенная «зонно-трассовая» модель, в соответствии с которой в период развития струи основная масса топлива скапливается в зоне ее фронта, не может считаться приемлемой.

Исследовано движение элементарной порции топлива в развивающейся струе. Впервые обнаружены два существенно различающихся участка движения топлива внутри струи (рис. 12). Относительные скорости движения топлива на начальном и основном участках соответственно могут быть найдены из выражений

где - скорость истечения рассматриваемой порции из сопла;

- скорость движения элементарной порции на расстоянии / от сопла; - длина пути порции до достижения ею фронта струи.

Рис. 12. Характеристики движения топлива в струе: а - относительная скорость элементарной порции топлива; б- скорость и перемещение элементарных порций и фронта струи. (дизель ДН 23/30; сопло 10 х 0,34 мм; цикловая псдача 0,5 г/цикл; плотность среды 19,6 кг/м3)

Уточненный профиль локальных расходов жидкого топлива в поперечном сечении струи, который исследован предложенным методом изокинетического отбора пробы, может быть описан формулой

Я = гт/[1 + 7,2(у)1*7], (19)

где 0^7^1,0, причем у =1,0 соответствует видимой границе струи.

Для нахождения характеристик движения спутного потока газа в топливной струе получены экспериментальные кривые изменения секундного количества движения струи Рс во времени на различных расстояниях от сопла. Пример кривых показан на рис. 13. По этим данным при помощи описанного выше метода определено изменение Рс и его составляющих, относящихся к жидкому топливу (Р) и газу (Ра), а также изменение скоростей движения топлива и газа по длине струи в любой момент времени (рис. 14 и 15). Последний рисунок является доказательством правильности вывода, сделанного на основе математического моделирования, о неприемлемости широко распространенного допущения о равенстве скоростей частиц топлива и спутного потока газа в осредненном движении, по крайней мере, для начального участка струи. Положение границы между участками (см. также рис. 12,а) обусловлено резким изменением скорости частиц относительно газа.

0 1 2 3 4 5 6 7 Т х103, С

Рис.13. Изменение секундного количества движения струи на различных расстояниях от сопла форсунки

Рис.14 Изменение секундного

количества движения и его составляющих по длине струи

Рис.15. Изменение скорости движения жидкого топлива и спутного потока газа по длине струи

Распределение локальных относительных скоростей осред-ненного движения спутного потока газа в поперечном сечении струи, которое исследовано методом, предложенным в данной работе, выражено зависимостью

(20)

'"..-[ьО.^'ИиГ]

6.4

где 0:2у!¿3,36. Этот профиль отличается от известного профиля Г. Шлихтинга, обычно применяемого для двухфазных струй. Отличие вызвано полидисперсностью распыленного топлива и неравномерностью распределения капель в сечении струи. С учетом выражения (20) относительная «актуальная» скорость, использующаяся при расчете тепломассообмена, определена как

»аа^ат^Ыа1^

'ам + 0,22ехр[-0>5(^/>'о,5-0,5)2

где второе слагаемое представляет собой пульсационную составляющую скорости [см. формулу (5)]. Отношение величин, рассчитываемых по выражениям (21) и (20), с изменением текущего относительного радиуса у/уо5 от 0 до »2,5 (до видимой границы струи) увеличивается от 1,2 до 8,0. Это означает, что учет турбулентных пульсаций особенно важен при расчете тепломассообмена в периферийных зонах сечения струи.

Об адекватности предложенной математической модели процессов в свободной топливной струе свидетельствуют, в частности, рис.16 и 17. Экспериментальные зависимости дальнобойности струи /с и координаты центра масс топлива ХС/ построены по уравнениям регрессии, полученным для ТА дизеля типа ДН 23/30. Данные измерений локальных мгновенных температур в испаряющейся струе заимствованы из работ ЦНИДИ.

Рис.16. Характеристики дальнобойности струи и положения центра масс топлива

Рис.17. Распределение относительного перепада температуры в испаряющейся топливной струе

Методом физического моделирования исследовано взаимодействие топливной струи со стенкой КС, схема которого показана на рис. 18.

Рис.18. Расчетная схема взаимодействия топливной струи со стенкой камеры сгорания

Результаты исследований описаны следующими зависимостями:

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

где плотность заряда рв = 23...40 кг/м3; диаметр соплового отверстия dc = 0,40...0,55 мм; максимальное давление впрыскивания топлива Pjtюг, =76... 117МПа;время т = 1,0...8,Оме;угол 30°90°; 1КСДС £ 1,0. Формула (22) содержит предложенные в диссертации уточнения соответствующего выражения Н. Kuniyoshl.

Оказалось, что распределение массы топлива по различным направлениям от точки встречи струи со стенкой зависит в основном от угла р и практически не зависит от других исследованных факторов:

причем

£,=0,25 со8[1,5(^2-р)]; й =1-0,75 соз[1,05(п/2-р)]; = 0,25 соз[0,78(тс/2-р)],

(27)

»1,0 ;угол р в формулах (27) выражен в радианах.

Результаты физического моделирования позволяют сделать вывод об определяющей роли диффузионного механизма распространения пламени в топливной струе. Об этом свидетельствует обнаруженное совпадение графиков движения топлива и фронта

пламени (рис. 19). Сведения о движении топлива получены автором данной работы, а сведения о горении опубликованы Н. КишуовЫ. Условия проведения сравниваемых экспериментов практически идентичны.

На рисунке: /с - дальнобойность струи по опытам Н. КишуовЫ; | - путь, пройденный элементарной порцией топлива; о/- точка образования очага пламени; расстояние между фронтом пламени и соплом; - расстояние между задней границей пламени и соплом;

- скорость тепловыделения.

Заметим, что пик кривой скорости тепловыделения на рисунке по времени действия совпадает с периодом движения пламени до фронта струи. Учтем также результат показанного на рис. 20 расчета, в соответствии с которым пламя распространяется преимущественно в зоне горючей смеси, выделенной на рисунке штриховкой. Эти результаты позволяют рассматривать фазу так называемого «быстрого сгорания» как диффузионное горение преимущественно в зоне горючей смеси состава, близкого к стехиометрическому. Указанная смесь формируется в основном в период задержки самовоспламенения.

Представленные выше и другие результаты физического моделирования использованы для проверки и идентификации параметров математической модели внутрицилиндровых процессов.

Выполнены расчетно-экспе-

риментальные исследования комплекса процессов в условиях дизеля. На рис.21 показан пример рас-.четных и экспериментальных характеристик давления, температуры

29

Рис. 19. Экспериментальные характеристики движения топлива, фронта пламени и скорости тепловыделения

Рис.20. Расчетное поле концентраций паров топлива в свободной струе

и относительной скорости тепловыделения в опытном дизеле 1ДН 23/30. В экспериментах на дизеле, спланированных методом латинских квадратов, в широких диапазонах варьировались параметры сопла форсунки, профиля кулака привода ТНВД и профиля КС. Испытания проведены при работе дизеля по винтовой характеристике в диапазоне относительных мощностей от 0,23 до 1,00. Сопоставление данных экспериментов с результатами расчетов по предложенной математической модели показали, что модель адекватно реагирует на изменение варьируемых факторов. В диссертации дано сравнение основных результатов, полученных в расчетах и экспериментах. Наибольшее отклонение расчетных показателей дизеля (среднего индикаторного давления и удельного индикаторного расхода топлива) от экспериментальных составило 8,3% на режимах частичной нагрузки и 3,1% на номинальном режиме. Это свидетельствует о достаточно высоком качестве математического моделирования как каждого из элементарных внутрицилиндровых процессов, так и их совокупности.

Рис.21. Расчетные и экспериментальные характеристики давления, температуры и относительной скорости тепловыделения в дизеле

Пятая глава посвящена методам и средствам повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле. В ней также приведены результаты повышения качества указанных процессов в ряде судовых среднеоборотных дизелей.

В методах предусмотрено применение предложенной иерархической системы критериев качества смесеобразования. Система состоит из генерального критерия - удельного индикаторного расхода топлива в дизеле Ь, и ряда частных критериев, непосредст-

А

МП 12.1 Ю.1 9.1 7.: 6.1

з.< 1.< о.<

—расчет

венно характеризующих смесеобразование и применяющихся в порядке убывания степени их влияния на Ь. В число частных критериев следует включить новую величину - отношение координат центров масс топлива (ХС) в некоторый момент времени развития струи и воздуха (ХС) в секторе КС (при положении поршня в ВМТ), приходящемся на одну топливную струю.

Состав и последовательность использования критериев могут быть различными. В работе применены следующие частные критерии: отношение дальнобойности струи к расстоянию между соплом и стенкой КС в конце периода задержки самовоспламенения;

отношение ХС/ХСмассовые доли топлива, содержащегося в зоне смешения соседних струй (т) и достигшего втулки цилиндра в момент окончания топливоподачи. Возможен учет других

известных критериев, например, показателя, характеризующего вращательное движение заряда цилиндра.

Предложено использовать на практике то или иное сочетание следующих методов повышения качества смесеобразования и сгорания: 1) метод физического моделирования процессов топливопо-дачи и смесеобразования; 2) метод многофакторного вычислительного эксперимента с использованием математической модели топ-ливоподачи и внутрицилиндровых процессов; 3) метод математической оптимизации совокупности конструктивных и регулировочных параметров дизеля; 4) метод доводки рабочего процесса дизеля на испытательном стенде.

При любом из перечисленных подходов целесообразно ориентироваться на постановку задачи оптимизации. Это дает возможность определить стратегию поиска наилучшего сочетания параметров дизеля. Задача оптимизации в общем виде может бьпь записана так:

6,=/р,у(х)]->пип, (28)

где переменные проектирования:

Х= с!с, 1С, 1КС, йг, 0, у, ч/ср, унм.ф,р, Т, П...; (29)

переменные состояния: а) показатели механической и тепловой напряженности, экологические показатели дизеля:

^3Р/пшх» ¿Ртах» (Ф^ф)^ » Тп> еЫОх-'> (30)

б) частные критерии качества смесеобразования:

Ун 1СЦКС ,ХС//ХСа ,т/сл„т/вт.... (31)

В выражениях (28)—(31): dt -диаметр горловины КС (углубления в поршне); 6 - угол между осью соплового отверстия и плоскостью крышки цилиндра; у - угол наклона стенки КС в точке встречи с ней топливной струи; д{ср - средний расход топлива через форсунку; ф».л.0 - угол начала подачи топлива; р,Т- давление и температура заряда цилиндра в некоторой характерной фазе рабочего цикла; П - вихревое число заряда; рпшх - максимальное давление рабочего цикла; (ф/^ф)тах - жесткость процесса сгорания; Гп - характерная температура поршня; - удельный выброс окислов азота.

Запись представляет математически формализованную задачу, которую необходимо решать на практике одним из указанных выше методов, а именно, задачу обеспечения максимально возможной топливной экономичности дизеля при ограничении его тепломеханической напряженности и токсичности отработавших газов. Этого достигают согласованием конструктивных и регулировочных параметров ТА, КС и заряда цилиндра.

Введение в состав переменных состояния частных критериев качества смесеобразования и наложение на них ограничений позволяет сократить область допустимых значений переменных проектирования. За счет этого возможно усложнение процедуры математической оптимизации, но полученные решения будут значительно более приближены к практически реализуемым, что в целом упрощает отыскание наилучших вариантов сочетания параметров дизеля. В случае применения метода многофакторного вычислительного эксперимента использование частных критериев качества позволяет исключить некоторые варианты на начальной стадии работы программы - на стадии расчета смесеобразования. Это дает возможность ускорить решение задачи.

Следует заметить, что в действительности ввиду высокой трудоемкости работы удается учесть меньшее число переменных, чем указано в выражениях (29)—(31).

В качестве средства решения задачи может быть использована программа расчета «КиберДизель». В ней реализована одна из версий предложенной в данной работе математической модели внутрицилиндровых процессов.

Применительно к судовым дизелям типов ЧН 30/38, ЧН 26/26 (к различным их модификациям) и ДН 23/30 рассмотрены некоторые возможности повышения качества смесеобразования и сгорания: 1) улучшение характеристики впрыскивания топлива; 2) выбор наилучшего сочетания числа и диаметра сопловых отверстий форсунки; 3) применение конфузорно-диффузорного профиля соплового отверстия; 4) выбор формы КС с организацией определенного взаимодействия топливных струй со стенками КС и др. При этом использованы методы 1,2,4 и их комбинации.

Как показывает опыт, бывает достаточно воспользоваться только методом физического моделирования смесеобразования, для того чтобы предварительно выбрать рациональные сочетания параметров ТА и КС. Для двух модификаций судового дизеля семейства ЧН 30/38 такая работа нами была выполнена. Суть метода состоит в том, что по уравнениям регрессии, полученным в модельных экспериментах, определяют массовые доли топлива, содержащегося в зоне смешения струй и достигшего втулки цилиндра к моменту окончания топливоподачи

Схема топливных струй, взаимодействующих со стенками' КС и между собой, дана на рис. 22. Сопоставив указанные доли с таковыми в лучших дизелях соответствующего класса, делают предварительный вывод о степени согласованности параметров ТА, КС и заряда цилиндра дизеля при рассматриваемом их сочетании. Оказалось, что для исследуемых дизелей с уровнем среднего эффективного давления рте до 1,6 МПа желательно обеспечить

т

¡/ви = 3|5...8%.

Наряду с предложением об изменении формы КС для модификации судового дизеля типа ЧН 30/38 с увеличенным давлением

увеличенным давлением представлены рекомендации

133 --------

Рис.22. Взаимодействие топливных струй со стенками ка-ррания

09 » «к*

I

вершенствованию ТА. При выработке рекомендаций исследованы различные сочетания профиля кулака привода насоса-форсунки, числа и диаметра сопловых отверстий, диаметров плунжера и на-полнительно-отсечных отверстий плунжерной втулки, размеров иглы форсунки, давления подъема иглы и др.

На рис. 23 показаны графики скорости ролика привода насоса-форсунки, обеспечиваемые штатным кулаком и одним из лучших опытных кулаков. Зарегистрированное в заводских испытаниях дизеля изменение характеристик тепловыделения при замене штатного кулака на опытный отражено на рис.24. Налицо заметное улучшение характеристик при умеренном возрастании механической и тепловой напряженности двигателя.

Рис.23. Графики скорости ролика привода насоса-форсунки:

1 - при штатном кулаке;

2 - при опытном кулаке

Рис 24. Дифференциальные и интегральные характеристики тепловыделения в дизеле типа ЧН 30/38 при различных вариантах топливного кулака

В соответствии с актом о промышленном использовании результатов диссертации применение предложенного кулака при раз-

личных диаметрах плунжера обеспечивает снижение удельного расхода топлива от 2,5 до 6,5 г/кВт-ч.

Для обеспечения возможности дальнейшего форсирования то-пливоподачи предложено согласованное увеличение диаметров ролика и начальной окружности кулака. Показано, что отношение этих диаметров следует принимать в зависимости от вида профиля кулака и расположения на нем рабочего участка.

Описанные выше результаты физического моделирования используются для проверки и идентификации параметров математической модели внутрицилиндровых процессов. Располагая «настроенной» таким образом моделью, при решении очередной задачи можно обойтись без физического моделирования и ограничиться применением лишь математической модели.

Такой подход позволил предложить предварительно выбранные сочетания параметров ТА и КС для модификаций судовых дизелей ЧН 30/38 и ЧН 26/26. В частности, для дизеля типа ЧН 30/38 с Рте = 1,7-1,8 МПа рекомендованы изменение КС и увеличение угла 6 до 17° (рис. 25,а). При этом расчетное снижение удельного индикаторного расхода топлива составило 3,5%.

