автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Влияние интенсивности вихревого движения заряда на локальные параметры рабочего процесса в двигателях с непосредственным впрыскиванием топлива

На правах рукописи

Скрипник Алексей Александрович

УДК 621.436

ВЛИЯНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ВИХРЕВОГО ДВИЖЕНИЯ ЗАРЯДА НА ЛОКАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В ДВИГАТЕЛЯХ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВПРЫСКИВАНИЕМ ТОПЛИВА

(05.04.02-тепловые двигатели)

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедре «Поршневые

двигатели»

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кавтарадзе Р.З.

доктор технических наук, профессор Марков ДА. кандидат технических наук, Девянин С.Н

Ведущая организация: ОАО ХК «Коломенский

Завод»

л£>

Защита состоится сЛ^^Я 2004 г. В час. на заседании

Диссертационного Совета Д. 212.141.09 «Тепловые и гидравлические машины» при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, Рубцовская наб., д.2/18, учебно-лабораторный комплекс, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Ваши отзывы на автореферат в 2-х экземплярах заверенные печатью, просьба высылать по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ученому секретарю Совета Д 212.141.09

Автореферат разослан «/5» 2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

Кандидат технических наук, -—

Доцент

Тумашев Р.З.

Актуальность выбранной темы можно сформулировать в виде следующих тезисов:

- расчетно-теоретические методы наряду с экспериментальными методами дают полное понимание процессов, происходящих в Камере Сгорания (КС) ДВС и, в частности, . механизмов образования токсических компонентов отработавших газов, возникновения тепловых нагрузок и т.д. С помощью новых расчетных методов можно провести всесторонний анализ рабочего процесса и выдать рекомендации по изменению существующей конструкции с целью улучшения эффективных и экологических показателей ДВС. В связи с этим многие производители финансируют крупные исследовательские проекты по разработке новых математических моделей;

- применение методов математического моделирования позволяет сократить время проектирования перспективных, а также доводки существующих двигателей, снизить затраты, расширить число рассматриваемых вариантов и улучшить технико-экономические и экологические показатели. Достижение перечисленных целей необходимо для успеха в условиях конкуренции;

- двигатели российского производства на данный момент имеют достаточно крупные резервы по доводке процессов впрыскивания, смесеобразования, сгорания, теплообмена, переработки Отработавших Газов (ОГ). Методы моделирования^ этом случае позволяют без лишних затрат произвести оптимизацию различных параметров;

- одним из требований к коммерческим программным продуктам для моделирования сложных внутрицилиндровых процессов в настоящее время является наличие интуитивно понятного пользовательского интерфейса. Время на подготовку нового специалиста в этом случае снижается. Также, сокращается время на подготовку расчетной модели, что ведет к сокращению сроков разработки и затрат.

Цель работы: Разработка расчетно-экспериментального метода исследования последовательных процессов впрыскивания и распределения топлива, образования очагов воспламенения, температурных полей в объёме камеры сгорания и тепловых нагрузок на основные детали в зависимости от вихревого движения заряда в цилиндре.

Методы исследования: В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. С помощью теоретических методов были исследованы изменения локальных параметров рабочего процесса при варьировании интенсивности вихревого движения впускного воздуха и ряда конструктивных параметров. Экспериментальная часть работы заключалась в создании специальной установки, моделирующей нестационарные тепловые нагрузки в КС дизелей. В диссертации ^игпппт.зпвяттись также опытные данные по

РОС И. С'ПНАЛЬНА*

г>" 'ЕКА | \

С Петербург ЙЮБКК

локальному теплообмену в КС, полученные в МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также в других организациях. Научная новизна:

- разработаны метод, алгоритм и программа FAKEL расчета динамики топливного факела и распределения топлива по объёму КС дизеля с непосредственным впрыскиванием в зависимости от интенсивности вихря впускного воздуха;

- предложен расчетно-экспериментальный метод прогнозирования места и времени образования очага воспламенения в факеле впрыскиваемого топлива.

