автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Численное моделирование рабочих процессов в топливной аппаратуре судовых малооборотных дизелей

Министерство транспорта Российской Федерации Департамент морского

флота.

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ имени адеирала С.О.Макарова

на правах рукописи УДК 621.43.038.001

КАЗУНИН Дмитрий Владимирович

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЕ СУДОВЫХ МАЛООБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ.

Специальность 05.08.05 -Судовые энергетические установка (главные и вспомогательные)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена на кафедре судовых двигателей внутреннего сгорания Государственной морской академии им. С.О.Макарова.

Научные руководители: кандидат технических наук, доцент Пунда A.C.

доктор физико-математических наук, профессор Матвеев С.К. Научный консультант: кандидат технических наук, Васькевич Ф.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Русинов Р.В. кандидат технических наук, доцент Грехов Л.В. Ведущее предприятие: Центральный научно-исследовательский

дизельный институт (ЦНИДИ).

Защита диссертации состоится " 18 " ч/орлод 1Э9Д года в ^ час.30 мин. на заседании специализиброванного совета Д.101.02.01. в Государственной морской академии имени С.О.Макарова по адресу: 199026, Санкт-Петербург. 21 линия , д.14-а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учереждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета. Автореферат разослан "_" _199_года.

Ученый секретарь специализированного совета, д.т.н..профессор

О^е^^ Жашбин Н.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Наиболее важным узлом ДВС является топливная аппаратура (ТА). Процессы , происходящие в ТА , отличаются сложностью.

Экспериментальные и теоритические исследования процессов в ТА стимулируются необходимостью проектировать и создавать новые топливные системы с определенными во всех эксплуатационных диапазонах характеристиками.

Для решения задач технической диагностики необходимо. иметь модель идеальной по состоянию ТА . Эта модель должна достаточно точно описывать влияние внешних условий и режимных факторов ТА на процесс впрыска топлива , что позволит выявить отклонение параметров, обусловленное только изменением технического состояния отдельных элементов насоса высокого давления или форсунки.

Большой вклад в математическое описание процессов троисходящих в топливных системах, (ТС) внесли И.В.Астахов, З.П.Пугачев, Ю.Я.Фомин, А.И.Исаев, Т.Ф.Кузнецов, Л.Н.Голубков, ^.П.Перепелин, 3.2.Керимов, и другие.

При исследовании методов моделирования, разработанных выше теречисленными авторами, для расчета процессов в ТА малооборотных хизелей (МОД) при изменении эксплуатационных режимов работы 1аблюдается существенное оклонение расчетных кривых давления гоплива у насоса и форсунки от полученных экспериментально.

Целью работы является создание модели процессов в ТА МОД юзволяющей достоверно определять параметры впрыска при изменении гастоты вращения двигателя и положения указателя нагрузки (УН), а также адекватно отражать влияние эксплуатационных факторов: износ игементов, закоксовывание сопел и других.

Научная новизна. На базе численной схемы С.К.Годунова создана

модель процессов в ТА МОД, в отличие от имеющихся ранее, учитывающая переменность плотности и скорости звука в топливе от давления при течении в каналах с разворотами и скачками площади поперечного сечения линии высокого давления (в топливном насосе высокого давления (ТНВД), трубопроводе, форсунке), позволяющая учитывать: ударные волны, переносное течение, интенсивные волны разрежения. Впервые разработана» методика получения уравнения состояния по данным осциллографирования и сертификата на топливо. Для ТА МОД впервые исследовано влияние: изменения вязкости в широких пределах на процесс трения в трубопроводе; деформации носика распылителя, закрутки и неравномерности вращения кулачкового вала - на параметры впрыска при разной частоте вращения двигателя и положении указателя нагрузки. Выполнено уточнение реализации метода характеристик для описания процессов в трубопроводе.

Практическая ценность. Разработанная модель позволяет: I.получать полную информацию о кинематике потоков в ТС для решения научных и учебных задач; 2.получать для диагностирования ТА кривые давления в магистралях ТС,отражать функционирование элементов ТА в зависимости от влияния режимных и эксплуатационных факторов; 3.упростить исследования, ускорить регулировку и доводку ТА двигателей. Разработанная модель использовалась при доводке ТА двигателя ЧН-32/35.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на 12-ом Всесоюзном межотраслевом научно-техническом семинаре "Рабочий процесс,теплообмен в ДВС и теплонапряженностъ их деталей" (Ленинград 1991), на научно-технической конференции в Государсвен-ной морской Академии (1991, 1992), на 388-ом заседании Всесоюзного научно-технического семинара по ДВС в МГТУ им.Н.Э.Баумана.