Для дизеля типа ЧН 26/26 была предложена КС, изображенная на рис.25,б. Для нее характерны увеличенные (по сравнению со штатной КС) объемы на периферии и уменьшенный угол между осью соплового отверстия и стенкой в точке встречи с ней топливной струи. Камера, близкая по параметрам к предложенной, испытана заводом на дизеле сРте = 1,9 МПа.

Рис.25. Предложенные профили камеры сгорания (сплошная линия) для дизелей типов: а - ЧН 30/38; б- ЧН 26/26

340 360 380 400 420 440 460 480

ф, градус плл.

Рис.26. Дифференциальные и интегральные характеристики тепловыделения в дизеле типа ЧН 26/26 при различных вариантах камеры сгорания

На рис. 26 представлены характеристики тепловыделения, соответствующие номинальному режиму работы дизеля при штатной и опытной камерах. Сведения об удельном эффективном расходе топлива ^ удель-

ных выбросах окислов азота вНОх окиси углерода eсо и дымности отработавших газов г на различных режимах работы по характеристике, близкой к винтовой, приведены на рис.27. Из рисунка следует, что все показатели кроме при введении в дизель опытной КС улучшились.

Отмеченный результат не противоречит извест-

Рис.27. Зависимость основных показателей дизеля типа ЧН 26/26 от режима работы при различных вариантах камеры сгорания

ному выводу о том, что решения по организации рабочего процесса дизеля, направленные на улучшение топливной экономичности, как правило, влекут за собой рост эмиссии окислов азота. Для формулирования принципа поиска компромиссного решения важно дать объяснение приведенным результатам испытаний.

При опытной КС, несмотря на более «вялое» горение в начале (ввиду «недоразвитости» пристенных слоев смеси и, соответственно, недостаточного объема смеси, охватываемой пламенем на ранних стадиях горения), последующее горение в основной фазе ускоряется (см. рис. 26). Этому способствует более полное и своевременное использования воздуха на периферии КС в надпоршневом зазоре, а также уменьшение доли топлива, достигающего крышки цилиндра. В итоге топливная экономичность улучшается. Наблюдающееся возрастание вызвано тем, что ввиду более позднего вступления в процесс смесеобразования стенки на периферии КС удлинен период компактного размещения смеси в объеме камеры. Поэтому имеет место более высокий уровень локальных температур в зонах горения и, как следствие, повышенные скорости образования окиси азота N0.

С учетом рассмотренных результатов были рассчитаны и предложены для судовых дизелей семейств ЧН 30/38 и ЧН 26/26 варианты профилей КС с увеличенным углом р.

Наряду с описанием влияния на уровень эмиссии ИОх профиля КС дано объяснение положительного эффекта от применения двухфазного и трехфазного впрыскивания топлива.

Вывод общего характера состоит в том, что высококачественного смесеобразования и сгорания в дизеле следует добиваться за счет организации такого распределения топлива в пространстве КС и во времени, при котором обеспечены: а) своевременное использование воздуха между топливными струями и на периферии КС для эффективного сгорания топлива; б) минимальная неравномерность распределения топливовоздушной смеси по объему КС (особенно в период действия высоких температур) для снижения скорости образования окиси азота. При решении этой задачи целесообразно использовать сочетание методов математического и физического моделирования локальных внутрицилиндровых процессов. Такой подход наряду с отмеченным улучшением показателей дизеля позволяет существенно сократить трудоемкость доводки его рабочего процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация посвящена решению научной проблемы, имеющей важное хозяйственное и социальное значение - получению новых знаний о процессах смесеобразования и сгорания топлива в судовом дизеле, разработке на этой основе методов повышения их качества, позволяющих улучшить технико-экономические и экологические показатели дизелей.

Основные результаты и выводы по диссертации состоят в следующем.

1. Разработана система математических моделей для описания локальных процессов смесеобразования и сгорания в дизеле, содержащая ряд новых теоретических решений.

Модель распада топливной струи наряду с размером частицы распыленного топлива позволяет определить вектор ее начальной скорости. При моделировании движения топливной струи рассчитываются пространственно-временные характеристики распределения масс и скоростей движения жидкой и газовой фаз свободной топливной струи, а также струи, взаимодействующей со стенками камеры сгорания. На основе предложенных способов учета цепного ускорения предпламенных реакций и учета концентрационной неоднородности смеси при расчете самовоспламенения топливовоз-душной смеси обеспечена возможность определения момента времени образования и положения в пространстве очага воспламенения. Предложены варианты модели локального процесса горения топлива в дизеле, в частности, кинетическая модель двухстадийно-го горения с образованием основных промежуточных и конечных продуктов.

2. Для уточнения физической сущности внутрицилиндровых процессов, подтверждения адекватности их математических моделей, а также для использования непосредственно при согласовании параметров дизеля разработан комплекс новых методов и средств физического моделирования локальных процессов смесеобразования. В состав комплекса входят шесть методов экспериментального исследования различных пространственно-временных характеристик распределения параметров топливовоздушной смеси при моделировании условий камеры сгорания дизеля.

3. С использованием предложенных методов физического моделирования установлены новые научные факты, касающиеся ха-

рактера распределения массы и скорости движения жидкого топлива и спутного потока газа по длине импульсной струи, распределения параметров движения жидкой и газовой фаз в поперечном сечении топливной струи, в пристенном потоке, образующемся в процессе взаимодействия струи со стенками камеры сгорания. Указанные факты объяснены с позиций современной науки и учтены при математическом моделировании.

4. Расчетно-экспериментальное исследование топливоподачи и внутрицилиндровых процессов в дизеле показало, что пространственно-временные характеристики топливовоздушной смеси, определяемые параметрами топливной аппаратуры, камеры сгорания и заряда цилиндра в значительной мере влияют на технико-экономические и экологические показатели работы дизеля.

Обнаруженное в экспериментах совпадение графиков движения фронта пламени и соответствующей элементарной порции топлива в струе дает основание считать, что распространение пламени в условиях дизеля совершается преимущественно за счет движения горючей смеси, сопровождаемого конвективным тепломассообменом между ее компонентами, то есть происходит при определяющей роли диффузионного механизма распространения пламени.

5. Разработан комплекс методов повышения качества смесе: образования и сгорания в дизеле. Качество смесеобразования, являющегося ключевым процессом, предложено оценивать при помощи иерархической системы критериев, состоящей из генерального критерия - удельного индикаторного расхода топлива и ряда частных критериев, непосредственно характеризующих смесеобразование и применяющихся в определенной последовательности. На практике, как правило, надлежит обеспечивать минимальный индикаторный расход топлива в дизеле при ограничении его тепломеханической напряженности и токсичности отработавших газов. Этого достигают согласованием конструктивных и регулировочных параметров топливной аппаратуры, камеры сгорания и заряда цилиндра. Для решения задачи в диссертации предложено использовать сочетание методов физического и математического моделирования топливоподачи и внутрицилиндровых процессов. При этом в состав ограничительных величин наряду с показателями тепломеханической напряженности дизеля и токсичности отработавших газов целесообразно включить частные критерии качества смесеобразова-

ния. Для исследованного класса дизелей в диссертации определены желательные значения ряда частных критериев.

6. В результате применения предложенных методов повышения качества смесеобразования и сгорания выработаны рекомендации о рациональных сочетаниях конструктивных и регулировочных параметров топливной аппаратуры и камеры сгорания для ряда модификаций судовых дизелей типов ЧН 30/38 и ЧН 26/26. По данным заводских испытаний, внедрение некоторых рекомендаций обеспечивает снижение удельного эффективного расхода топлива до 6,5 г/кВт-ч (3,5%). Применение указанных методов позволяет существенно уменьшить стоимость и сократить сроки доводки рабочего процесса дизеля.

7. Предложенные в диссертации методы могут быть использованы при организации рабочего процесса дизелей с объемным смесеобразованием различных назначений. Высокие технико-экономические и экологические показатели дизеля достигаются главным образом за счет своевременного использования воздуха в разных зонах цилиндра для эффективного сгорания топлива и минимальной неравномерности распределения топливовоздушной смеси по объему камеры сгорания (особенно в период действия высоких температур) для снижения скорости образования окиси азота.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гаврилов В.В., Захаренко Б.А. Экспериментальный метод исследования структуры струи дизельной форсунки // Двигателе-строение. - 1979. - № 9. - С. 34-37.

2. Гаврилов В.В., Скоморовский С.А. Измерение локальных расходов топлива в струе дизельной форсунки // Двигателестрое-ние. - 1983. - № 3. - С. 52-54.

3. Гаврилов В.В. Влияние структуры топливной струи и формы камеры сгорания на экономичность судового дизеля // Проблемы повышения эффективности СЭУ: Сборник науч. тр. / ЛКИ; Л., 1985. - С. 57-63.

4. Гаврилов В.В., Артемьев ДА., Улановский Э.А. Повышение качества смесеобразования в дизеле посредством организации взаимодействия топливной струи с элементами камеры сгорания //

Судовая энергетика и охрана окружающей среды: Материалы науч.-техн. конф. / СПбГМТУ; СПб., 1993. - С. 69-76.

5. Гаврилов В. В., Скоморовский С. А. Влияние вихревой кавитации на распиливание топлива в дизелях // Вестник КНАГТУ. - 1995. -Вып. 1, сб. 2.-С. 54-60.

6. ГавриловВ.В., ЩукинП.А. Комплексная математическая модель рабочего процесса дизеля // Тр. ун-та / СПбГМТУ; СПб., 1999.

- С. 302-306.

7. Гаврилов В. В., Щукин П.А., Мащенко В. Ю. Совершенствование комплексной математической модели рабочего процесса дизеля с объемным смесеобразованием // Сб. материалов науч.-техн. конф. 20 сентября 2000 г. / СПбГМТУ; СПб, 2000. - С. 10-11.

8. Гаврилов В. В, Щукин П. А., Мащенко В.Ю. Некоторыеуточне-ния динамической модели процесса топливоподачи // Сб. материалов межвуз. науч.-теоретич. конф. 25-28 апреля 2000 г., - Вып. 2. -СПб.: ВМИИ, 2000. - С. 377-378.

9. Гаврилов В.В. Математическое моделирование предпламен-ных процессов в дизеле с объемным смесеобразованием // Сб. тр. междунар. науч.-техн. конф. 20-23 марта 2002 г. - СПб.: СПбГАУ, 2002. - С. 388-394.

10. Гаврилов В.В. Кинетика процессов воспламенения и горения топлива в дизеле с объемным смесеобразованием // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. науч. тр. VII Междунар. конгресса двигателестроителей, Крым, 12-17 сентября 2002 г. -Харьков: ХАИ, 2002. - Вып. 30. - С. 43-45.

11. Гаврилов В.В. Кинетический анализ химических реакций, протекающих в период задержки воспламенения в дизеле // Тез. докл. IV Междунар. конф. по неравновесным процессам в соплах и струях (ЫРШ-2002), СПб., 24-28 июня 2002 г. - М.: МАИ, 2002. -С. 150-151.

12. Гаврилов В.В. Кинетическая модель предпламенных реакций в дизеле с объемным смесеобразованием // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. - 2003. - № 1. - С. 21-28.

13. Гаврилов В.В. Моделирование процессов тепломассообмена в рабочем цилиндре в целях улучшения эксплуатационных свойств судового дизеля // Вестник МГТУ. - Мурманск, 2003. - Т. 6.

- № 1 . - С. 32-44.

14. Гаврилов В.В. Повышение качества смесеобразования и сгорания в дизеле посредством математического и физического моделирования локальных внутрицилиндровых процессов // Двига-телестроение. - 2003. - № 2, прилож. 1. - С. 15.

15. Гаврилов В.В. Модель локального тепломассообмена при испарении топлива в дизеле // Научно-технические ведомости. -2003. - № 2(32). - С. 126-130.

16. Гаврилов В.В. Методы и средства повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле // Двигателестроение. -2003.-№3.-С. 27-31.

17..Гаврилов В.В. Обеспечение высоких технико-экономических и экологических показателей судового дизеля путем моделирования внутрицилиндровых процессов // Безопасность водного транспорта: Тр. междунар. науч.-практ. конф. 10-13 сентября 2003 г. -Т. 3. - СПб.: СПбГУВК.- 2003. - С. 50-53.

18. Гаврилов В.В. Моделирование процесса распада топливной струи в дизеле // Известия ТПУ. - Томск, 2003. - Т. 306. - № 4 . -С. 69-72.

19. Гаврилов В.В. Моделирование движения топливной струи и ее взаимодействия со стенками камеры сгорания дизеля // Научно-технические ведомости. - 2003. - № 4(34). - С. 57-63.

20. Гаврилов В.В. Математическая модель тепломассообмена при испарении топлива в дизеле // Известия ТПУ. - Томск, 2003. -Т. 306.-№5.-С. 57-61.

21. Гаврилов В.В. Повышение качества смесеобразования и сгорания в дизеле посредством математического и физического моделирования // Известия вузов. Сер. Машиностроение. - 2003. -№ 6. - С. 33-42.

22. Гаврилов В.В. Физическое моделирование развития топливной струи - основа повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле // Известия ТПУ. - Томск, 2003. - Т. 306. - № 6. -С. 77-81.

23. Гаврилов В.В. Модель и методика расчета процесса распада топливной струи в дизеле // Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков, 2003. - Вып. 6(41). - С. 5-8.

24. Гаврилов В.В. Математическое моделирование горения топлива и образования окиси азота в дизеле // Известия вузов. Машиностроение. - 2003. - № 7. - С. 35-40.

25. Гаврилов В.В. Экспериментальные исследования л окал ь-ных процессов - основа методов улучшения показателей дизеля // Тяжелое машиностроение - 2003. - № 11. - С. 18-20.

26. Гаврилов В.В. Математическое моделирование процессов горения и образования окиси азота в дизеле // Сб. тр. междунар.

науч.-техн. конф. 20-22 марта 2003 г. - СПб.: СПбГАУ, 2003. -С. 211-218.

27. ГавриловВ.В. Обеспечение высокого качества смесеобразования и сгорания топлива в судовом дизеле // Материалы межвуз. науч.-метод. конф. 21-25 апреля 2003 г., часть 1. - СПб.: ВМИИ. -2003.-С. 85-89.

28. Гаврилов В.В. Моделирование локальных процессов воспламенения и горения топлива в судовом дизеле с объемным смесеобразованием // Материалы межвуз. науч.-метод. конф. 21-25 апреля 2003 г., часть 1. - СПб.: ВМИИ. - 2003. - С. 75-80.

29. Гаврилов В.В. Математическое моделирование распада топливной струи в дизеле // Тез. докл. XII Междунар. науч.-техн. конф. по вычислительной механике и современным прикладным программным системам. - Владимир, 30 июня - 5 июля 2003 г. - М.: МАИ.-2003-С. 178-179.

30. ГавриловВ.В. Математическая модель и программа расчета движения топливной струи в условиях камеры сгорания дизеля // Тез. докл. XII Междунар. науч.-техн. конф. по вычислительной механике и современным прикладным программным системам. - Владимир, 30 июня - 5 июля 2003 г. - М.: МАИ. - 2003. - С. 176-177.

31 .ГавриловВ.В., ЩукинП.А., Мащенко В.Ю. Математическое моделирование локальных процессов смесеобразования и сгорания в среднеоборотном дизеле // Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей: Сб. тр. междунар-. науч.-техн. конф. 20-22 марта 2003 г. - СПб.: СПбГАУ. - 2003. -С.210.