Достоверность и обоснованность научных положений определяется:

использованием фундаментальных законов и уравнений термодинамики, гидродинамики и тепломассобмена с соответствующими граничными условиями, современных численных и аналитических методов реализации математических моделей;

- применением широкоизвестного программного комплекса FIRE фирмы AVL, содержащего экспериментально апробированные модели внутрицилиндровых процессов ДВС;

- применением при оценке адекватности математических моделей достоверных опытных данных, полученных на модельной установке, а также при испытаниях полноразмерных двигателей на стевде в МГТУ им. Н.Э. Баумана;

- экспериментальным подтверждением достаточной точности основных положений, принятых при создании математических моделей. Практическая значимость работы состоит в том, что:

- разработан алгоритм и программа для расчета локальных нестационарных температур рабочего тела в объёме камеры сгорания с учетом вихревого движения заряда, позволяющие с достаточной для практики точностью решать задачи проектирования перспективных, а также модернизации существующих дизелей;

- полученные значения локальных нестационарных температур рабочего тела используются для оценки эффективных и экологических показателей проектируемых и существующих двигателей, в частности, для прогнозирования тепловых потерь и теплового состояния основных деталей, а также образования локальных концентраций оксидов азота в камере сгорания;

- создана относительно простая экспериментальная установка для моделирования условий работы и тарировки датчиков нестационарного теплового потока.

Апробация работы.

Диссертационная работа заслушана и одобрена на заседании кафедры «Поршневые двигатели» (Э-2) МГТУ им. Н.Э. Баумана в июле 2001 г.

По основным разделам диссертационной работы были сделаны доклады на международной научно-технической конференции «Двигатель-97», 14-16 октября 1997г., Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана; на 3-й международной научно-технической конференции «Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе», 26-28 января 1999 г., Москва, МАДИ (ТУ); на XII Школе-Семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», 25-28 мая 1999г., Москва, МЭИ; на VIII Международной научно-практической конференции «Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС», 22-24 мая 2001г., Владимир, ВлГУ; на XXXIX Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», 2526 сентября 2002г., Москва, МГТУ «МАМИ»; на третьей Российской национальной конференции по теплообмену, 21-25 октября 2002г., Москва, МЭИ; на IX международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей», 27-29 мая 2003г., Владимир, ВлГУ; на международной конференции «Combustion and Atmospheric pollution» 712 июля 2003г., Санкт-Петербург, ИХФ РАН им. Семенова. Научная работа «Моделирование распределения впрыскиваемого топлива в камере сгорания дизеля с учетом вихревого движения впускного воздуха» отмечена грамотой Российского отделения международного концерна АББ АСЕА Браун Бовери 25 июня 1999г. Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах.

Объём диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 148 страниц основного текста, 77 рисунков и фотографий, 7 таблиц и 15 страниц со списком литературы, включающим 159 наименований. Содержание диссертации:

Во введении обоснована актуальность проблемы создания эффективных расчетно-экспериментальных методов исследования локальных параметров рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания, создания на основе этих методов программного обеспечения, удобного для использования в промышленности. Дана краткая характеристика диссертационной работы.

В первой главе проводится аналитический обзор теоретических и экспериментальных работ по исследованию динамики топливного факела современных дизельных двигателей с непосредственным впрыскиванием, методам расчета локальных температур рабочего тела в объёме КС и методам исследования локального теплообмена в КС ДВС.

Рассматриваются работы как отечественных, так и зарубежных авторов, таких как Г.Н. Абрамович, И.В. Астахов, JI.M. Белинкий, Н.Р. Брилинг, H.A. Иващенко, Р.З. Кавтарадзе, A.C. Лышевский, М.Р. Петриченко, P.M. Петриченко, Н.Ф. Разлейцев, Г.Б. Розенблит, Б.Н. Семенов, Д.А. Франк-Каменецкий, С.М. Фролов, Н.Д. Чайнов, A. Alajbegovic, W.J.D. Annand, М. Arai, J. Diwakar, G. Eichelberg, H. Hiroyasu, G.F. Hohenberg, W. Nusselt, P.J. O'Rourke, W. Pflaum, R.D. Reitz, G. Sitkei, R. Tatsehl, G. Woschni и др.