Публикации.По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и

выводов, изложена на 149 страницах основного текста, содержит 43 рисунка, перечень литературы в 53 наименования, три приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой глзвз дан критический анализ работ, посвященных численному моделированию процессов в ТА. Показано, что в традиционно используемых методах моделирования процессов в ТА МОД линия высокого давления делится по способу описания на трубопровод постоянного сечения и соединенные им объемы ТНВД и форсунки. Трубопровод описан уравнениями нестационарного потока сжимаемой жидкости. Объемы ТНВД и форсунки - уравнениями объемообмена, где для определения скорости истечения используется интеграл Вернулли для несжимаемой жидкости.

' При реализации метода характеристик для решения уравнеий описывающих трубопровод выделена схемная нерациональность и неточность при переходе к описанию параметров в граничных объемах.

Результаты сравнения расчетов по традиционным методам моделирования процессов в ТА и экспериментов позволяют сформулировать задачи исследований.

Во-первых, в рамках допущений традиционных методов необходимо: уточнить схему счета уравнений описывающих трубопровод и граничные объемы; исследовать влияние трения в трубопроводе, неравномерность частоты вращения и закрутку кулачкового вала, деформацию эаспылителя.

Во-вторых, если требуется большая точность, то необходимо зазработать математическую модель впрыска топлива, учитывающую <ак переменность плотности и скорости звука, так и сложную ~еометрию топливной системы.

Вторая глава посвящена экспериментально-теоретическому исследованию факторов первой группы.

Влияние деформации распылителя на процесс топливоподачи оценили, рассчитав максимальные деформационные искажения геометрии распылителя в осесимметричной, упругой постановке методом конечных элементов. Граничные условия для детали распылителя заданы так, чтобы смоделировать режим его наибольшей тепловой и механической нагрузки. Изменения геометрии сопел оценили по методу граничных элементов.

Расчеты процесса ТП гидродинамическим методом для ТА двигателя ЧН-32/35 при оборотах N = 750 мин"4 и топливной рейки Тр =48 мм при максимальных деформационных искажениях показали, что цикловая подача возросла на 1% и максимальное давление уменьшилось на 0.5-0.7%. Для распылителя ДКРН-90/155 деформационные искажения оказались на порядок ниже чем для распылителя двигателя ЧН-32/35. Деформационные искажения геометрии распылителей можно не учитывть.

При моделировании нестационарного процесса трения в трубах ТА используются различные зависимости, получение для стационарного течения на стабилизированом участке трубопровода.

Для оценки возможности применения этих зависимостей было проведено экспериментально - расчетное исследование нестационарного процесса распространения волн давления в трубах большой длины в диапазоне 2-87 сСт значений вязкости топлива. Для исследований был смонтирован топливный стенд на базе ТА двигателя 411-48/72. Длины труб выбраны из условия отсутствия наложения на импульс давления Ра (т) в середине трубопровода обратных волн, фи измерении давления у насоса Рн (1) и в середине трубопровода Ря (-с) потери на трение охарактеризуем, как долю рассеявшегося

ишульса давления при данной вязкости (см.рис I ): - - - 1 Л = 1 - (Р.- Р0)/(?н- Рс), где Р= —<■/ Р(*)«А

Полученные экспериментальные данные были обадтаны с использованием модели процессов в ТА в которой реализованы различные механизмы учета потерь на трение (см.рис I ): по ламинарным законам -штриховая линия и по ламинарно-турбулентным - пунктирная линия.

Согласно выполненным исследованиям для топлив вязкостью от 2 до 12 сСт - рекомендуется учитывать потери на трение по ламинарным законам.