32. Гаврилов В.В., Щукин П. А, Мащенко В.Ю. Программа расчета топливоподачи, смесеобразования и сгорания в дизеле // Сб. тр. междунар. науч.-техн. конф. 20-22 марта 2003 г. - СПб.: СПбГАУ. - 2003. - С. 218-222.

33. Гаврилов В.В. Кинетика локальных процессов воспламенения и горения топлива в судовом дизеле // Материалы региональной науч.-техн. конф. с междунар. участием. - Т. 2 / СПбГМТУ; СПб., 2003.-С. 101-106.

Подписано в печать 18.05.2004. Тир. 150. 3ак.2634.2,1 печ.листа ИЦ СПбГМТУ, ул.Лоцманская, 10

№1 2 4 9 3

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА И ИЗВЕСТНЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ В ДИЗЕЛЕ.

1.1. Принципы организации и показатели качества смесеобразования и сгорания.

1.2. Модели процесса распада топливной струи.

1.2.1. Роль процесса распада топливной струи и разнообразие представлений о нем.

1.2.2. Распад струи как результат развития поверхностных колебаний.

1.2.3. Распад струи как результат кавитации в сопловом канале.

1.2.4. Распад струи как результат развития турбулентности потока.

1.2.5. Общая оценка моделей распада топливной струи.

1.3. Модели структуры и движения топливной струи.

1.3.1. Классификация моделей топливной струи.

1.3.2. Топливная струя - совокупность взаимодействующих капель («зонные» модели).

1.3.3. Топливная струя - совокупность порций капель, обменивающихся количеством движения с газом.

1.3.4. Топливная струя - часть свободной стационарной затопленной турбулентной струи.

1.3.5. Топливная струя - нестационарная двухфазная турбулентная струя.

1.3.6. Общая оценка известных моделей структуры и движения топливной струи.

1.4. Модели испарения и горения топлива.

1.4.1. Классификация моделей испарения и горения.

1.4.2. Модели, интегрально описывающие рабочее тело без учета характеристики топливоподачи.

1.4.3. Модели, интегрально описывающие рабочее тело с учетом характеристики топливоподачи.

1.4.4. Модели, описывающие структуру рабочего тела.

1.4.5. Общая оценка известных моделей испарения и горения топлива в дизеле

1.5. Формулирование проблемы, постановка цели и задач работы.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ.

2.1. Принципы моделирования смесеобразования и сгорания.

2.2. Процесс распада топливной струи.

2.2.1. Физическая картина распада струи.

2.2.2. Допущения, принятые при моделировании распада струи.

2.2.3. Методика расчета распада струи.

2.3. Структура и динамика движения топливной струи.

2.3.1. Вербальная модель топливной струи.

2.3.2. Требования к математической модели топливной струи.

2.3.3. Допущения, принятые при математическом моделировании движения струи. ПО

2.3.4. Математическая модель движения свободной струи.

2.3.5. Математическая модель взаимодействия струи со стенками камеры сгорания.

2.4. Локальные процессы испарения топлива и воспламенения горючей смеси.

2.4.1. Задачи моделирования испарения и воспламенения.

2.4.2. Математическая модель испарения топлива.

2.4.3. Учет теплового и цепного ускорений предпламенных реакций при расчете воспламенения.

2.4.4. Учет локальных концентраций реагентов при расчете воспламенения.

2.5. Локальные процессы горения топлива и образования окиси азота

2.5.1. Требования к математической модели горения в дизеле.

2.5.2. Анализ физико-химических основ расчета горения.

2.5.3. Разработка кинетической модели горения топлива.

2.5.4. Моделирование процесса образования окиси азота.

2.6. Выводы по разделу.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ.

3.1. Метод исследования распределения массы топлива и скорости его движения по длине струи.

3.2. Метод исследования распределения скорости движения газовой фазы по длине топливной струи.

3.3. Методы исследования распределения параметров свободной топливной струи в ее поперечном сечении.

3.4. Методы исследования характеристик топливной струи при взаимодействии со стенками камеры сгорания и потоками заряда цилиндра.

3.5. Метод анализа рабочего процесса дизеля по индикаторным диаграммам.

3.6. Выводы по разделу.

4. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТОПЛИВОПОДАЧИ, СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ.

4.1. Распределение масс и скоростей движения компонентов топливной струи по ее длине.

4.2. Распределение параметров топливной струи в ее поперечном сечении.

4.3. Распределение масс и скоростей движения в пристенной струе.

4.4. Процессы топливоподачи, смесеобразования и сгорания в условиях реального двигателя.

4.5. Выводы по разделу.

5. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ В СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЯХ.

5.1. Система критериев качества смесеобразования и сгорания в дизеле, методы повышения качества.

5.2. Программа расчета процессов топливоподачи, смесеобразования и сгорания.

5.3.Результаты расчетно-экспериментального согласования конструктивных и регулировочных параметров дизеля.

5.3.1. Расчетно-экспериментальный выбор параметров топливной аппаратуры и камеры сгорания для дизеля типа ЧН 30/

5.3.2. Расчетный выбор параметров камеры сгорания для дизеля типа ЧН 30/

5.3.3. Расчетно-экспериментальный выбор параметров топливной аппаратуры и камеры сгорания для дизеля типа ЧН 26/

5.4. Выводы по разделу. Рекомендации к выбору параметров топливной аппаратуры и камеры сгорания дизеля.

На заседании Правительства Российской Федерации, состоявшемся 10 июня 2003 г., рассмотрен вопрос "О комплексе мер по развитию машиностроения". Из материалов заседания следует необходимость решения актуальной хозяйственной проблемы повышения технического уровня и конкурентоспособности машиностроительной продукции, обеспечения ее соответствия отечественным и международным стандартам. Ряд заводов отрасли двигателестроения, в том числе заводы, производящие судовые среднеоборотные дизели, сосредоточили свои усилия на разработке новых и модификации выпускающихся двигателей, которые будут отвечать современным, непрерывно возрастающим требованиям к их технико-экономическим и экологическим показателям.

Одним из важнейших путей решения указанной проблемы является повышение качества смесеобразования и сгорания в дизеле. Это обстоятельство обусловило выбор темы диссертации.

Для повышение качества смесеобразования и сгорания на практике в основном применяют метод трудоемкой и дорогостоящей доводки рабочего процесса на испытательном стенде завода, в ходе которой варьируют те или иные параметры топливной аппаратуры (ТА) и камеры сгорания (КС). Решения зачастую принимают по интуиции, методом проб и ошибок, без достаточно ясного понимания сущности происходящих в дизеле процессов, базирующегося на устаревших знаниях, без "локального" рассмотрения процессов, без ориентиров в виде некоторых критериев их качества и без предварительной количественной оценки. При этом не всегда достигают наилучшего результата согласования параметров дизеля.

Разработка действенных средств выполнения указанной важной работы возможна на основе решения научной проблемы, которой посвящено данное исследование. Проблема состоит в получении новых научных знаний о явлении и сущности процессов смесеобразования и сгорания в дизеле, в разработке научно обоснованной математической модели этих процессов, критериев их качества, методов и средств повышения качества, необходимых для решения важной хозяйственной и социальной задачи применения энергосберегающих и экологически чистых технологий в транспортной энергетике.

Из оценки существующего подхода к решению обсуждаемой практической задачи и формулировки научной проблемы следует, что объектом исследования должны быть локальные процессы объемного смесеобразования и сгорания топлива в судовых среднеоборотных дизелях. В качестве предмета исследования принята организация целенаправленного воздействия на локальные процессы смесеобразования и сгорания при проектировании и эксплуатации дизелей.

В рамках обозначенной научной проблемы с учетом предмета и объекта исследования определена следующая цель диссертационной работы: развитие теоретических основ математического и физического моделирования смесеобразования и сгорания в судовом дизеле, разработка методов использования моделирования при согласовании параметров топливной аппаратуры, камеры сгорания и заряда цилиндра, которое обеспечивает повышение топливной экономичности, надежности и экологических показателей дизеля.

Известно, что в изучаемом комплексе процессов ключевая роль принадлежит смесеобразованию, определяющему показатели сгорания топлива и, в конечном счете, показатели работы дизеля. Из опыта следует, что проблема организации рационального смесеобразования начинается с отсутствия общепризнанного критерия его качества. Исследователями предложены весьма разнообразные критерии, которые носят частный характер. Каждый из них бесспорно отражает некоторые существенные свойства смесеобразования. Это способствует адекватному представлению о процессе и частично может решить проблему его рациональной организации. Однако встает вопрос, какой из критериев выбрать? Необходимость выбора побуждает выдвинуть гипотезу о возможности формирования и использования системы критериев качества смесеобразования. Ожидается, что такая система критериев поможет повысить эффективность работ по организации процесса.

Для достижения поставленной цели диссертационной работы с учетом результатов анализа использующихся на практике показателей качества и известных моделей процессов смесеобразования и сгорания поставлены следующие основные задачи:

1. Уточнить теоретические основы математического моделирования и разработать математические модели локальных процессов смесеобразования и сгорания в дизеле;

2. Разработать методы и средства физического моделирования локальных процессов смесеобразования;

3. Проверить адекватность математических моделей и исследовать с их помощью процессы топливоподачи, смесеобразования и сгорания;

4. Разработать методы и средства повышения качества смесеобразования и сгорания в судовых дизелях, предложив систему критериев качества;

5. Разработать практические рекомендации по повышению качества смесеобразования и сгорания в судовых среднеоборотных дизелях.

В качестве методологической базы исследования трудно выделить какую-либо одну работу. В той или иной степени использованы концепции и отдельные решения Р.З. Кавтарадзе, Т. Камимото, О.Н. Лебедева, Б.П. Пугачева, А.С. Пунды, Н.Ф. Разлейцева, Ю.Б. Свиридова и других авторов.

Применен системный подход, в соответствии с которым процессы смесеобразования и сгорания представлены как система. Важным аспектом работы является анализ связей элементов системы.

Ввиду разнообразия моделируемых процессов в исследовании применен комплексный подход к изучению явлений, который предусматривает использование в рамках решения одной задачи средств, предоставляемых различными дисциплинами и научными направлениями.

В работе применен широкий набор общих методов научного познания: методы теоретического и эмпирического исследования, методы, используемые как на теоретическом, так и на эмпирическом уровне (абстрагирование, анализ, синтез, моделирование). Использованы также специальные методы.

На защиту выносятся:

- математические модели процессов смесеобразования и сгорания в дизеле, отличающиеся локальностью описания процессов и содержащие ряд новых теоретических решений;

- комплекс методов и средств физического моделирования локальных процессов смесеобразования в дизеле;

- новые научные факты, относящиеся к локальным процессам смесеобразования, позволяющие уточнить представления о внутрицилиндровых процессах в дизеле и идентифицировать параметры математических моделей;

- методы повышения качества смесеобразования и сгорания в судовом дизеле, основанные на использовании сочетания средств физического и математического моделирования локальных внутрицилиндровых процессов и иерархической системы критериев качества смесеобразования;

- результаты повышения качества смесеобразования и сгорания в различных модификациях судовых дизелей типов ЧН 30/38 и ЧН 26/26 за счет согласования параметров ТА и КС, практические рекомендации к согласованию параметров дизелей.

Научная новизна работы заключается в решении сформулированной выше научной проблемы. В рамках этого решения получены новые научные результаты: а) Разработана система содержащих новые теоретические решения математических моделей распыливания топлива, движения топливной струи, ее взаимодействия со стенками КС, испарения топлива, предпламенных процессов и процессов горения в дизеле. Основными отличительными свойствами моделей являются локальность описания процессов, подтвержденность адекватности моделирования обширными экспериментальными исследованиями и приемлемый уровень сложности, обеспечивающий требуемое быстродействие программы расчета при решении инженерных задач; б) При разработке математических моделей впервые теоретически обоснованы взаимодействие "турбулентного" и "кавитационного" механизмов распада топливной струи, обоснован характер изменения линейной массы и скорости движения жидкого топлива по длине импульсной струи дизельной форсунки. Для расчета взаимодействия топливной струи со стенками КС дизеля предложено использовать метод конформных отображений.

Впервые в расчете самовоспламенения топливовоздушной смеси в дизеле наряду с тепловым ускорением учтено цепное ускорение предпламенных реакций. При этом также впервые учтена концентрационная неоднородность смеси.

Предложена кинетическая модель двухстадийного горения топлива с образованием основных промежуточных и конечных продуктов. Предварительная оценка констант кинетических уравнений модели горения осуществлена с использованием уточненного автором выражения связи между энергией активации и тепловым эффектом химических реакций (уточненного правила Поляни-Семенова); в) Теоретически обоснован и разработан комплекс новых методов физического моделирования смесеобразования. В состав комплекса входят методы экспериментального исследования: 1) распределения массы распыленного топлива по длине импульсной струи; 2) изменения скоростей движения капельного топлива и спутного потока газа по длине импульсной струи; 3) распределения локальных расходов топлива в поперечном сечении струи; 4) распределения локальных скоростей газовой фазы топливной струи в ее поперечном сечении; 5) распределения массы и скорости движения топлива в пристенной струе; 6) влияния радиальных потоков в камере сгорания на развитие топливной струи; г) Путем использования перечисленных методов впервые получены экспериментальные характеристики изменения линейной массы топлива по длине импульсной струи в любой момент ее развития. Получены новые уточненные данные об изменении скоростей движения топлива и спутного потока газа по длине импульсной струи, а также о распределении массы топлива в пристенном слое в процессе взаимодействия топливной струи со стенкой КС. Уточнены профили расхода топлива и скорости движения спутного потока газа в поперечном сечении стационарной топливной струи.

В указанных экспериментальных исследованиях установлены новые научные факты:

- обнаружено, что в процессе развития топливной струи вопреки известной "зонно-трассовой" модели не происходит необратимого накапливания массы топлива в зоне фронта струи;

- выявлены и описаны количественно существенно различающиеся по характеристикам два участка движения жидкого топлива в струе -начальный и основной. На начальном участке, занимающем значительную часть пространства КС, разность скоростей жидкого топлива и спутного потока газа столь велика, что широко распространенное допущение об их равенстве, принимаемое при математическом моделировании, не может быть оправдано;

- выяснено, что характеристики распыливания топлива форсункой оказывают существенное влияние на профиль скорости спутного потока газа в поперечном сечении струи;

- установлено, что распределение массы топлива по различным направлениям от точки встречи струи со стенкой КС зависит в основном от угла между осью соплового отверстия и поверхностью стенки. Влиянием других факторов можно пренебречь.

С учетом установленных научных фактов уточнены представления о процессах смесеобразования и сгорания в дизеле. д) На основании обнаруженного в экспериментах совпадения графиков перемещения фронта пламени и соответствующей элементарной порции топлива в струе сделан вывод о том, что распространение пламени в условиях дизеля происходит преимущественно за счет движения горючей смеси, сопровождаемого конвективным тепломассообменом между ее компонентами, т.е. происходит при определяющей роли диффузионного механизма распространения пламени; е) Объяснены причины противоречивого влияния характеристики впрыскивания топлива и параметров КС на топливную экономичность дизеля и эмиссию наиболее токсичного компонента продуктов сгорания - окислов азота NOx. Предложен принцип поиска компромиссных решений, в соответствии с которым следует добиваться, с одной стороны, своевременного использования воздуха между топливными струями и на периферии КС для эффективного сгорания топлива, с другой стороны, уменьшения неравномерности распределения топливовоздушной смеси по объему КС (особенно в период действия высоких температур в цилиндре) для снижения скорости образования окиси азота. ж) Для повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле предложена совокупность методов математического и физического моделирования топливоподачи и элементарных внутрицилиндровых процессов, промежуточных и завершающих стадий протекания комплекса этих процессов. Предложено использовать иерархическую систему критериев качества смесеобразования, состоящую из генерального критерия - удельного индикаторного расхода топлива в дизеле и ряда частных критериев, непосредственно характеризующих смесеобразование и применяющихся в определенной последовательности.