На основе проведенного анализа опубликованных работ по данной тематике, а также, потребностей современного двигателестроения была определена цель данной диссертационной работы, и были поставлены задачи, решение которых необходимо для достижения цели работы. Вторая глава посвящена созданию математической модели, алгоритма и программы расчета "FAKEL" распределения топлива по объёму камеры сгорания двигателя с непосредственным впрыскиванием. Математическая модель, при разработке которой были использованы некоторые экспериментальные данные фирмы "Cummins", описывает динамику топливного факела в вихревом потоке воздуха. В результате определяются дальнобойность 1Ш и угол раскрытия факела &т при

впрыскивании топлива в закрученном потоке воздуха, вращающегося с угловой скоростью а>„ , как функции времени (угла поворота

коленчатого вала), при этом установлено, что 1Ш ~ т 0 6 . При

этом, расчет проводится на основе следующих уравнений:

— = 0.35-(— •—, где е8 - кинетическая энергия воздушного К dc евт

заряда, евт - кинетическая энергия впрыскиваемого топлива, de -диаметр соплового отверстия форсунки, /г- дальнобойность факела

топлива при впрыскивании в неподвижный воздух; 2 • Re0 46 ■ ■ ß

J .Pt

7.4- 1-е (-436"'

О39

где 1с - длина соплового отверстия, ^ _ -0.0286 — > Рв - плотность

Рв

воздуха в цилиндре в момент впрыскивания топлива, рт - плотность

топлива. При этом Ие = , где ио - скорость истечения из соплового

V

отверстия, V - кинематическая вязкость топлива. Построена трехмерная модель факела (рис. 1) и определены концентрации топлива в его поперечном и продольном сечениях. Относительная концентрация в

поперечном сечении определяется по известной зависимости из теории

з

турбулентных струй с f У V, где с - относительная

концентрация в поперечном сечении факела, стах концентрация топлива на оси факела, у - текущее расстояние от оси факела, Ьэю -эквивалентный радиус факела.

На основе разработанной математической модели были проведены численные эксперименты в целях исследования распределения топлива по объёму КС в зависимости от таких факторов, как закон впрыскивания (в т.ч. многократный и ступенчатый), конструкция форсунки и интенсивность вихревого движения заряда (рис. 2). Для практического использования программы "FAKEL" для WINDOWS разработан удобный графический интерфейс пользователя (рис. 3), позволяющий проводить численные эксперименты с помощью варьирования параметрами модели непосредственно в окне программы и имеющий интерфейс с программой AUTOCAD для визуального анализа объемного распределения топлива в камере сгорания. При проведении численных экспериментов было выявлено, что увеличение тангенциальной скорости воздуха (рис. 4) способствует уменьшению продвижения переднего фронта факела по направлению радиуса цилиндра, что согласуется с известными экспериментальными данными. Кроме того, при увеличении тангенциальной скорости воздуха увеличивается доля топлива, распределенного в объёме камеры сгорания, по отношению к топливу, попавшему на стенки КС. Введено понятие осредненного весового фактора распределения дизельного топлива по объёму КС, представляющего собой нормированную относительную величину осредненной по времени концентрации топлива в данном контрольном объеме (рис. 5). Весовой фактор позволяет упростить описание нестационарного процесса распределения топлива и подготовить исходные данные для расчета локальных температур в объёме КС и локального теплообмена в КС ДВС.