Численное моделирование процесса крутильных колебаний и порзвнсиарностя вращения кулачкового вала привода ТНВД для ТА судового МОД 8ДКРН-90/155 показало, что при самых невыгодных условиях их влиянием можно пренебречь, т.к. предельное скручивание вала составит Аср =-0.075 град., а скорость плунжера из-за неравномерности вращения отклонится от заданной профилем кулака на 0.4%

Схслл с^Ета. Для решения дифференциальных уравнений, описывающих процессы в трубопроводе, использован метод характеристик, со следующими уточнениями: I.реализован переход к расчету параметров б граничных объемах по исходящим из внутренней области характеристикам, а не по разностным записям уравнения неразрывности.

2.при выводе окончательных формул параметров среды в трубе использованы вспомогательные узлы, позволяющие повысить (по сравнению с традиционными подходами.) точность решения при одинаковом количестве узлов сетки приблизительно в два раза.

3.введенные изменения схемы счета.позволяют сократить время счета.

В формулы расчета граничных объемов введены закономерности

учета разгона и тормонения потока топлива при истечении из объема в трубопровод и на оборот.

Для решения дифференциальных уравнений, описывающих процессы в граничных объемах рекомэндется использовать неявную схему Эйлера, в которой итерационный процесс' реализуется методом секущих-хорд. Такой подход по сравнению с явными схемами имеет

850-

? >/я3

9.15%

РгЧт

Р ■ Рл '

и '

86.4%

40

зо-

20 1

10

1 2 3 4 5 Ю 20 50 ЪССт

Рис.1. Доля рассеивающегося импульса давления в зависимости от

вязкости топлива в трубопроводе.

— х -- Экспериментальные точки ( * ), соединение сплошной

линией.

— о ------ Расчетные точки ( о ), полученные при учете трения по

ламинарным законам и соединенные штриховой линией.

" Л..... - Расчетные точки ( А ), полученные при учете трения по

ламинарно-турбулентным законам и соединенные пунктирной линией.

следующие преимущества: 1.не накапливает ошибок; 2.решение устойчиво при больгсих шагах счета, за счет чего время счета можно сократить почти з 6 раз.

Разработанная модель процессов в ТА МОД методом характеристик при допущениях традиционных методов удовлетворительно согласуется с экспериментом для ТА ДКРН-90/155 на двух разных режимах работы , однако заметно несовпадение пикоз по фазе = на 2 гр.п.к.в в сторону запаздывания, поэтому рекомендуется разработать численную модель процессов в ТА ПОД, учитывающую зависимости скорости звука и плотности от давления.

В трзтей глееэ представлены основные положения метода, разработанного автором. Поток снимаемой изотермической жидкости в ТС опишем в квазиодномзрной постановке системой уравнений:

Уравнение неразрывности:

0(pS) d(pvS)

-— + - = О (I)

di дх

Уравнение сохранения импульса для вязкой жидкости:

d(pSu) <Э(р u2S + pS) dS

-— + -:- = - г-k-p-u-S + р----(2)

di дх дх

Уравнение состояния топлива:

ЗЕ

Р = /(Р) = B<t).([ Р/ Pat) - 1 ) (3)

где ft - фактор гидравлического сопротивления, р - давление, и -скорость, р - плотность, 1 - время, t - температура, х - пространственная координата, S - площадь, pat - плотность при атмосферном давлении.

УраЕнанзо состояния. В уравнение (3) входят две неопределенные величины: степень - эе и постоянная В. В результате обзора литературных данных по высокомолекулярным жидкостям для степени зе и коэффициента В уравнения (3) получены зависимости: эг = pal / ( рв- (0.091 >dp+ 0.0967 • (1 -dp) ) ) R(t) = С-(Ткр-Г) ' (4)

где Т=£+273 - текущая температура топлива. Ткр - критическая температура углеводородов с учетом йр - 'доли пэрафиносодеряащих углеводородов, p¿ - плотность воды.

Входящий в зависимость (4,) коэффициент С определяем, используя осциллограммы процесса изменения давления у насоса и Форсунки (Известна скорость распространения звука а0 в топливе при остаточном давлении Р0). Для уравнения состояния вида (3) скорость звука определим из соотношения:

1 г ,ае-1

, др ае-(Р + В(4)) зе аг

а = -и - = - =--ВЦ) - Р + ВЦ) (5)

Р Рв1.