Практическую ценность представляет собой разработанный комплекс методов повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле за счет согласования конструктивных и регулировочных параметров ТА, КС и заряда цилиндра. Использование этих методов позволяет решить задачу обеспечения максимальной топливной экономичности дизеля при ограничении его тепломеханической напряженности и токсичности отработавших газов. При этом достигается существенное сокращение стоимости и сроков доводки рабочего процесса дизеля. Определены общие принципы согласования указанных параметров дизеля, а также даны конкретные рекомендации к согласованию параметров применительно к различным модификациям судовых дизелей ЧН 30/38 и ЧН 26/26.

Ряд научно обоснованных решений защищены четырьмя авторскими свидетельствами. В приложениях к тексту диссертации помещены копии актов об использовании результатов диссертации в промышленности, научных институтах и высших учебных заведениях.

5.4. Выводы по разделу. Рекомендации к выбору параметров топливной аппаратуры и камеры сгорания дизеля

1. Целью повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле в большинстве случаев является обеспечение максимально возможной его топливной экономичности при ограничении тепловой и механической напряженности деталей и токсичности отработавших газов. Указанная цель достигается путем согласования конструктивных и регулировочных параметров топливной аппаратуры (ТА), камеры сгорания (КС) и заряда цилиндра.

2. Исследование показало, что наилучшее сочетание параметров ТА и КС определяется уровнем форсировки рабочего процесса дизеля, режимом его работы и техническим состоянием. Поэтому для каждой модификации дизеля и характерного режима его работы целесообразно выполнить отдельное согласование указанных параметров. Сочетание параметров может быть изменено в ходе эксплуатации в случае существенных изменений спектра рабочих режимов и технического состояния.

3. Для выполнения согласования параметров ТА, КС и заряда цилиндра дизеля в данной работе предложены следующие методы: а) метод физического моделирования процессов топливоподачи и смесеобразования; б) метод многофакторного вычислительного эксперимента с использованием предложенной или какой-либо иной математической модели внутрицилиндровых процессов; в) метод математической оптимизации сочетания параметров дизеля. Целесообразно использовать комбинации этих методов.

В любом случае применение указанных методов должно быть дополнено натурными испытаниями дизеля с целью проверки рекомендаций, полученных на основе физического и математического моделирования.

4. При физическом моделировании смесеобразования наряду с известными методами рекомендуется использовать методы и средства, предложенные в данной работе: а) метод исследования распределения массы распыленного топлива по длине импульсной струи; б) метод определения изменения скоростей движения капельного топлива и спутного потока газа по длине импульсной струи; в) метод исследования распределения локальных расходов топлива в поперечном сечении струи; г) метод исследования распределения локальных скоростей газовой фазы топливной струи в ее поперечном сечении; д) метод исследования распределения массы и скорости движения топлива в пристенной струе; е) метод исследования влияния радиальных потоков в камере сгорания на развитие топливной струи.

При необходимости указанные методы по примеру данной работы можно дополнить высокоскоростной киносъемкой, лазерной доплеровской анемометрией, лазерной тенеграфией, иконикой, аэродинамическими и тензометрическими измерениями и др.

Все перечисленные методы используются как для идентификации параметров математических моделей топливоподачи и внурицилиндровых процессов, так и для непосредственного согласования конструктивных и регулировочных параметров дизеля.

5. В целях уменьшения числа рассчитываемых и испытываемых вариантов сочетаний параметров ТА и КС дизеля, а также сокращения областей допустимых значений варьируемых параметров, что обеспечивает уменьшение трудоемкости и улучшение результата согласования параметров, рекомендуется использовать предложенную иерархическую систему критериев качества смесеобразования. Система состоит из генерального критерия качества, которым в большинстве случаев является удельный индикаторный расход топлива (или обратная величина - индикаторный КПД дизеля), и ряда частных критериев. Состав частных критериев может быть различным. В ходе решения задачи согласования параметров частные критерии используются в порядке убывания степени их влияния на значение генерального критерия. В качестве примера можно предложить следующую последовательность частных критериев: отношение дальнобойности струи в конце периода задержки самовоспламенения к расстоянию между соплом и стенкой КС (известный критерий); отношение координаты центра масс топлива в струе в некоторый момент времени ее развития к радиальной координате центра масс воздуха в секторе КС, приходящемся на одну струю; массовые доли топлива, содержащегося в зоне смешения соседних струй и достигшего втулки цилиндра; известный критерий смешения, характеризующий кинетическую энергию вращательного движения заряда цилиндра.

6. В число основных факторов, влияние которых на степень согласованности параметров дизеля следует воспроизвести при физическом и математическом моделировании процессов, входят:

- диаметр и число сопловых отверстий форсунки;

- расстояние между соплом и стенкой КС, измеренное по оси соплового отверстия при положении поршня в ВМТ;

- угол между осью соплового отверстия и плоскостью крышки цилиндра;

- интенсивность топливоподачи (которая, в частности, может характеризоваться средним расходом топлива через форсунку);

- угол начала подачи топлива относительно ВМТ поршня;

- диаметр горловины КС (углубления в поршне);

- угол наклона стенки КС в области встречи с ней топливной струи;

- давление и температура заряда цилиндра в некоторой характерной фазе рабочего цикла;

- вихревое число заряда.

В случае применения метода математической оптимизации геометрию КС следует описать не указанными линейными и угловыми величинами, а с помощью предложенных двух параметров функции конформного преобразования профиля камеры.

7. Некоторые из перечисленных основных факторов могут быть рассмотрены в виде совокупности ряда дополнительных факторов. Например, в некоторых случаях вместо среднего расхода топлива через форсунку целесообразно рассмотреть тот или иной набор из следующих величин:

- среднее и максимальное давления впрыскивания;

- отношение указанных давлений;

- давление впрыскивания в некоторый характерный момент времени топливоподачи;

- средние скорости изменения давления в начале и в конце впрыскивания ("крутизна" фронтов импульса давления) и др.

Перечисленные величины, представляющие собой показатели процесса топливоподачи, зависят от ряда конструктивных и регулировочных параметров ТА. Так в данной работе при решении одной из задач (см. 5.3) варьировались:

- профиль кулака привода насос-форсунки и положение рабочего участка профиля,

- диаметр плунжера;

- диаметр наполнительно-отсечных отверстий во втулке плунжера;

- число поворотов канала высокого давления;

- сила затяжки форсуночной пружины;

- дифференциальная площадка иглы форсунки;

- эффективное суммарное проходное сечение сопловых отверстий.

8. Ввиду чрезвычайной сложности дизельного рабочего процесса и обилия факторов, влияющих не его показатели, решить задачу выбора рационального сочетания перечисленных выше конструктивных и регулировочных параметров дизеля (и тем более, оптимального их сочетания) в рамках какой-либо одной формализованной процедуры в настоящее время невозможно. Поэтому приходится решать задачу этапами. Содержание этапов может быть различным. При выполнении этой работы возможно применение комбинации указанных выше методов. Соответствующие примеры использования методов физического моделирования топливоподачи и смесеобразования в сочетании с методами многофакторного вычислительного эксперимента применительно к дизелям типов ДН 23/30, ЧН 30/38 и ЧН 26/26 приведены в данной работе.

9. Исследования подтвердили известный вывод о том, что определяющее влияние на уменьшение индикаторного расхода топлива оказывает сокращение продолжительности топливоподачи в сочетании с ростом среднего давления впрыскивания топлива и с увеличением отношения среднего давления к максимальному. Однако в данной работе выяснено, что степень и даже "знак" влияния того или иного фактора, например, диаметра плунжера ТНВД и связанного с ним давления впрыскивания топлива зависит от степени согласованности характеристик топливных струй с формой и размерами КС.

10. Известно, что решения по организации индикаторного процесса в дизеле, направленные на улучшение топливной экономичности, как правило, влекут за собой рост эмиссии наиболее токсичного компонента продуктов сгорания - окислов азота NOx. При поиске компромиссных решений важно понимать механизм влияния варьируемых факторов на указанные показатели дизеля. Например, в данной работе при введении в дизель опытной КС, которой свойственны увеличенное (по сравнению со штатной КС) расстояние между соплом и стенкой, а также уменьшенный угол между осью соплового отверстия и стенкой в точке встречи с ней струи форсунки топливная экономичность дизеля улучшилась, а эмиссия NOx возросла. Оказалось, что при опытной КС, несмотря на более "вялое" горение в начале (ввиду "недоразвитости" пристенных слоев смеси, и по этой причине недостаточного объема смеси, охватываемой пламенем на ранних стадиях горения), последующее горение в основной фазе ускоряется из-за уменьшения доли топлива, достигающего крышки цилиндра, а также более полного и своевременного использования воздуха на периферии КС в надпоршневом зазоре. Возрастание удельного выброса окислов азота ^NOx вызвано тем, что ввиду более позднего вступления в процесс смесеобразования стенки удлинен период компактного размещения смеси в объеме КС. Поэтому имеет место более высокий уровень локальных температур в зонах горения и, как следствие, повышенные скорости образования окиси азота.

11. Одной из действенных мер снижения уровня эмиссии NOx, как известно, является применение двухфазного впрыскивания топлива. Важно объяснить это решение. Подача и сжигание предварительной дозы топлива позволяют несколько позднее, чем при обычной однофазной подаче, осуществить впрыскивание основной дозы топлива. Более поздняя подача, несмотря на отрицательное влияние на топливную экономичность дизеля, дает возможность вести горение при более интенсивном расширении заряда цилиндра, что сдерживает темп роста и уровень температуры заряда, следовательно, снижает скорость образования N0. Впрыскивание основной дозы топлива в среду, подготовленную сгоранием предварительной дозы, способствует быстрому сжиганию основной дозы, что в некоторой мере компенсирует потерю топливной экономичности от поздней подачи топлива.

12. Выполненное в данной работе исследование показало, что уровень эмиссии NOx может снизиться при ускорении образования развитых пристенных слоев топливовоздушной смеси, т.е. при ускорении рассредоточения топливовоздушной смеси в объеме КС. Это позволит снизить уровень локальных температур в зонах горения и, следовательно, уменьшить скорость образования N0. Указанного эффекта можно достигнуть, например, увеличением угла между осью соплового отверстия и стенкой КС в точке встречи с ней топливной струи.

13. Возможно применение так называемого трехфазного впрыскивания топлива, предложенного Коломенским заводом в качестве средства снижения эмиссии NOx. Следует дать объяснение сущности влияния этого способа топливоподачи на эмиссию. Подача дополнительной третьей порции топлива в период развитого горения основной порции сдерживает образование С02 из СО и Н20 из Н2 за счет ингибирования этих реакций вновь поступившими углеводородами. В результате задержки указанных реакций "высокотемпературная" фаза горения в большей мере сдвигается на линию расширения заряда цилиндра, то есть в большей мере происходит в процессе уменьшения температуры заряда, и поэтому уровень скорости образования N0 снижается.

14. Согласование параметров ТА, КС и заряда цилиндра осуществляется при условии ограничений тепловой и механической напряженности деталей дизеля.

Выбирая размеры кулачкового привода ТНВД дизеля, необходимо иметь в виду, что для каждого значения радиуса начальной окружности кулака существует некоторый радиус ролика толкателя, при котором обеспечивается минимум контактных напряжений. Как оказалось, оптимальное отношение этих радиусов зависит от вида графика хода ролика, т.е. от локальных радиусов кривизны рабочего участка профиля кулака.

При выборе формы КС следует контролировать уровни термических и механических напряжений в поршне, а также уровень потерь теплоты из рабочего цикла через днище поршня.

15. Привлекая к решению задачи согласования параметров ТА, КС и заряда цилиндра математическую модель рабочего процесса дизеля, следует иметь в виду ограниченность возможностей любых, даже самых сложных моделей. Например, в данной работе обнаружено существенное влияние профиля соплового отверстия на топливную экономичность дизеля: использование отверстия конфузорно-диффузорной формы позволило улучшить характеристики тепловыделения. Однако отразить указанное влияние на рабочий процесс в предложенной модели не удается. Для решения этой проблемы необходимо повторить описанное в работе физическое моделирование элементарных внутрицилиндровых процессов при варьировании профиля соплового отверстия и на этой основе уточнить математическую модель рабочего процесса введением параметров указанного профиля. Аналогичные соображения можно высказать в отношении учета сорта топлива и других факторов.

16. Разумеется, описанными и исследованными решениями не исчерпывается арсенал возможных средств повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле. Однако можно сформулировать общий принцип достижения этой цели путем согласования параметров ТА, КС и заряда цилиндра за счет исследованных решений (улучшение характеристики впрыскивания топлива, многофазное впрыскивание, отдаление стенки КС, организация взаимодействия струи со стенками КС и др.): необходимо добиваться а) своевременного использования воздуха между топливными струями и на периферии КС для эффективного сгорания топлива, б) уменьшения неравномерности распределения топливовоздушной смеси по объему КС (особенно в период действия высоких температур в цилиндре) для снижения скорости образования окиси азота.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Технико-экономические и экологические показатели современного дизеля существенно зависят от совершенства протекающих в них процессов смесеобразования и сгорания топлива. Необходимое качество этих процессов обеспечивают согласованием конструктивных и регулировочных параметров топливной аппаратуры (ТА), камеры сгорания (КС) и заряда цилиндра, которое на практике выполняют преимущественно путем трудоемкой, дорогостоящей экспериментальной доводки рабочего процесса дизеля на испытательном стенде завода. Главным фактором, сдерживающим повышение качества указанных процессов, является отсутствие необходимых научно обоснованных методов и средств выполнения этой работы. Диссертация посвящена решению научной проблемы, имеющей важное хозяйственное и социальное значение -получению новых знаний о процессах смесеобразования и сгорания топлива в судовом дизеле, разработке на этой основе методов повышения их качества, позволяющих улучшить технико-экономические и экологические показатели дизелей.

2. Известные математические модели внутрицилиндровых процессов в большинстве случаев не обладают необходимой степенью универсальности, не содержат описания локальных параметров рабочего тела, плохо приспособлены к решению задачи согласования параметров ТА, КС и заряда цилиндра, зачастую противоречивы. Автором диссертации разработана система математических моделей для описания локальных процессов смесеобразования и сгорания в дизеле, содержащая ряд новых теоретических решений. Система состоит из оригинальных моделей распыливания топлива, движения топливной струи, ее взаимодействия со стенками камеры сгорания, испарения топлива, предпламенных процессов, процессов горения и включает в себя варианты известных моделей образования окиси азота. Отличительными свойствами моделей являются локальность описания процессов, подтвержденность их адекватности при помощи разнообразных экспериментов и приемлемый уровень сложности, обеспечивающий требуемое быстродействие программы расчета при решении инженерных задач.

3. При разработке математических моделей впервые теоретически обоснованы взаимодействие "турбулентного" и "кавитационного" механизмов распада топливной струи, характер изменения линейной массы топлива по длине импульсной струи дизельной форсунки. По-новому обоснован характер изменения скоростей осредненного движения частиц топлива и спутного потока газа по длине струи. Для математического моделирования взаимодействия топливной струи со стенкой КС дизеля предложено применить метод конформных отображений.