Третья глава посвящена моделированию локальных температур, локальных очагов воспламенения и локального теплообмена в камере сгорания. В главе описан концептуальный подход к расчету локальных параметров рабочего тела на основе многозонной модели с применением метода контрольных объёмов (МКО), разработанной в МГТУ им. Н.Э. Баумана. В частности, дано краткое описание алгоритмов расчета процессов испарения и сгорания топлива в отдельных зонах (контрольных объемах (КО)), метод учета турбулентного массообмена и сложного теплообмена между КО и участками стенки камеры сгорания. Локальные нестационарные температуры рабочего тела в объёме КС

определяются в результате решения системы дифференциальных уравнений:

Ти^-+Ттс ^И + Аи | Ли йтсп =

£- и1к , + т!ксГк + шит Г + А"сг , -4 йх ь ¿г аг ¿т

- ^ 1Г V. Ь^/^Х

Где Т, - температура в ¡-том контрольном объёме, остальные обозначения являются общепринятыми в термодинамике и теории ДВС. Рассчитанные локальные температуры существенно отличаются от осредненной по объему цилиндра температуры, полученной, как правило, путем пересчета индикаторной диаграммы давления (рис. 6). Использование вычисленных значений локальных нестационарных температур при расчете тепловых нагрузок на основные детали двигателя, а также при оценке локальных концентраций оксидов азота в цилиндре дизеля, проведенных с помощью алгоритмов и программ, ранее разработанных в МГТУ, дает хорошее совпадение с опытными данными. Это указывает на адекватность модели для расчета локальных температур рабочего тела, непосредственное измерение которых связано с большими трудностями.

Предложена математическая модель смешения плоской топливной струи с воздухом в условиях дизельного двигателя. Модель удовлетворительно описывает профили скорости и концентрации топлива в слое смешения. Дополнение модели уравнением изотермической химической реакции позволило определить местоположение очага самовоспламенения, которое согласуется с экспериментальными наблюдениями (рис.7).

дри ( ,где £ = _£ехр|__- химический источник

дх ду V ЯТ)

концентрации вещества, 1 - длина перемешивания по Толлмину.

du ди ,2 ди д

ри — + pv— = /--

дх ду ду ду

ди

ду

др i^JtlL

Udx+Vdy~ ду ду1 + Проведенное варьирование давлением газа в

цилиндре, температурой газа и давлением топлива в форсунке показало чувствительность модели к изменению внешних параметров и выявило некоторые тенденции изменения геометрического места воспламенения в зависимости от этих параметров.

Расчет рабочего процесса дизеля был проведен также с помощью программы FIRE фирмы AVL. Было установлено, что в двигателе ЧН 16,4/12,3 максимальные локальные температуры рабочего тела достигают 2500К (рис. 8 и 9), что существенно выше максимального значения средней по объёму температуры. Локальные мгновенные

тепловые потоки в местах взаимодействия горящего факела топлива со стенками КС при горении топлива на порядок больше по сравнению с тепловыми потоками до воспламенения. Очаги воспламенения возникают на расстоянии 12-15 мм от соплового отверстия при 3-5° угла п.к.в. после ВМТ.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию локального теплообмена в КС. В целях исследования создана экспериментальная установка для моделирования локальных тепловых нагрузок в КС дизелей. Установка позволяет испытывать образцы с отложениями нагара и без него, различными керамическими покрытиями, а также, проводить калибровку датчиков (рис. 10). Дана оценка погрешностей при измерении нестационарных тепловых потоков в случае применения датчика, действующего по принципу дополнительной (вспомогательной) стенки. В результате обработки проведенных ранее под руководством проф. Кавтарадзе Р.З. исследований четырехтактного дизеля КамАЗ-7405 автором были определены локальные нестационарные тепловые потоки в камере сгорания быстроходных дизелей (места установки датчиков показаны на рис. 11) при увеличении интенсивности воздушного вихря на 20% и в условиях серийного двигателя в широком диапазоне изменения нагрузочных и скоростных режимов их работы (рис. 12). Интенсивность теплообмена существенно зависит от протекания рабочего процесса в цилиндре и определяет так называемые динамические граничные условия, т.е. локальные тепловые нагрузки на основные детали двигателя (поршень, головка, гильза, клапаны и т.д.), напряженное состояние которых и является основным ограничением при форсировании дизелей по мощности. Однако, как показал анализ экспериментальных данных, полученных на двигателях семейства КамАЗ-7405, увеличение интенсивности закрутки в исследуемом диапазоне не приводит к увеличению локальных тепловых нагрузок и не препятствует форсированию двигателя по мощности, что соответствует результатам проф. М.Р. Петриченко, полученным теоретическим путем. Основные выводы к диссертационной работе