Решая совместно (4) и (5) методом итераций при известных а0 и Ра получим С . Если известно несколько точек с значениями а0 и Р0 , то в этом случае й используется как эмпирический коэффициент, который в первом приближении определяется по температуре застывания топлива,

Методика получения уравнения состояния проверена по экспериментальным данным. Максимальная ошибка в определении скорости звука в дизтопливе, составила =* 2%, в мазуте Е-60 6.3%.

Систему уравнений (1),(2),(3) решаем методом С.К.Годунова. Расчетную область делим границами с параметрами ( Р,Л,К ) на участки с параметрами ( р,и,р ) . Численное решение разбиваем на два этапа. Первый - определение параметров на границе, второй - в участке на новом временном щаге.

Определение параметров в трубке равномерного сечения. На первом этапе определим параметры на границе по известным параметрам в участках слева и справа от нее по полной процедуре распада разрыва С.К.Годунова для жидкости с уравнением состояния (3),используя ите рационный процесс по методу Ньютона. Это позволит определять параметры в ударных волнах, интенсивных волнах разрежения и переносном течении. Массовая скорость звука для этого случая имеет вид:

»(Р-В.Р.Р)

=а-р-

ае—1

Р. • (ан-1) + (эе-1) 2-х 1 - Р

при Рко>р

=а-р-

2-ае

1 - Р.

ае-1 2эе

при

ркр<Р

где а = / ае. (р^)/р ; Р1= (Ркр + В)/(р + В) Передвигаясь по расчетной области от участка к участку, определим параметры (Р.У.Й) на границах всех участков.

Во втором этапе - определим параметры в каждом участке на новом временном шаге. В участке размером Аг процесс рассматривается в течение малого промежутка времени Ат такого, чтобы выполнялось неравенство Куранта: Ах < Ах/(аш). Законы сохранения (I), (2) и уравнение состояния (3) позволяют вычислить эти средние для участка значения (р1,и1,р]'):

из (I): =(р-\ + Л- ( - \иьЗь))/ У1

(6)

из (2): иа =(и-р-7а+ а-1- (ЯДЛ^ (РгГр* Ь^У^^ (Рь~р* )) )/7г-р'1

из (3): р% = /( рг >

- 2-й-р-У 'и •йъ/У^-р'1

(7) (8)

Здесь индексами ■-> и ь отмечены параметры соответственно на левой и правой границе участка. Согласно накопленному опыту расчетов для повышения точности вычислений рекомендуется выбирать р* ввиде: р"=0.5(Рп+Рь).

Полученные в результате расчета величины ра,и\р1 приближенно описывают состояние газа в момент времени 1=п;0+А1. Если их принять за начальное состояние и опять провести расчет по описанной схеме, то получим параметры в момент времени а=го+2-Аг и т.д.

Задача, когда одна стенка подвижна, является частным случаем

участка с равномерным сечением, при котором имитируется не-

проницаемость границы, а изменение объема участка учитываем величинами-входящих в уравнения объемов и .

Расчет параметров в канале со скачкой площади поперечного сечения. Разобьем расчетную область так, чтобы через каждый скачок площади проходила граница, разделяющая соседние участки с параметрами (р,и,р)п и (р,и,р)ь. На первом этапе определим параметры, бесконечно близкие по координате х к границе слева от скачка площади (Р,П,К)1 и справа (Р,У,Я)2 .

Рассмотрим задачу для жидкости с уравнением состояния (3). Для этого необходимо совместно решить уравнения распространения разделенных волн постоянной интенсивности и законов сохранения массы и энергии, которые для параметров с индексами I и 2 записываются в квазистационарной постановке с учетом коэффициента местного сопротивления 6 .

При истечении (У2>0) из участка с площадью в участок

с пощадью ( > Зг) , система имеет вид: Уравнение движения левой волны:

- «„ = <Р„ - V Уравнение движения правой волны: "г ~ "ь = <Р2 - Рь>7 И(Р2,РЬ,РЬ) Уравнение 'сохранения массы:

я^А = й*уА

Уравнение сохранения энергии:

1

Р1+ В и1

+ (1-е)—

ж

я

ж - 1

Р_+ в

я

(9)

Уравнение состояния: й = Рв1-[Р/В + 1 ]

Подставим уравнения распространения волн в законы сохранения. Из закона сохранения энергии получим квадратное уравнение относительно (Р2-рь)/ т(Рь,рь,рь) .решая которое определяем Р2.