Впервые в расчете самовоспламенения топливовоздушной смеси в дизеле наряду с тепловым ускорением учтено цепное ускорение предпламенных реакций, предложено выражение фактора цепного ускорения. Получена зависимость локальной относительной скорости предпламенных реакций от локальных концентраций компонентов смеси. Это обеспечило возможность расчетного определения момента времени образования и положения в пространстве очага воспламенения.

Разработана оригинальная кинетическая модель двухстадийного горения топлива с образованием основных промежуточных и конечных продуктов горения. Стадии существенно различаются уровнями температур продуктов. Учет этих различий позволяет точнее, чем по модели суммарной скорости горения, рассчитывать процессы в камере сгорания, в частности, процесс образования окиси азота.

Оценка констант кинетических уравнений модели горения осуществлена с использованием уточненного автором выражения связи между энергией активации и тепловым эффектом химических реакций (правила Поляни-Семенова).

4. Для уточнения физической сущности внутрицилиндровых процессов, подтверждения адекватности их математического моделирования, а также для непосредственного использования при согласовании параметров дизеля теоретически обоснован и разработан комплекс новых методов физического моделирования смесеобразования. В их состав входят методы экспериментального исследования: а) распределения массы распыленного топлива по длине импульсной струи; б) изменения скоростей движения капельного топлива и спутного потока газа по длине импульсной струи; в) распределения локальных расходов топлива в поперечном сечении струи; г) распределения локальных скоростей газовой фазы топливной струи в ее поперечном сечении; д) распределения массы и скорости движения топлива в пристенной струе; е) влияния радиальных потоков в камере сгорания на развитие топливной струи. Измерительные средства для реализации новых методов защищены четырьмя авторскими свидетельствами. Применен также ряд известных методов.

5. С использованием перечисленных методов впервые получены экспериментальные характеристики изменения линейной массы топлива по длине импульсной струи в любой момент ее развития. Получены новые уточненные данные об изменении скоростей движения топлива и спутного потока газа по длине импульсной струи, а также о распределении массы топлива в пристенном слое в процессе взаимодействия топливной струи со стенкой КС. Уточнены профили расхода жидкого топлива и скорости движения спутного потока газа в поперечном сечении стационарной топливной струи.

6. В указанных экспериментальных исследованиях установлен ряд новых научных фактов: а) Обнаружено, что в процессе развития топливной струи вопреки известной "зонно-трассовой" модели не происходит необратимого накапливания массы топлива в зоне фронта струи; б) Выявлены и описаны количественно существенно различающиеся по характеристикам два участка движения жидкого топлива в струе - начальный и основной. В среднеоборотном дизеле начальный участок по длине может занимать до половины расстояния между соплом и стенкой КС. Установлено, что с увеличением расстояния от сопла форсунки первоначальный разрыв осевых скоростей жидкого топлива и спутного потока газа стремительно сокращается, к основному участку скорости становятся весьма близкими. Однако на начальном участке разность скоростей столь велика, что широко распространенное допущение об их равенстве, принимаемое при математическом моделировании, не может быть оправдано; в) Выяснено, что полидисперсность распыливания топлива форсункой и неодинаковое распределение капель различного размера в струе оказывают заметное влияние на профиль скорости спутного потока газа в поперечном сечении струи; г) Установлено, что распределение массы топлива по различным направлениям от точки встречи струи со стенкой КС зависит в основном от угла между осью соплового отверстия и поверхностью стенки.

На основе перечисленных научных фактов уточнены представления о процессах смесеобразования и сгорания в дизеле, оценен уровень адекватности предложенной математической модели внутрицилиндровых процессов и выполнена идентификация параметров математической модели. При оценке адекватности комплексного моделирования распада топливной струи, ее структуры и движения, а также тепломассообмена в ней наряду с указанными фактами использованы известные экспериментальные данные о поле локальных температур в испаряющейся струе и данные о распределении в ней относительной интенсивности турбулентности.

7. В диссертационной работе предложена иерархическая система критериев качества смесеобразования, состоящая из генерального критерия - удельного индикаторного расхода топлива в дизеле и ряда частных критериев, непосредственно характеризующих смесеобразование и применяющихся в определенной последовательности. В число частных критериев наряду с известными предложено включить оцененное для некоторой фазы рабочего процесса отношение координат центов масс топлива и воздуха в секторе КС, приходящемся на одну топливную струю.

8. Для определения мер по повышению качества смесеобразования и сгорания в дизеле предложено использовать совокупность методов математического и физического моделирования топливоподачи и элементарных внутрицилиндровых процессов, а также промежуточных и завершающих стадий протекания комплекса этих процессов. В различных сочетаниях могут быть применены метод физического моделирования процессов топливоподачи и смесеобразования, метод многофакторного вычислительного эксперимента с использованием математической модели топливоподачи и внутрицилиндровых процессов, метод математической оптимизации исследуемых параметров и метод доводки рабочего процесса дизеля.

В общем случае наилучшее сочетание согласовываемых конструктивных и регулировочных параметров (переменных проектирования) определяется по критерию минимума удельного индикаторного расхода топлива в дизеле. При этом в качестве переменных состояния (ограничительных величин) следует принять показатели рабочего процесса дизеля, отражающие тепловую, механическую напряженность дизеля и токсичность отработавших газов. В целях сокращения области допустимых значений переменных проектирования переменными состояния могут являться частные критерии качества смесеобразования.

9. Результаты физического моделирования процесса движения свободных топливных струй, их взаимодействия со стенками КС и между собой наряду с проверкой адекватности математического моделирования могут быть непосредственно использованы для предварительного выбора рациональных сочетаний параметров ТА и КС. Исследования показали, что характеристики указанного взаимодействия существенно зависят от числа и диаметра сопловых отверстий форсунки, давления и продолжительности впрыскивания топлива, расстояния от сопла до стенки КС, угла между осью соплового отверстия и поверхностью стенки в точке встречи с ней струи, плотности и вихревого числа воздушного заряда. Для описания этих зависимостей получены соответствующие уравнения регрессии. Сопоставив массовые доли топлива, содержащегося в зоне смешения струй и достигшего втулки цилиндра к моменту окончания топливоподачи с таковыми в лучших дизелях соответствующего класса, можно сделать предварительный вывод о степени согласованности параметров ТА, КС и заряда цилиндра дизеля. Например, установлено, что наилучшая согласованность параметров судового дизеля типа ЧН 30/38 (37ДГ и 37ДГ-01) имеет место в том случае, когда в указанный момент массовая доля топлива, содержащегося в зоне смешения струй, составляет 7. .12%, а доля топлива, достигшего втулки, - 3,5.8%.

10. Наряду с указанными выше основными параметрами ТА рекомендуется выбрать дополнительные параметры, определяющие форму расходной характеристики впрыскивания топлива, а также отношение диаметров ролика и начальной окружности кулака привода топливного насоса высокого давления. Показано, что это отношение, оптимизированное по минимуму контактных напряжений в паре "кулак-ролик", зависит, в частности, от вида профиля кулака и расположения на нем рабочего участка.

11. Выполнены расчетное и экспериментальное исследования топливоподачи и внутрицилиндровых процессов в дизеле. Анализ результатов показал, что пространственно-временные характеристики топливовоздушной смеси, определяемые параметрами ТА, КС и заряда цилиндра, в совокупности с продолжительностью периода задержки самовоспламенения в значительной мере определяют показатели работы дизеля.

Обнаруженное в экспериментах совпадение графиков перемещения фронта пламени и соответствующей элементарной порции топлива в струе дает основание считать, что распространение пламени в условиях дизеля происходит преимущественно за счет движения горючей смеси, сопровождаемого конвективным тепломассообменом между ее компонентами, т.е. происходит при определяющей роли диффузионного механизма распространения пламени.

12. Многофакторное расчетно-экспериментальное исследование в условиях реального дизеля показало, что предложенная математическая модель комплекса внурицилиндровых процессов адекватно реагирует на изменения варьируемых факторов, включая конструктивные и регулировочные параметры ТА, КС, а также нагрузки дизеля при его работе по винтовой характеристике. Отклонение расчетных показателей дизеля (среднего индикаторного давления и удельного индикаторного расхода топлива) от экспериментальных находится в пределах 8,3% на режимах частичной нагрузки и 3,1% на номинальном режиме.

13. Подтвержден известный вывод о том, что решения по организации рабочего процесса в дизеле, направленные на улучшение топливной экономичности, как правило, влекут за собой рост эмиссии наиболее токсичного компонента продуктов сгорания - окислов азота NOx.

Применительно к судовым дизелям типов ЧН 30/38, ЧН 26/26 и ДН 23/30 исследованы различные меры по совершенствованию рабочего процесса: улучшение характеристики впрыскивания топлива, многофазное впрыскивание, применение конфузорно-диффузорного профиля соплового отверстия, "отдаление" стенки КС, организация определенного взаимодействия струи со стенками КС и др. При поиске компромиссных решений целесообразно добиваться а) своевременного использования воздуха между топливными струями и на периферии КС для эффективного сгорания топлива, б) уменьшения неравномерности распределения топливовоздушной смеси по объему КС (особенно в период действия высоких температур в цилиндре) для снижения скорости образования окиси азота.

14. В результате выполненной диссертационной работы Коломенскому заводу переданы: а) рекомендации по проектированию комплекса "топливная аппаратура - камера сгорания", в частности, рекомендации о профиле топливного кулака и формам КС судовых дизелей типов ЧН 30/38 и ЧН 26/26; б) программа расчета процессов топливоподачи, смесеобразования и сгорания "КиберДизель", в которой реализованы разработанные автором математическая модель смесеобразования и одна из трех моделей горения в дизеле; в) программа расчета тепловыделения в дизеле по индикаторным диаграммам "Диаграмма+". Коломенский завод подтвердил факт использования результатов диссертации. По данным завода применение предложенных автором опытных кулаков обеспечивает снижение удельного расхода топлива в судовом дизеле 6ЧН 30/38 от 2,5 до 6,5 г/кВт-ч.

К тексту диссертации приложены также акты о внедрении результатов в ЦНИИ технологии судостроения и НПК «Гарант» (программа «Диаграмма+» как элемент программного обеспечения широко использующегося, в частности на некоторых судах, диагностического комплекса «Дизель-Адмирал»); в НТУ «ХПИ» (Харьков; результаты физического моделирования смесеобразования); в КНАГТУ (Комсомольск-на-Амуре; методика расчета и результаты моделирования смесеобразования, результаты исследования рабочего процесса судового дизеля).

15. Выполненное исследование показало, что для решения задачи повышения качества смесеобразования и сгорания в судовом дизеле и сокращения трудоемкости доводки его рабочего процесса необходимо использовать сочетание методов математического и физического моделирования локальных внутрицилиндровых процессов. В ходе решения задачи при любом уровне сложности математической модели ее параметры требуется идентифицировать по данным физического моделирования.

16. Результаты представленной работы могут быть использованы для дизелей с объемным смесеобразованием различных назначений. Развитие работы должно идти по пути подтверждения адекватности наиболее сложного из предложенных вариантов математической модели - модели двухстадийного горения. Для этого предстоит использовать результаты экспериментального исследования локальных процессов горения в дизеле.

Применение разработанных моделей для условий, существенно отличающихся от таковых в выполненном исследовании, например, для условий сжигания в дизеле различных сортов топлива, потребует проведения дополнительных экспериментальных исследований элементарных процессов смесеобразования и сгорания предложенными в данной работе методами.

1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика: Учебное пособие. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1976. - 888 с.

2. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Изд-во физ.-мат. литературы. - 1960. -715 с.

3. Астанский Ю.Л. Совершенствование процесса смесеобразования среднеоборотных дизелей путем форсирования процесса впрыскивания топлива // Двигателестроение, 1990, №3. С. 8-11.

4. Альгибри М.С. Метод расчета и исследования нестационарных объёмных процессов смесеобразования и выгорания топлива в дизелях: Автореф. дис. канд. техн. наук. Л.: ЛПИ, 1983.-20 с.

5. Анализ выполненных исследований процессов смесеобразования и сгорания в форсированных дизелях (книга 1): Отчет (Промежут.) / ЦНИДИ; Руковод. работ М.Я. Завлин. -Инв. № 15-73-913.-Л., 1990.-37 с.

6. Баев В.К., Бузуков А.А., Бажайкин А.Н., Тимошенко Б.П. О кумулятивном механизме развития высоконапорной топливной струи // Двигателестроение. 1981. - № 2. - С. 812.

7. Баранов В.Г., Пугачёв Б.П. Некоторые результаты расчетного исследования объёмно-струйного смесеобразования в неразделенной камере сгорания форсированных дизелей// Двигателестроение. 1979. -№ 10. - С. 10-12.

8. Басевич В.Я., Когарко С.М. О некоторых особенностях горения распыленных топлив// Третье Всесоюзн. совещ. по теории горения. М.: Изд-во АН СССР, 1960. - С. 40-47.

9. Беспалов И.В. Структура зоны горения в турбулентном пограничном слое у проницаемой стенки//Вопросы горения. М.: Наука, 1970. - С. 29-40.

10. Бочков М.В., Ловачев Л.А., Четвертушкин Б.И. Химическая кинетика образования оксидов азота при горении метана в воздухе. М.: Всесоюзн. центр матем. моделир. АН СССР, 1992.-№25.-48 с.

11. Брозе Д.Д. Сгорание в поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1969. - 248 с.

12. Бузник В.М. Теплопередача в судовых энергетических установках. Л.: Судостроение. -1967.-376 с.

13. Бузуков А.А. Влияние эффекта вторичного смесеобразования на пусковые характеристики холодного дизельного двигателя // Физика горения и взрыва. 2002. - Т. 38, №3.-С. 55-66.

14. Бусройд Р. Течение газа со взвешенными частицами. М.: Мир, 1957. - 378 с.

15. Быков В.И. Разработка рационального способа смесеобразования для форсированного двигателя СМД-ЧН 12/14: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Харьков: ХИИТ, 1988. -19 с.

16. Валландер С.В. Лекции по гидроаэромеханике: Учебное пособие. Л.: Изд-во ЛГУ. -1987.-296 с.

17. Ваншейдт. В.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л.: Судостроение, 1977. -392 с.

18. Ваншейдт В.А. Теория судовых двигателей внутреннего сгорания. Л.: Судпромгиз, 1950.-528 с.

19. Вара Прасад, Субир Кар. Исследование влияния противодавления на перенос массы и количества движения при впрыске топлива в камеру сгорания дизеля // Энергетические машины и установки / Пер. с англ., 1978 Т. 100. - № 2. - С. 54-64.

20. Варгафтик Н.Б. Справочник по физическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука. -1972.-720 с.

21. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. М.-Свердловск: Машгиз, 1962. - 271с.

22. Вихревой сепаратор: А.С. 904792 СССР / В.В. Гаврилов, С. А. Скоморовский // Б.И. №6.- 1982.-С. 44.

23. Вебер К. Распад струи жидкости // Сб. монографий по иностранной литературе: Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. С.Н. Васильева. М.: ОНТИ, 1936. - Т.1 -С.25-54.

24. Власов Л.И. Интенсификация процесса сгорания топлива в цилиндре дизеля при высоких средних эффективных давлениях цикла: Автореф. дис. . канд. техн. наук. JI.: ЦНИДИ, 1978.-22 с.

25. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1977.-227 с.