1. Разработана математическая модель, алгоритм и программа расчета 'TAKEL" распределения топлива по объёму КС, учитывающая влияние интенсивности вихревого движения впускного воздуха на развитие топливного факела. В целях использования программы "FAKEL" для WINDOWS разработан удобный интерфейс;

2. Предложен метод построения трехмерной модели топливного факела, учитывающий замену реального сечения факела на эквивалентное при воздействии на него вихря воздуха. Метод позволяет определить значение среднего фактора веса распределения топлива в процессе впрыскивания для каждого конкретного момента времени расчета

рабочего цикла. Результаты расчета используются как исходные данные для расчета локальных температур рабочего тела в пространстве КС;

3. Топливный факел в КС дизеля рассматривается, как турбулентная струя плотной среды, смешиваемой с окислителем (воздухом). Физический процесс смешивания на основе системы двумерных уравнений неразрывности, количества движения и диффузии с использованием длины смешивания по Толлмину. Введение в уравнение диффузии дополнительного источникового члена, учитывающего изменение концентрации топлива вследствие протекания химических реакций, позволяет определить момент и геометрическое место воспламенения. Сопоставление полученных данных с известными экспериментальными данными дает хорошее совпадение, указывающее на достоверность разработанной модели.

4. Усовершенствованы алгоритм и программа расчета, разработанные в МГТУ им. Баумана и предназначенные для расчета локальных температур рабочего тела в КС и локального теплообмена в дизелях. Введенные автором отдельные разработки и программные модули (БАКЕЬ, определения весового фактора распределения топлива, момент и геометрическое место воспламенения) повышают достоверность многозонной модели и позволяют сократить время на подготовку исходных данных для расчета;

5. Использование полученных значений локальных нестационарных температур при расчете тепловых нагрузок на основные детали двигателя, а также при оценке локальных концентраций оксидов азота в цилиндре дизеля дает хорошее совпадение с опытными данными. Это указывает на адекватность разработанной модели для расчета локальных температур рабочего тела, непосредственное измерение которых связано с большими трудностями;

6. При непосредственном участии автора создана экспериментальная установка для моделирования локальных нестационарных тепловых потоков в КС ДВС. При этом используются датчики теплового потока, действующие на принципе дополнительной стенки. Установка позволяет моделировать тепловые нагрузки на поверхности КС с учетом смещения очагов сгорания в результате воздействия боковой закрутки потока.

7. Изменение интенсивности вихря в цилиндре дизеля 4ЧН 18/20 от 0 до 40 рад/с приводит к изменению содержания топлива в отдельном контрольном объёме до 40 %. Расчет локальных температур в КС дизеля 4ЧН 18/20 при изменении интенсивности вихря от 0 до 40 рад/с показал увеличение локальных температур в отдельно взятом КО на 100К. Расчет локальных температур в двигателе 8ЧН12/12 показал существенное различие средней температуры в цилиндре (около 1700К) и максимальной температуры в отдельно взятом КО (2700К). Определение геометрического места и момента воспламенения показало, что,

воспламенение происходит на периферии исходной топливной струи в глубине слоя смешения. Расчетное расстояние от среза соплового отверстия (х =0,1У =0) до месга воспламенения (~9 мм) вполне согласуется с экспериментальными наблюдениями по воспламенению осесимметричных дизельных струй. Моделирование рабочего процесса по программе FIRE показывает, что в двигателе ЧН 16,4/12,3 максимальные локальные температуры рабочего тела достигают 2500К. Локальные мгновенные тепловые потоки в местах взаимодействия горящего факела топлива со стенками КС при горении топлива на порядок больше по сравнению с тепловыми потоками до воспламенения. Очаги воспламенения возникают на расстоянии 12-15 мм от соплового отверстия при 3-5° угла п.к.в. после ВМТ.