Из закона сохранения массы определяем Р.'

Г 52 >г_Рь 11 (Ю)

Р = Р + Я!(Р ,р ,р )• и---!1 + -

1 п 1 " " I" . ^-Й, ^ т(Р2,рь,рь) 1 ]

По Р,и Р2, используя уравнение состояния, вычисляем и Я2. При

втекании (^2<0) в результате аналогичных рассуждений получаем те

же формулы для определения Р1 и Р2 , в которых изменится знак

при К .

Решение квадратного уравнения и (10) используюем для итеративного процесса, в котором в случае, если 34>> в качестве исходных принимаются Р4= рь и Р2= рь ; и при 52 принимаются Р1 = Р2 = Ркр - давление на контактном разрыве, определенное по процедура Годунова. После того, как итерации сойдутся, по уравнениям, описывающим движение волн, определим 131 и 13х .

В результате первого этапа мы определили параметры на границах слева и справа от скачка площади

сечения.

На втором этапе определим параметры в участках, прилегающих к скачку площади слева и справа, на' новом временном шаге. Для этого используем формулы (6), (7), (8), в которых для участка слева в качестве (Р,У,А,5)Ь принимаем (Р.Г/.Й.Я^, а справа в качестве (Р,У,Д,5)п принимаем (Р,£7.й,5)2.

Расчет параметров в канала о поворотом является частым случаем канала со скачком площади сечения с учетом = 52, где С - расчитывается по соотношениям для колена трубопровода.

Расчет параметров в канале со скачком площади поперечного сечения и подвиенсй стенксй, открывающей цель стока. Проведем границу между участками с параметрами (р,1£,р)п и (р,и,р)ь через скачок площади и динамический элемент.

На'первом этапе определим параметры, бесконечно близкие по кородинате х к'границе слева (Р,!/,й)1 и справа (Р,У,й)2.

Решение будем искать в классе элементарных волн с соблюдением условий "склеивания" по уравнениям сохранения в точке скачка площади с подвижной стенкой (где V - скорость стенки),, открывающей щель стока:

Уравнение движения левой волны:

^ = < Рп - Р, ) / «<*,.Р„.Р„> + Ч, - » •

Уравнение движения правой волны:

иг = < Рг ~ Ръ> ' т(Р2.Рь.Рь) + "ь " * <12>

Уравнение неразрывности (сохранения массы):

К,-/«•/ 'V ; йЙ-/ -У (13)

2 »2 2 »у V 1 1 'V V *

Уравнение сохранения энергии : ае V В а' ае В ^

+ - + ?--(14)

ае - 1 й4 2 ае - 1 й2

Уравнение состояния: Н = ра1-( Р/В + 1 J где /v - площадь щели стока, известная функция перемещения стенки W - скорость движения стенки. Uw - скорость жидкости в шели.

I - коэффициент местного сопротивления определяется по

рекомендациям И.Е.Идельчика. й = 0.5° (й4 + й2)- средняя плотность. В результате преобразований получим квадратное уравнение относительно , разрешая которое получаем скорость в щели. По уравнениям (II), (12), (13) определяем величины ,Р4.

Используем эти величины для определения скорости движения стенки, ее перемещения и открываемой площади стока.

В случае, когда площадь стока /v = 0 уравнение сохранения энергии не имеет смысла и поэтому не решается, а уравнения движения волн и сохранения массы сводятся к задаче о подвижной

стенке : 112 = Ui = О

Р2 = рь + т(Рг,рь,рь)(» - и^

На втором этапе определяем параметры в участках, примыкающих к рассмотренной границе слева и справа, так же как рассмотрено для скачка площади сечения.

Выполненная разработка схемы счета позволила описать внутреннюю область всей ТА одинаковыми уравнениями (1),(2),(3), и получить параметры течений в одномерной постановке во всех случаях, не прибегая к локальным упрощениям задачи и не применяя 2-х мерных схем счета.

Методика построения расчетной области. Каждый из описанных узлов выполнен программно в виде процедур из которых конструируется расчетная область.