26. Воинов А.Н., Четти В. Джанардана. Анализ воспламенения в дизеле с учётом влияния химико-кинетических и физических факторов// Известия вузов СССР. Машиностроение.- 1970.-№ 4.-С. 77-81.

27. Вырубов Д.Н. О расчетах смесеобразования // Изв. ВУЗов. Машиностроение. 1973. - № З.-С. 86-90.

28. Габитов И.И. Обеспечение надежности топливной аппаратуры дизелей сельскохозяйственного назначения в процессе ее эксплуатации. СПб.: Изд-во СПбГАУ, 2000.-317 с.

29. Гаврилов Б.Г. Смесеобразование в дизелях // Энергомашиностроение. 1976. - № 9. -С.12-14.

30. Гаврилов В.В. Влияние структуры топливной струи и формы камеры сгорания на экономичность судового дизеля // Проблемы повышения эффективности СЭУ: Сборник науч. тр. / ЛКИ, Л., 1985. С. 57-63.

31. Гаврилов В.В., Захаренко Б.А. Экспериментальный метод исследования структуры струи дизельной форсунки //Двигателестроение. 1979. -№ 9. - С. 34-37.

32. Гаврилов В.В. Кинетическая модель предпламенных реакций в дизеле с объемным смесеобразованием // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Машиностроение". 2003. -№ 1. -С. 21 -28.

33. Гаврилов В.В. Кинетический анализ химических реакций, протекающих в период задержки воспламенения в дизеле // Тез. докл. IV международн. конф. по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ-2002), СПб, 24-28 июня 2002 г. М.: МАИ, 2002. -С. 150-151.

34. Гаврилов В.В. Математическая модель тепломассообмена при испарении топлива в дизеле // Известия ТПУ Томск, 2003. - Том 306 - № 5 - С. 57-61.

35. Гаврилов В.В. Методы и средства повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле // Двигателестроение. 2003. - № 3. - С. 27-31.

36. Гаврилов В.В. Моделирование движения топливной струи и ее взаимодействия со стенками камеры сгорания дизеля. // Научно-технические ведомости. СПбГТУ, 2003. -№4(34)-С. 57-63.

37. Гаврилов В.В. Моделирование процесса распада топливной струи в дизеле // Известия ТПУ. Томск, 2003. - Том 306. - № 4. - С. 69-^2.

38. Гаврилов В.В. Математическое моделирование горения топлива и образования окиси азота в дизеле // Известия вузов. Машиностроение. 2003. - № 7. - С. 35-40.

39. Гаврилов В.В. Модель и методика расчета процесса распада топливной струи в дизеле // Авиационно-космическая техника и технология. Харьков, 2003. - Вып. 6(41). - С. 5-8.

40. Гаврилов В.В. Модель локального тепломассообмена при испарении топлива в дизеле // Научно-технические ведомости. СПбГТУ, 2003. -№2(32). - С. 126-130.

41. Гаврилов В.В. Повышение качества смесеобразования и сгорания в дизеле посредством математического и физического моделирования локальных внутрицилиндровых процессов // Двигателестроение. 2003. - № 2, прилож. 1. - С. 15.

42. Гаврилов В.В. Повышение качества смесеобразования и сгорания в дизеле посредством математического и физического моделирования // Известия вузов. Машиностроение. -2003,-№6.-С. 33-42.

43. Гаврилов В.В., Скоморовский С.А. Влияние вихревой кавитации на распыливание топлива в дизелях // Вестник Комсомольского-на-Амуре гос. техн. ун-та. 1995. - Вып. 1, сб. 2.-С. 54-60.

44. Гаврилов В.В., Скоморовский С.А. Измерение локальных расходов топлива в струе дизельной форсунки//Двигателестроение, 1983. -№ 3. С. 52-54.

45. Гаврилов В.В. Структура топливной струи и ее влияние на экономичность среднеоборотного дизеля: Автореф. дис. канд. техн. наук. Л.: ЦНИДИ, 1983. - 20 с.

46. Гаврилов В.В. Структура топливной струи и ее влияние на экономичность среднеоборотного дизеля: Дис. канд. техн. наук: 05.04.02 / ЛКИ. Л., 1983. - 217 с.

47. Гаврилов В.В. Моделирование процессов тепломассообмена в рабочем цилиндре в целях улучшения эксплуатационных свойств судового дизеля // Вестник МГТУ. Мурманск, 2003. -Том. 6.-№ 1.-С. 39-44.

48. Гаврилов В.В. Физическое моделирование развития топливной струи основа повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле // Известия ТПУ - Томск, 2003. - Том 306 - № 6. - С. 77-81.

49. Гаврилов В.В., Щукин П.А. Комплексная математическая модель рабочего процесса дизеля// Тр. ун-та / СПбГМТУ. СПб.: ГМТУ, 1999. - С. 302-306.

50. Гаврилов В.В., Щукин П.А. Математическая модель развития топливной струи в камере сгорания дизеля // В кн. Тез. докл. региональной научно-технической конференции 19-23 мая 1997 г., часть 2. СПб.: ГМТУ, 1998. - С. 70.

51. Гаврилов В.В., Щукин П.А., Мащенко В.Ю. Кинетический расчет предпламенных процессов в дизеле с объемным смесеобразованием // В кн. Тез. докл. науч.-техн. конф. 27 февраля 2002 г. СПб.: ГМА им. адм. С.О. Макарова, 2002. - С. 41.

52. Гаврилов В.В., Щукин П.А., Мащенко В.Ю. Моделирование локальных задержек воспламенения топлива в судовом дизеле // В кн. Сб. тез. докл. межвуз. науч. конф. 23-26 апреля 2002 г. СПб.: ВМИИ, 2002. - С. 44-45.

53. Гаврилов В.В., Щукин П.А., Мащенко В.Ю. Моделирование локальных процессов смесеобразования и сгорания топлива в судовом дизеле // В кн. Сб. тез. докл. межвуз. науч. конф. 23-26 апреля 2002 г. СПб.: ВМИИ, 2002. - С. 42-43.

54. Гаврилов В.В, Щукин П.А., Мащенко В.Ю. Некоторые уточнения динамической модели процесса топливоподачи // Сб. материалов межвуз. науч.-теоретич. конф. 25-28 апреля 2000 г., вып. 2. СПб.: ВМИИ, 2000 г. - С. 377-378.

55. Гаврилов В.В. Кинетика локальных процессов воспламенения и горения топлива в судовом дизеле // Материалы региональной науч.-техн. конф. с международн. участием, том 2. СПб.: СПбГМТУ, 2003. - С. 101-106.

56. Гаврилов В.В., Щукин П.А., Мащенко В.Ю. Расчет локальных параметров рабочего тела в цилиндре дизеля в процессе смесеобразования и сгорания // В кн. Тез. докл. науч.-техн. конф. 27 февраля 2002 г. СПб.: ГМА им. адм. С.О. Макарова, 2002. - С. 39-40.

57. Гаврилов В.В., Щукин П.А., Мащенко В.Ю. Совершенствование комплексной математической модели рабочего процесса дизеля с объемным смесеобразованием // Сб. материалов юбилейной, науч.-техн. конф. 20 сентября 2000 г. СПб.: ГМТУ, 2000 г. -С. 10-11.

58. Гаврилов В.В., Щукин П.А. Уточненный анализ характеристик тепловыделения в дизеле // В кн. Тез. докл. региональной научно-технической конференции 19-23 мая 1997 г., часть 2. СПб: ГМТУ, 1998. - С. 71.

59. Гаврилов В.В. Экспериментальные исследования локальных процессов основа методов улучшения показателей дизеля // Тяжелое машиностроение, 2003. - №11. - С. 18-20.

60. Гальговский В.Р. Пути и методы совершенствования экономических и экологических показателей транспортных дизелей: Автореф. дис. . докт. техн. наук. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991.-64 с.

61. Гафуров Р.А., Глебов Г.А., Скворцов Ю.М. Исследование структуры дизельной топливной струи при циклическом впрыскивании методом импульсной голографии // Двигателестроение. 1996. - № 3-4. - С. 10-12.

62. Генлейн А. Распад струи // Сб. монографий по иностранной литературе: Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. С.Н. Васильева. М.: ОНТИ, 1936. - Т.1. - С.5-24.

63. Гиневский А.С. Теория турбулентных струй и следов. М.: Машиностроение, 1969. - 400 с.

64. Глаголев Н.М. Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания. Новый метод расчета. М., Киев: Машгиз, 1950. - 480 с.

65. Гладченко Н.Н., Дворкин В.И. О методах расчета испарения впрыснутого топлива // Топливная аппаратура дизелей. Ярославль: Изд-во ЯПИ. - 1974. - Вып. 2. - С. 68-76.

66. ГлинкаН.Л. Общая химия: Учеб. пособие для вузов. М-Л.: Химия, 1965.-688 с.

67. Гольдшлегер У.И., Амосов С.Д. О механизме и закономерностях воспламенения и горения капель углеводородных топлив//Физика горения и взрыва. 1977. - № 6. - С. 813-821.

68. Гончар Б.М. Численное моделирование рабочего процесса дизелей. Автореф. дис. докт. техн. наук. Л.: ЛКИ, 1969. - 23 с.

69. Гордеев П.А., Калакуцкий И.Е., Липец В. Л. Имитация движения воздушного заряда в цилиндре двигателя на безмоторной установке // Тр. ин-та / ЛКИ. Л., 1973. - Вып. 88. -С. 23-28.

70. Гриншпан А.З., Романов С.А., Свиридов Ю.Б. Аналитическая модель развития факела распыленного жидкого топлива в неподвижной газовой среде // Тр. ин-та / ЦНИТА. Л., 1975.-Вып. 64.-С. 17-23.

71. Гурляндт А.Д. Движение факела распыленного топлива в камере сгорания дизеля // Известия вузов. Сер. Машиностроение, 1970 -№ 8. С. 126-130.

72. Гусаков С.В. Разработка методов совершенствования процессов смесеобразования и сгорания в поршневых двигателях. Автореф. дис. . докт. техн. наук. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 32 с.

73. Датчик механических усилий: А.С. 781621 СССР / В.В. Гаврилов, Г.П. Корешев // Б.И. № 43.-1980.-С. 164.

74. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей: Учебник / Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др.; Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машностроение, 1983. - 372 с.

75. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред / 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоиздат, 1981. - 472 с.

76. Демидова Н.И. Исследование влияния конструкции неразделённой камеры сгорания на эффективные показатели четырёхтактных дизелей с высоким наддувом: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Л.: ЦНИДИ, 1973.-22 с.

77. Деруссо П., Рой Р., Клоус Ч. Пространство состояний в теории управления / Пер. с англ.; Под ред. М.В. Меерова. М.: Наука, 1970. - 620 с.

78. Дизели: Справочник: / Под ред. В.А. Ваншейдта, Н.Н. Иванченко, Л.К. Коллерова. 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машностроение, 1977.-480 с.

79. Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Новиков Б.В., Ягодкин В.И. Распыливание жидкостей. М.: Машиностроение, 1977.-208 с.

80. Дроконов Е.М., Мочалов В.А. Движение воздушного заряда в цилиндре двигателя с прямоточной продувкой в период сжатия-расширения // Реферативный сборник ЦНИИТЭИтяжмаш. 1982. - Вып. 4-82-20. - С. 1-4.

81. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. М. -Л.: Госэнергоиздат, 1962.-288 с.

82. Дьяченко Н.Х., Батурин С.А., Ложкин В.Н. Исследование температуры и излучательной способности турбулентного сажистого пламени в циклических процессах сгорания // Тр. ЛПИ. Теплоэнергетика. Л., 1977. -№ 358. - С.96-100.

83. Дьяченко Н.Х., Мирошников В.И., Пугачев Б.П., Свиридов Ю.Б. Испарение капель топлива, распыленного форсункой//Тр. ЦНИТА. 1976. - Вып. 68. - С.34-^10.

84. Дьяченко Н.Х., Пугачев Б.П., Баранов В.Г. Процессы массо- и теплопереноса при смесеобразовании и сгорании в цилиндре дизеля: Теплоэнергетика // Тр. ин-та / ЛПИ. -Л., 1977,-№358.-С. 105-109.

85. Дьяченко Н.Х., Свиридов Ю.Б. Проблемы сгорания в дизелях // Горение и взрыв. М.: Наука, 1972.-С. 254-264.

86. Жадан А.С. Совершенствование смесеобразования в двухтактных тепловозных дизелях путем рационального распределения топлива в камере сгорания: Автореф. дис. канд. техн. наук. Харьков: ХИИТ, 1987. - 20 с.

87. Завлин М.Я. Влияние давления впрыскивания топлива на смесеобразование и характеристику выделения теплоты в дизеле с непосредственным впрыскиванием // Двигателестроение, 1991. № 8-9. - С. 24-27.

88. Захаренко Б.А, Семидетнов Н.В., Гаврилов В.В. Проблемы развития методов комплексного исследования структуры струи дизельной форсунки // Проблемы надёжности и экономичности СЭУ: Сб. научн. тр. Л.: ЛКИ, 1983. - С. 86-92.

89. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1981.-160 с.

90. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. ~ М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1947. 148 с.

91. Золотов С.С., Фаддеев Ю.И., Амфилохиев В.Б. Задачник по гидромеханике для судостроителей. Л.: Судостроение, 1969. - 264 с.

92. Иванов Л.Л. Исследование локальных параметров в факеле топлива, распыленного многодырчатой форсункой автотракторного дизеля. Автореф. дис. . канд. техн. наук-М.: ВЗПИ, 1978.-25 с.

93. Иванов Л.Л. Установка для исследования характеристик топливоподачи в дизеле и некоторые результаты при впрыске в среду с противодавлением // Топливная аппаратура дизелей. Межвузовский сборник. Ярославль, 1973. - С. 37-45.

94. Иванченко Н.Н., Красовский О.Г., Соколов С.С. Высокий наддув дизелей. Л.: Машиностроение, 1983.- 198 с.

95. Иванченко Н.Н., Семенов Б.Н., Соколов B.C. Рабочий процесс дизелей с камерой в поршне. Л.: Машиностроение, 1972. - 232 с.

96. Иноземцев Н.В., Кошкин В.К. Процессы сгорания в двигателях. М.: Машгиз, 1949. -344 с.

97. Иноземцев Н.В. Основы термодинамики и кинетики химических реакций. М.: Машгиз, 1950.-344 с.

98. Испытания двигателей внутреннего сгорания / Б.С. Стефановский и др. М.: Машиностроение, 1972.-368 с.

99. Исследование параметров топливной струи в зависимости от конструктивных и регулировочных факторов: Отчет о НИР (промежут.) / ЛКИ; Руковод. работы К.Н. Коптев. Инв. № II-3-X-325 (2). Л., 1973. - Исполн. В.А. Плотников, В.В. Гаврилов и др.

100. Исследования процессов смесеобразования и сгорания на модельных установках: Отчёт (Промежут.) / ЦНИДИ; Руковод. работ В.И. Балакин .- Инв. № 15-1162. Л., 1988. - 50 с.

101. Исследование распределения топлива в факеле при впрыске в спокойную среду и в поток сжатого холодного газа: Отчет / МАДИ; Руковод. работы И.В. Астахов, В.И. Трусов. -№ ГР 68072269; Инв. № Б227945. М., 1972. - 61 с.

102. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях: Учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, - 2001. - 592с.

103. Калужин С.А., Романов С.А., Свиридов Ю.Б. Распределение жидкого топлива в объёме дизельного факела // Двигателестроение 1980. - № 8. - С. 6-8.

104. Калужин С.А., Романов С.А., Свиридов Ю.Б. Экспериментальное исследование скоростей движения жидкой и газообразной фаз в дизельном топливном факеле // Двигателестроение. 1980. - № 7. - С. 5-8.

105. Камимото Т., Мацуока Ш., Сугияма X., Аояги X. Исследование процесса испарения распыленного топлива в дизеле// Нихон кикай гаккай ромбунсю. 1974. - Вып. 40. № 339.-С. 3206-3223.

106. Камкин С.В., Лемещенко А.Л., Пунда А.С. Повышение экономичности судовых дизелей. СПб.: Судостроение, 1992. - 176 с.

107. Камфер Г.М. О границах равновесного режима испарения капли // Тр. ин-та / МАДИ. -1974.-Вып. 71.-С. 43-52.

108. Камфер Г.М. Процессы тепломассообмена и испарения в дизелях: Учебное пособие. -М.: Высшая школа. 1974. - 143 с.

109. Касандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М.: Наука, 1980. -104 с.

110. Касьянов А.В. Пути создания и совершенствования высокофорсированных дизелей для мощных маневровых тепловозов: Автореф. дис. . докт. техн. наук. Харьков: ХИИЖТ, 1988.-70 с.

111. Коллоквиум по процессам сгорания в ДВС в Рейн-Вестфальском техническом университете (октябрь 1988 г.) // MTZ, 1989. № 4.

112. Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е., Резников А.И., Уманский С.Я. Термические бимолекулярные реакции в газах. М.: Наука, 1976. - 191 с.

113. Конт-Белло Ж. Турбулентное течение в канале с параллельными стенками. М.: Мир, 1968.-176 с.

114. Коптев К.Н., Плотников В.А, Гаврилов В.В, Яковлев Г.В. Моделирование развития топливной струи в открытой камере сгорания дизеля // Тр. ин-та / ЛКИ. Л., 1976. -Вып. 110. -С.55-61.

115. Коптев К.Н., Плотников В.А, Гаврилов В.В, Яковлев Г.В. Установка для исследования процесса распыливания топлива дизельной форсункой // Тр. ин-та / ЛКИ. Л., 1976. -Вып. 112.-С. 42-48.

116. Коптев К.Н., Плотников В.А, Яковлев Г.В., Гаврилов В.В., Румб В.К. Исследование поля тангенциальных скоростей воздушного заряда в бомбе с центральным расположением многодырчатой форсунки // Тр. ин-та / ЛКИ. Л., 1975. - Вып. 101. - С. 45-50.

117. Корешев Г.П., Гаврилов В.В. Влияние волновых процессов на диапазон рабочих частот тензорезисторных датчиков // Электротензометрия: Сб. тр. науч.-практ. семинара. Л.: Общество "Знание" РСФСР, 1981. - С. 25-29.

118. Кукушкин В.Л. Исследование структуры нестационарной струи при дизельном впрыске топографическим методом. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Л.: ЦНИДИ, 1988. - 23 с.

119. Кукушкин В.Л., Романов С.А., Свиридов Ю.Б. Экспериментальное исследование с помощью голографии структуры нестационарной струи распыленного дизельного топлива // Двигателестроение. 1989. - № 2. - С. 3-7.

120. Кулаев П.В., Рыжов В.А. Коломенская школа конструирования топливной аппаратуры // Тяжелое машиностроение, 2002. № 9. - С. 28-32.

121. Кулешов А.С., Грехов Л.В. Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. -М.: МГТУ, 2000. 64 с.

122. Куниеши X и др. Исследование дизельного факела. Сообщение 2: О втекании воздуха в объём факела// Нихон хауё кикан гаккай си. 1978. - Вып. 13, № 5. - С. 364-368.

123. Кутовой В.А. Впрыск топлива в дизелях. М.: Машиностроение, 1981. - 119 с.

124. Кутовой В.А. Распыливание топлива дизельными форсунками // Тр. ин-та / НИИД / Под ред. А.И. Толстова. М.: НИИД, 1959. - Вып. 8. - 124 с.

125. Лавров Н.В. Физико-химические основы процесса горения топлива. М.: Наука, 1971. -272 с.

126. Лазурко В.П., Кудрявцев В.А. Программа обработки индикаторных диаграмм дизелей на алгоритмическом языке базисный фортран // Тр. ЦНИДИ. 1975. - Вып. 68. - С. 4654.

127. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие. Гидродинамика. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. Т. VI.

128. Лебедев О.Н. Исследование и повышение эффективности объемного смесеобразования в судовых четырехтактных дизелях: Автореф. дис. докт. техн. наук. Л.: ЛИИВТ, 1979. -34 с.

129. Лебедев О.Н. Исследование некоторых вопросов смесеобразования в судовых четырёхтактных дизелях. Новосибирск: НИИВТ, 1970. - 94 с.

130. Лебедев О.Н. К вопросу о распыливании топлива дизельными форсунками // Изв. Сиб. отд. АН СССР, сер. Техн. н. 1977. - Вып. 1, № 3. - С. 40—44.

131. Лебедев О.Н. К математическому описанию процесса струйного смесеобразования в дизелях //Физика горения и взрыва. 1977. - Вып. 13, № 5. - С.685-689.

132. Лебедев О.Н. Математическое моделирование процессов струйного смесеобразования // Рабочие процессы в двигателях внутреннего сгорания: Тез. докл. Всесоюзн. науч. конф. 1-3 февраля 1978 г. М.: МАДИ, 1978. - С.81-82.

133. Лебедев О.Н. Математическое описание процесса струйного смесеобразования в закрученном воздушном потоке // Тр. ин-та / НИИВТа. Новосибирск, 1976. - Вып. 121.-С.З-8.

134. Лебедев О.Н. Методы улучшения смесеобразования в судовых четырехтактных дизелях: Учебное пособие. Новосибирск: НИИВТ, 1973. - 99 с.

135. Лебедев О.Н. Термодинамика двухфазных сред: Термодинамика дисперсных систем // Тр. ин-та / НИИВТ. Новосибирск, 1976. - Вып. 107. - С. 46-126.

136. Лебедев О.Н. Численный метод расчета некоторых параметров круглой осесимметричной нестационарной изотермической струи // Тр. ин-та / НИИВТ. -Новосибирск, 1973.-Вып. 84.-С. 3-15.

137. Лебедев О.Н., Чирков С.Н. Теоретические основы процессов смесеобразования в дизелях. Новосибирск: Изд-во НГАВТ, 1999. - 370 с.

138. Ли Д.У. Влияние конструкции сопла и условий работы на распыливание и распределение топливных струй // Сб. монографий по иностранной литературе: Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. С.Н. Васильева. М.: ОНТИ, 1936. - Т.1. -С.107-138.

139. Лиханов В.А., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей. -М.: Агропромиздат, 1994.-224 с.

140. Лышевский А.С. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками. М.: Машгиз, 1963.- 179 с.

141. Лышевский А.С. Распыливание топлива в судовых дизелях. Л.: Судостроение, 1971. -248 с.

142. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрыв в газах. М.: Мир, 1968. - 592 с.

143. Майер Я.М., Тимченко И.И., Дульфан В.Д. Метод расчета кривой испарения топлива в цилиндре дизеля // Республ. межведомств, научн.-техн. сб. "ДВС". Харьков: Изд-во ХГУ. - 1970. - Вып. 10. - С. 18-26.

144. Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. Основные характеристики горения. М.: Химия, 1977.-320 с.

145. Мелькумов Т.М. Теория быстроходного двигателя с самовоспламенением. М.: Оборонгиз, 1953.-407 с.

146. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1969.- 183 с.

147. Марков В.А., Баширов P.M., Габитов И.И., Кислов В.Г. Токсичность отработавших газов дизелей. Уфа: Изд-во БГАУ- 2000. - 144 с.

148. Маркова Е.В., Лисенков А.Н. Планирование эксперимента в условиях неоднородностей. -М.: Наука, 1973.

149. Мирошников М.М., Нестерук В.Ф. Дальнейшее развитие методологических основ иконики // Тр. ГОИ им. С.И. Вавилова. 1987. - Т. 64, вып. 198, книга IV. - С. 5-11.

150. Нейман К. Кинетический анализ процесса сгорания в дизеле: Сборник монографий по иностранной литературе. Двигатели внутреннего сгорания. Т. 4. М.: ОНТИ, 1938. - С. 242-257.

151. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред: В 2 т. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.-Т. 1-2.

152. Новиков Л.А., Борецкий Б.М., Власов Л.И. О введении обязательной сертификации судовых дизелей на соответствие выбросам NOx// Двигателестроение. 1998. - № 1. -С. 39-41.

153. Новиков Л.А. Основные направления создания малотоксичных транспортных двигателей // Двигателестроение. 2002. - № 2. - С. 23-27.

154. Одинцов В.И. Повышение топливной экономичности судовых ДВС. Автореф. дис. . докт. техн. наук. СПб.: СПбГУВК, 1993. - 35 с.

155. О нормальной скорости распространения ламинарного пламени в монодисперсной газокапельной смеси / Смирнов Н.Н., Пушкин В.Н. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1, Математика. Механика. 2001.- № 6. - С. 29-39.

156. Основы метрологии / Г.Д. Бурдун, Б.Н. Марков. -М.: Издательство стандартов, 1972. -312 с.

157. Отработка конструкции камеры сгорания в поршне и топливной аппаратуры с целью повышения топливной экономичности: Отчет о НИР (Заключ.) / ЛКИ; Руковод. работы В.В Гаврилов. -№ ГР 01.92.0006158; Инв. № 02.92.0007453. Л. 1992. - 83 с.

158. Павлов Е.П. Исследование особенностей процесса смесеобразования в малоразмерном высокоскоростном дизеле с камерой ЦНИДИ в поршне: Дис. . канд. техн. наук: 05.04.02/ЛКИ.-Л., 1975.-205 с.

159. Подача и распыливание топлива в дизелях / Астахов И.В., Трусов В.И., Хачиян А.С. и др. -М.: Машиностроение, 1971.-359 с.

160. Прошкин В.Н. Рациональное смесеобразование в дизелях и форма камеры сгорания // Двигателестроение, 1989. № 8. С. 6-7.

161. Процессы в перспективных дизелях / Н.Ф. Разлейцев и др.; под ред. А.Ф. Шеховцова / -Харьков: Изд. «Основа», 1992. 352 с.

162. Пунда А.С. Исследование динамики тепловыделения в цилиндрах судовых малооборотных и среднеоборотных дизелей с объёмным смесеобразованием. Дис. канд. техн. Л.: ЛВИМУ им. адм. С.О. Макарова, 1976. - 171 с.

163. Работа дизелей в условиях эксплуатации /А.К. Костин, Б.П. Пугачев, Ю.Ю. Коченев; под ред. А.К. Костина. Л.: Машиностроение, 1989. - 284 с.

164. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. -Харьков: Вища школа, 1980. 169 с.

165. Разлейцев Н.Ф. Особенности смесеобразования и сгорания в тепловозных дизелях типа Д70 // Двигатели внутреннего сгорания. Харьков, 1974 Вып. 20. - с. 32-40.

166. Разлейцев Н.Ф., Сукачев И.И. Расчет движения и распределения топлива в дизельной струе // Двигатели внутр. сгорания. Харьков.: Выща школа, 1989. Вып. 49. - С. 72-80.

167. Распыливание жидкостей / Ю.Ф. Дитякин, Л.А. Клячко и др. М.: Машиностроение, 1977.-208 с.

168. Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1964. -526 с.

169. Русинов Р.В. Оптимизация топливной аппаратуры дизелей: Автореф. дис. докт. техн. наук. Л.: Л ПИ, 1977.-40 с.

170. Садовский С.С. Влияние формы камеры сгорания при объёмном смесеобразовании на показатели рабочего цикла форсированного дизеля: Автореф. дис. канд. техн. наук. -Л.: ЦНИДИ, 1983.- 19 с.

171. Салова Т.Ю. Экологический мониторинг окружающей среды при эксплуатации автотракторной техники. СПб.: Индикатор, 1998. - 80 с.

172. Самойлович Г.С. Гидрогазодинамика: Учебное пособие. М.: Машиностроение, 1990. -384 с.

173. Сахаревич С.В. Улучшение топливной экономичности автомобильного дизеля 6ЧН 10,5/12 за счет рациональной организации процесса смесеобразования: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Харьков: ХИИТ, 1988. - 20 с.

174. Свиридов Ю. Б., Кобзев А.И., Кукушкин В.Л., Романов С.А. Базовый эксперимент по природе дизельной струи // Двигателестроение. 1992. - № 1-3. - С. 3-7.

175. Свиридов Ю.Б. Принципы построения обобщённой теории сгорания в дизелях // Двигателестроение, 1980-№ 9, с. 21-23, № 11, С. 10-15.

176. Свиридов Ю.Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях. Л.: Машиностроение, 1972. -224с.

177. Свиридов Ю.Б. Физические основы теории смесеобразования и сгорания в дизелях: Автореф. дис. докт. техн. наук.-Л.: ЛПИ, 1971.-39 с.

178. Семенов Б.Н., Иванченко Н.Н. Задачи повышения топливной экономичности дизелей и пути их решения // Двигателестроение, 1990. № 11. - С. 3-7.

179. Семенов Б.Н. К расчету процессов испарения и нагрева капель топлива в дизеле // Тр. ин-та / ЦНИДИ. 1966. - Вып. 54. - С. 48-59.

180. Семенов Б.Н., Лазурко В.П., Киреичев Г.А., Финогенов А.Н. Некоторые результаты исследования температурных полей факела распыленного топлива в объеме и при его взаимодействии со стенкой // Тр. ЦНИДИ. 1975. - Вып. 68. - С. 27-35.

181. Семенов Б.Н., Смайлис В.И., Быков В.Ю., Липчук В.А. Возможности сокращения выброса окислов азота с отработавшими газами быстроходного форсированного дизеля при сохранении высокой топливной экономичности // Двигателестроение, 1986. № 9. -С.3-6.

182. Семенов В.Г. Исследование и совершенствование процесса сгорания в форсированных тепловозных дизелях: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Харьков: ХИИЖТ, 1979. 25 с.

183. Семенов Н.Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. М.: Изд-во АН СССР, 1954. - 349 с.

184. Семёнов Н.Н. Основные проблемы химической кинетики. М.: Изд. АН СССР, 1959. -26 с.

185. Семенов Н.Н. Цепные реакции. Л.: Госхимтехиздат. - 1934. - 555 с.

186. Сигар А.В. Теория корабельных двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие. -Л.: Изд-во ВМА, 1978. 442 с.

187. Сиов Б.Н. Истечение жидкости через насадки в среды с противодавлением. М.: Машиностроение, 1968. - 140 с.

188. Скоморовский С.А. Гидродинамика течения топлива в сопловых каналах дизельной форсунки и её влияние на структуру топливного факела: Автореф. дис. . канд. техн. наук. — Л.: ЦНИДИ, 1988. 18 с.

189. Скоморовский С.А. Гидродинамика течения топлива в сопловых каналах дизельной форсунки и её влияние на структуру топливного факела: Дис. . канд. техн. наук: 05.04.02/ЛКИ.-Л., 1988.-213 с.

190. Скоморовский С.А. Основные закономерности возникновения вихревой кавитации // Вестник Комсомольского-на-Амуре гос. техн. ун-та. 1995. - Вып. 1, сб. 2. - С. 64-67.