Например для ТА ДКРН-90/155 объемы ТБВД в одномерной постанов ке схематизированы, как показано на рис.2(б). В местах разветвления каналов они развернуты до оси х . Сами каналы ведущие к регулирующим органам, моделируются короткими трубопроводами, заканчивающимися объемами со стоками. Сток осущуствляется в среду с постоянным давлением, равным давлению подкачивающего насоса. Регулирующие сток органы (клапаны) приводятся в действие рычажным механизмом, связанным с толкателем плунжера, поэтому закон их движения зависит от времени. На скачки площади и динамические элементы накладываются границы расчетных участков, а на полости с постоянным сечением - участки расчетной области. Плунжер моделируется непроницаемой стенкой, движущейся со скорстью У! . Для моделирования золотниковых ТНВД использована подвижная непроницаемая граница со стоком переменной площади.

Трубопровод разбивается так, чтобы границы участков попадали на резкие изгибы и изменения площадей, а участки на ровный

трубопровод одного сечения. Кривизна трубопровода больших радиусов не моделирется.

Объемы форсунки описаны теми же конфигурациями, что и ТНВД. Единственное отличие состоит в том, что подвижная стенка (игла) выдвигается в бок, увеличивая проходное сечение стока и объем участка, а ее скорость не входит в расчетные уравнения истечения. По скорости в сечении 5=5 (рис.2(б)) определяется цикловая подача и закон ее распределения по углу коленчатого вала.

Для сравнения степени детализации на рис.2(в) приведена схем. расчетной области из последних работ по моделированию процессов в ТА. В них расчет по координате х ведется только в трубопроводе постоянного сечения, а в насосе и форсунке параметры среды определяются в нольмерной постановке, что на схеме отражено круглыми объемами. Исключение представляют работа Б.Н.Файнлейба, и Б.А.Крука, однако их разработки относятся к средам, где скорость звука и плотность не зависят от давления.

Сравним результаты математического моделирования процессов в ТС с экспериментальными данными. На рис.3,4 представлены расчетин.! и экспериментальные кривые изменения давления у датчиков в начале и конце трубопровода высокого давления ТА двигателя ДКРН-90/Т55 на разных режимах винтовой характеристики при частоте вращения двигателя Я = 33,87,107 и 112 мин"*. Это показывает что разработанный метод достоверно описывает процессы в ТА.

В главе 4 кратко рассмотрены возможные приложения разработанного метода математического моделирования процессов в ТА для решения широкого круга задач.

Научные задачи. Математическое моделирование влияния закупорки сопловых отверстий распылителя форсунки на процесс топливоподачи топливной аппаратуры двигателя ЧН-22/32 показало (см.рис.5), что использование разработанной в третьей глазе модели

1.ТНВД. 2,3 - датчики. 4. форсунка.

а. - реальной ТА двигателя ДКРН-90/155.

б. - расчетная, предлагаемая в этой работе.

в. - расчетная работ современных аатороь.

Рис.3. Результата расчета кривых подъема иглы, давления у насоса и форсунки в топливной аппаратуре двигателя ДКРН-90/155 при а) »=33 мин"*, УН=2.8, г=50°С. б) »=87 мин"*, УН=4.8, г=90°С.

--Экспериментальные кривые.

-------- Расчетные кривые.

Рис.4. Результаты расчета кривых подъема иглы, давления у насоса и форсунки в топливной аппаратуре двигателя ДКРН-90/155 при а) »=107 мин"1, УН=6.2, г=Ю0°С. б) »=112 мин-1, УН=6.9, г=120°С.

--Экспериментальные кривые.

-------- Расчетные кривые.

а.

ь

Рис.5. Результата расчета кривых давления ь топливной систем двигателя 'Ш--22/32 при закупорке сшел . а. - чистае сопла. 6. - закупорено три сопла.

---Экспериментальные ¡грииые.

------- - Расчетные кривне.

Рис.6. Параметры работы двигателя 8ДКРН-90/155 по винтовом

характеристике.

- - при чистых соплах.

-------- - при закупорке солел малого диаметра.

процессов в ТА позволяет отказаться от проведения объемных и дорогостоящих лабораторных работ.

Для диагностики важно получить формы, эталонных кривых параметров в цилиндре МОД и в ТС. Поэтому объединяем программы моделирования рабочих процессов в ТА и в цилиндре. Входные данные для совместной программы : положение указателя нагрузки , оборота двигателя, параметры которые берутся по экспериментальными данным: давление подкачки и продувочного воздуха, температура сред.