191. Смайлис В.И. Современное состояние и новые проблемы экологии дизелестроения// Двигателестроение. 1991. - № 1. - С. 3-6.

192. Смайлис В.И. Теоретические и экспериментальные основы создания малотоксичных дизелей: Автореф. дис. докт. техн. наук: 05.04.02 / ЛПИ. Л.:, 1988. - 46 с.

193. Современные дизели: повышение топливной экономичности и длительной прочности / Н.Ф. Разлейцев и др.; под ред. А.Ф. Шеховцова. Киев: Тэхника, 1992. - 272 с.

194. Соколик А.С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. М.: Изд-во АН СССР, 1960.-427 с.

195. Сполдинг Д.Б. Горение и массообмен / Пер. с англ. Р.Н. Гизатуллина и В.И. Ягодкина; Под ред. В.Е. Дорошенко. -М.: Машиностроение, 1985.-240 с.

196. Строков А.П. Развитие и совершенствование автотракторных дизелей типа СМД с учетом условий из массового производства: Автореф. дис. . докт. техн. наук. -Харьков.: Харьковская гос. акад. железнодор. транспорта, 1995. 46 с.

197. Структура струи дизельной форсунки и ее влияние на показатели работы дизеля: Отчет (Промежут.) / ЛКИ; Руковод. работы Г.В. Яковлев. № ГР 80057437; Инв. № 6992065. - Л., 1980. - 160 с. - Исполн. Гаврилов В.В.

198. Сулейманов В.И. Исследование влияния стеснённости камеры сгорания дизеля на параметры струи распыленного топлива и показатели его рабочего процесса. Автореф. дис. канд. техн. наук. Харьков: ХИИЖТ, 1981. - 22 с.

199. Сухарев Н.О. Повышение эксплуатационной экономичности дизеля 8ЧН 26/26 маневрового тепловоза за счёт совершенствования процесса смесеобразования в зоне основных рабочих режимов: Автореф. дис. канд. техн. наук. Л.: ЦНИДИ, 1988. 20с.

200. Теория пограничного слоя / Шлихтинг Г.; перев. с немецкого. М.: Наука. - 1974. -711с.

201. Тодес О.М. Физические основы процессов горения: Учебное пособие. Изд-во ЛВВИСКУ, 1977.-53 с.

202. Толстов А.И. К проблеме смесеобразования в быстроходных дизелях с наддувом. В сб.: Исследование быстроходных дизелей / Под ред. Толстова А.И. // Тр. ин-та / НИИД, -М.-.НИИД. 1961.-Вып. 10.-С. 52-85.

203. Топливо для дизелей. Свойства и применение: Учеб. пособие для вузов/ А.А. Гуреев, B.C. Азев, Г.М. Камфер. -М.; Химия, 1993. 336 с.

204. Трусов В.И., Гальговский В.Р., Иванов JI.JI. Влияние противодавления и числа сопловых отверстий на распределение топлива в факеле дизеля // Тр. МАДИ. 1972. -Вып. 49.-С. 49-53.

205. Трусов В.И., Иванов JI.JI. К вопросу об экспериментальном исследовании энергетических характеристик топливного факела дизеля // Топливная аппаратура дизелей. Межвузовский сборник. Ярославль, 1973. - С. 30-36.

206. Трусов В.И., Иванов JI.JI. Некоторые предпосылки к формированию физической модели распыленной струи при впрыске топлива в дизеле // Топливная аппаратура дизелей. Ярославль, ЯПИ, 1975.-С. 31-39.

207. Трусов В.И., Иванов JI.JI. Уточнение локальных характеристик факела топлива, распыленного при впрыске дизельной форсункой // Топливная аппаратура дизелей. -Ярославль, 1974. Вып. 2 - С. 37-45.

208. Трусов В.И., Дмитриенко В.П., Масляный Г.Д. Форсунки автотракторных дизелей. -М.: Машиностроение, 1977. 167 с.

209. Трусов В.И., Младенов М.Б. Влияние кавитации и вихреобразования в сопловом отверстии на мелкость распиливания топлива // Тр. ин-та / МАДИ. М., 1976. - Вып. 126.-С.46-53.

210. Трусов В.И., Рябикин JI.M. К расчету движения факела распыленного топлива в неподвижной газовой среде: Автомобили и двигатели внутреннего сгорания // Тр. ин-та / МАДИ. М, 1972 Вып. 40. - с. 38-40.

211. Ульянов И.Е. О внутриканальном распаде при распыливании топлива // Изв. АН СССР, ОТН, 1954.-№8.-С.23-28.

212. Устройство для измерения расхода взвеси в потоках жидкости или газа: А.С. 877333 СССР / С. А. Скоморовский, В.В. Гаврилов // Б.И. № 40. 1981. - С. 196.

213. Устройство для исследования факела распыленного топлива: А.С. 779613 СССР / В.В. Гаврилов, К.Н. Коптев // Б. И. № 42. 1980. - С. 181.

214. Устройство для исследования факела распыленного топлива: А.С. 979684 СССР / А.Н. Финогенов, Б.Н. Семенов, В.П. Лазурко // Б.И. №45. 1982.

215. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика. М.: Наука, 1964. - 816 с.

216. Файнлейб Б.Н., Бараев В.И. Повышение эффективности смесеобразования в дизелях путем воздействия на динамику распыленной струи топлива // Двигателестроение, 1986,-№9.-С. 8-12.

217. Физико-химические процессы в газовой динамике. Справочник. Том 2: Физико-химическая кинетика и термодинамика // Под ред. Г.Г. Черного и С.А. Лосева М.: Научно-исследовательский центр механики. - 2002. 368 с.

218. Финогенов А.Н., Лазурко В.П., Букреев Г.А. Профилирование камеры сгорания дизелей с учетом нестационарного температурного поля в топливном факеле // Реферативный сборник ЦНИИТЭИтяжмаш. 1982. - Вып. 4-82-13. - С. 1-5.

219. Финогенов А.Н. Экспериментальное исследование распределения распыленного топлива по поперечному сечению факела // Тр. ЦНИДИ. 1982. - С. 19-25.

220. Формулирование математической модели дизельного факела на основе представлений о его зонной структуре: Отчёт / ЦНИТА; Руковод. работ Ю.Б. Свиридов. № ГР 76056516; Инв. № Б550596. - Л., 1976. - 52 с.

221. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1967.-492 с.

222. Фристом P.M., Вестенберг А.А. Структура пламени М.: Металлургия , 1969. - 334 с.

223. Харитонов В.Д. Улучшение показателей работы дизелей па основе моделирования объёмных процессов смесеобразования и выгорания топлива: Автореф. дис. канд. техн. наук.-Л.: ЛПИ, 1986.-16 с.

224. Хироясу X., Кадота Т., Ёкояма Ю. Исследование распространения струи топлива в дизеле// Хиросима дайгаку когакубу кэнкю хококу. 1974. - Вып. 23, № 1. - С. 55-63.

225. Ходаков Ю.С. Оксиды азота и теплоэнергетика. Проблемы и решения. М.: ООО "ЭСТ-М", 2001.-416 с.

226. Чепуренко В.Г. Нижник В.Г., Соколова Н.И. Вычисление погрешностей наблюдений. -М.: Наука, 1970.-40 с.

227. Шкрабак B.C., Николаенко А.В., Капустин А.А. Выполнение требований стандартов по дымности отработавших газов автотракторных дизелей //Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей. СПб.: СПбГАУ, 2002. - с. 39-48.

228. Шторм Р. Теория вероятностей: Математическая статистика. Статистический контроль качества. М.: Мир, 1970. - 40 с.

229. Щукин П.А., Гаврилов В.В., Мащенко В.Ю. Уточненная методика расчета процесса топливоподачи в дизеле // Сб. материалов юбилейной, науч.-техн. конф. 20 сентября 2000 г. СПб.: ГМТУ, 2000 г. - С. 23-24.

230. Щукин П.А. Комплексная математическая модель рабочего процесса дизеля с объемным смесеобразованием: Дис. . канд. техн. наук: 05.04.02 / СПбГМТУ. СПб., 1999. - 158 с. - Руковод. В.В. Гаврилов.

231. Электрические измерения неэлектрических величин / Под ред. П.В. Новицкого. Л.: Энергия, 1975.-576 с.

232. Югаз, Цан О.Ф., Швейцер П.К. Образование и рассеивание топливных струй // Сб. монографий по иностранной литературе: Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. С.Н. Васильева.-М.: ОНТИ, 1936.-Т. 1. 174-226.

233. Ярин Л.П., Сухов Г.П. Основы теории горения двухфазных сред. Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 240 с.

234. Chiu W.S., Shahed S.M., Lyn W.T. A Transient spray Mixing Model for Diesel Combustion // SAE Prepr., 1976. -№ 760128. 11 pp.

235. Dent J.C., Keightley J.H., De Boer C.D. The Application of Iterferometry to Air Fuel Ratio Measurement in Quiescent Chamber Diesel Engines // SAE Techn. Pap. Ser. 770825. 1977. -12 pp.

236. Fujimoto H., et al. Investigation on Combustion in Medium-speed Marine Diesel Engines Using Model Chamber// 15-th International Congress CIMAC, Paris, 1983. Pp. 1471-1490.

237. Fujimoto H., Tanabe H., Kuniyoshi H., Sato T. Investigation on the Characteristics of Diesel Spray (Shape of Multiple Diesel Sprays and Air Movement between Neighbouring Sprays) // Bulletin of the ISME. 1982. -Vol. 25, № 200, Febr. 1982. - P. 249-256.

238. Hewitt G.F. Role of Experiments in Twe-phase Systems with Particular Reference to Measurement Techiques // Journal of British Nuclear Sosiety, 1973. V. 12 - № 2. - Pp. 213-240.

239. Hideaki T, G.Takeshi S. Experimental Study on Unsteady Wall Impinging Jet // SAE Techn. Pap. Ser. 1990. -№ 900605. - 8 p.

240. Hiroyasu H., Kadota T. Fuel Droplet Distribution in Diesel Combustion Chamber // Bulletin of the JSME, September 1976. -V. 19.-№ 135. Pp. 1064-1072.

241. Karimi E.R. High-speed Photography of Fuel Spray and Combustion Events in a Production Diesel Engine and Combustion Bomb // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, International Conference, London, 4-5 April, 1989.

242. Kamimoto Т., Matsuoka S., Shiga S. Penetration of fuel spray at initial stage of injection in Diesel engines//Abstr. Bull. JSME, 1975.-Vol. 18,№ 124.-Pp. 1181-1182.

243. Kamimoto Т., Yokota H., Kobayashi H. Effect of High Pressure Injection Soot Formation in a Rapid Compression Machine to Simulate Diesel Flames // SAE Technical Paper Series. -1987.-N 910731.-P. 9.

244. Kobayashi H. et al. Prediction of the rate of heat release of an axisymmetrical Diesel flame in a rapid compressional machine. // SAE Techn. Pap. Ser., 1984. -№ 840519 P. 1-9.

245. Komaroff I., Melcher K. Messung der strahlkraft und bewegungsgrofie der Zerstaubungsgute von Einspritzstrahlen// Schiffsbetriebstechnik, 1972, № 19. C. 1-16.

246. Kuniyoshi H., et al. Investigation on the Characteristics of Diesel Fuel Spray // SAE Technical Paper Series, 1980. -№ 800986. 20 pp.

247. Kuniyoshi H., Tanabe H., Sato Т., Fujimoto H. Investigation on the Characteristics of Diesel Fuel Spray// SAE Technical Paper Series. 1980. -№ 800986. - P. 187-203.

248. Kuniyoshi H., Yamamoto H., Fujimoto H., Sato G.T. Investigation of the Characteristics of Diesel Fuel Spray (Third Paper: Impinging upon a Flat Plate) // Journal of MESJ, 1980. No. 15.-Pp. 57-64.

249. Lakshminarayan P.A., Dent J.C. Interferometric Studies of Vapourising and Combusting Sprays// SAE Techn. Pap. Ser. 830244. 1983.-25 pp.

250. Matlosz R.L., Leipziger S., Torda T.P. Investigation of liquid drop evaporation in a high pressure environment//Int. J. Heat and Mass Transfer. 1972. - Vol. 15. - No. 4. - Pp. 831851.

251. Measurements of Soot Particles in Spray Combustion by a Rapid Compression Mashine // Bulletin of MESJ, March 1982.-V. 10.-№ l.-Pp. 40-53.

252. Meguedichian M., Watson N. Prediction of mixture formation and heat release in diesel engines // SAE technical paper, 1978. № 28. - P. 225.

253. Morris C.J., Dent J.C. The Simulation of Air Fuel Mixing in High Swirl Open Chamber Diesel Engines // Proceedings of Institution of Mechanical Engineers. V. 190. - No. 47. -1976. Pp. 503-513.

254. Naber J.D., Reitz R.D. Modeling Engine Spray/Wall Impingement // SAE Techn. Pap. Ser. 880107,1988.-23 p.

255. Norimasa L, Kou H, G.Takeshi S. Experimental Study of Transient Gas Jet Impinging on Wall // SAE Techn. Pap. Ser. 1990. -№ 900479. - 11 p.

256. Patankar S., Baliga B. A New Finite-Difference Scheme for Parabolic Differential Equations // Heat Transfer. 1978. - V. 1. - P. 27.

257. Pflaum Walter. Gemischbilding, Verbrennung und Brennstoffverbrauch bei Dieselmotoren // MTZ. 1942. -№ 7. - S. 243-255.

258. Philipps P. Berechnung und Messung von Gasgeschwindigkeiten im Arbeitsraum von Kolbenmaschinen // VD1 Zeitschrift. 1983. - V. 7. -№ 74. - S. 2-80.

259. Pirouz-Panah V, Williams T. Influence of droplets on the properties of liquid fuel jets // Proc. Inst. Mech. Eng., 1977.-Vol. 191.-№28. -p. 299-306.

260. Reisman Ch. Eine anschauliche Darstellung der Differenzgleichungen zur naherungsweisen Integration der Poissonischen Differenzgleichung // Wissenschaftliche Zeitschrift der Universitat Rostock. 1972. -№ 9/10. - S. 1135-1143.

261. Shimotsu M., et al. A Study on the Effects of the Chamber Walls on the Diesel Combustion Phenomena (Test Result of Highly Supercharged 4-cycle Medium-Speed Diesel Engines) // Bulletin of the M.E.S.J. 1986. - Vol. 14, № 2,- PP. 54-67.

262. Spalding D.B. Theory of particle combustion at high pressures // ARS Journal. 1959. - Vol. 29.-No. 11.-Pp. 828-835.

263. STAR-CD. Version 3.10. Methotology. London: Computational Dynamics Ltd., 1999. -246 c.

264. Tanabe H., Sato G.T. Experimental Study on Unsteady Wall Impinging Jet // SAE Techn. Pap. Ser. 1990. -№ 900605. - 8 p.

265. Wartsila 32. Tecnology Review.Vaasa, Finland. Wartsila NSD Finland Oy, 1997. - 27 p.

266. Wartsila 46. Tecnology Review.Vaasa, Finland. Wartsila Diesel Oy, 1995 - 31 p.

267. Welberger P., Cartellieri W.P. Fuel Injection and Combustion Phenomena in a High Speed Dl Diesel Engine Observed by Means Endoscopic High Speed Photography // SAE Paper 870097.-1987.

268. Zelkovski J. NOx Bildung bei der Kohleverbrennung und NOx- Emissionen aus Schmelzfeuerungen//VGB Kraftwerkstechnik. - 1986. - V.66, H. 8. - S. 733-738.