Совместная работы программ дает возможность оценить изменение параметров двигателя ДКРН-90/155 при работе по винтовой (см.рис.6) характеристике (сплошные линии) и сравнить их с данными эксперимента (крестики), а затем рассчитать изменение параметров в случае , если верхний ряд сопел малого диаметра закоксозался (штриховые линии).

Решая конструкторские задачи заводов, можно произвольно менять компонозку, геметрические размеры, текущие среды и получать скоростные характеристики и другие параметры впрыска, что демонстрируется на примере ТА лицензионного двигателя ЧН-32/35.

ВЫВОДЫ

I. Разработан метод моделирования процессов в ТА судовых МОД, позволяющий учитывать зависимость плотности, скорости звука в среда от давления и реальную конфигурацию трубопровода, полостей ТНВД и Форсунки. .Численное решение уравнений движения нестационарного потока сжимаемой жидкости в трубах переменного сечения выполнено методом распада разрыва ( С.К.Годунова). Применение этой методики позволяет получить (кривые давления) параметры с точностью до ^„^7%, Д<Н3.1°п.к.в. и 2.5% по относительной интегральней

ошибке.

2. Разработана методика получения уравнения состояния по данным осциллографирования процессов в трубопроводе и данным сертификата на топливо. При использовании полученного уравнения состояния для определения скорости звука в топливах ошибка по сравнению с экспериментальными данными составила 2% для дизтоплива, и 6.3% для мазута.

3. Выполнены уточнения схем счета процессов в ТА, в которых плотность, скорость звука не зависят от давления, а сжимаемость определяется по среднему давлению. Выполненные уточнения складываются из:

а) реализации неявной, второго порядка точности, конечно-разностной аппроксимации уравнений граничных объемов;

б) использования однослойного метода характеристик для процессов в трубопроводе с переходом к расчету параметров в объемах по характеристикам;

в) учета торможения потока при истечении и втекании в объемы на границах трубопровода;

После введения уточнений схема счета может быть использована для предварительных расчетов и в качестве первого приближения по остаточному давлению для метода, учитывающего зависимость скорости звука и плотности от давления.

4. Расчетно-экспериментальным путем показано, что при моделировании процессов в трубопроводе для топлив с вязкостью от 2 до 12 сСт трение нужно учитывать по ламинарным законам.

5. На основе выполненных методом математического моделирования исследований установлено, что неравномерность вращения, крутильные колебания привода ТНВД судовых МОД и деформации сопел распылителя от давления и температуры учитывать не нужно.

6.Рассмотрены возможные варианта использования разработанной мате-

матической модели процессов в ТА МОД для решения конструкторских, диагностических и научных задач. Показана достоверность получаемых результатов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Казунин Д.В., Васькевич Ф.А. Экспериментальное определение коэффициента затухания волнового процесса в форсуночном трубопроводе // Основные направления научно-методической и научно исследовательской работы кафедры, ГМА, 1990. -С.24-26.

2. Казунин Д.В. Выбор метода численного решения системы дифференциальных уравнений, описывающих граничные условия топливных систем малооборотных дизелей // Сб.научных трудов ГМА им.С.О.Макарова, Динамика судовых энергетических установок, М.: В/О Мортехинформреклама,1991. -С.24-26.

3. Матвеев С.К., Казунин Д.В. Уточнение метода характеристик в приложении к расчету топливной аппаратуры ДВС. // Двигателестроение, 1991. J65. -С.29-30.

4. Матвеев С.К..Казунин Д.В. Метод расчета топливной аппаратуры ДВС. Сравнение расчета и эксперимента. // Разработка и внедрение перспективных технологий и устройств для строительства и реконструкции н/х объектов в свободной экономической зоне г.Ленинграда и области . Тезисы докладов конференции. Л.: 1991. -С.97-105.

5: Башуров Б.П.. Васькевич Ф.А., Казунин Д.В., Надежность топливной аппаратуры и выпускных клапанов судовых дизелей.// ДЕЛ. в В/О Мортехинформреклама, 13.11.89 Jfi 1043-мф, -12 с.

f