8. Сопоставление полученных расчетных результатов с опытными данными, в том числе и других авторов, указывает на их хорошее согласование. Это позволяет использовать разработанные математические модели при создании перспективных и доводке существующих дизелей с непосредственным впрыскиванием.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Скрипник A.A. Исследование распределения впрыскиваемого топлива в камере сгорания дизеля с учетом вихревого движения впускного воздуха // Двигатель-97: Материалы международной научно-технической конференции. - М., 1997. -С. 24-25.

2. Экспериментальная установка для моделирования нестационарных тепловых потоков в камере сгорания / Кавтарадзе Р.З., Арапов В.В., Ван Ичунь, Скрипник A.A. // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Труды XII Школы-Семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. -М., 1999. -С. 153-154.

3. Влияние интенсивности вихря впускного воздуха на локальные температуры рабочего тела в цилиндре двигателя / Кавтарадзе Р.З., Арапов В.В., Скрипник A.A., Ван Ичунь. // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках. Труды XII Школы-Семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. -М., 1999. -С. 155-158.

4. Моделирование локальных температур рабочего тела в объёме КС дизеля с непосредственным впрыскиванием топлива / Кавтарадзе Р.З., Арапов В.В., Скрипник A.A., Ван Ичунь. // Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе: Тезисы докладов 3-й международной научно-технической конференции. -М., 1999. -С. 157

5. Скрипник A.A. AVL FIRE - Важный инструмент в процессе разработки и доводки ДВС // Совершенствование мощностных,

экономических и экологических показателей ДВС: Материалы VIII международной научно-практической конференции. -Владимир, 2001. -С. 233-234.

6. Скрипник A.A. Опыт фирмы AVL List GmbH в применении методов моделирования для разработки двигателей и автомобилей // Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров: Тезисы докладов международной научно-технической конференции ААИ. -М., 2002. -С.65.

7. Расчетно-экспериментальное исследование локальных температур и локальных концентраций оксидов азота в КС дизеля / Голосов A.C., Кавтарадзе З.Р., Онищенко Д.О., Скрипник A.A. // Труды третьей Российской национальной конференции по теплообмену. -М., 2002. -Том 8.-С. 114-117

8. Скрипник A.A., Фролов С.М., Кавтарадзе Р.З. Моделирование воспламенения в топливной струе // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: Материалы IX Международной научно-практической конференции. -Владимир, 2003. -С. 329-331.

9. Frolov S.M., Skripnik A.A., Kavtaradze R.Z. Modeling of Diesel Spray Ignition // Combustion and Atmospheric Pollution. -M.: Torus Press ltd., 2003. -P. 220-227.

Vtfc

Рис. 1. Трехмерная модель факела.

Рис. 2 Распределение топлива в цилиндре дизеля.

Данные для моделирования распределения топлива по камер* сгорания дизеля

Угол наклона саллоеых отверстии град ООО

Диаметр цилинарв. м |0160

Глубина камеры в порсьнэ н | ¡3 000 Ход поршня м Длина шатуна. м < Частота вращений к е , Ствлвнь сжатия

Число сблповыж отверстий

Угод поворота коленчатого вши

Пвьлениай |*йитральном канале

Давление ддилиндреДМПа]

Температура г аза в цилиндре, р

С 0005727984

Обьбм одного Факела нЗ 00005«96*9

Ресчёт окончен

МПуси| ДПанапьМстаан | В'МюдаойУУагД-Д | ЯИ1евая панапь МС [|ДРака1 КЦ'ИР!^ 23 00

Рис. 3 Графический интерфейс пользователя программы "РАКЕС"

а)

б)

В)

Рис. 4 Распределение топлива в камере сгорания дизеля при угловой скорости свежего заряда О рад/с (а), 20 рад/с (б) и 40 рад/с (в), в)

„ 1.20Е+00 и

£ 1.00Е+00 а.

[2 8.00Е-01

I- 6.00Е-01

| 4,00Е-01

а 2.00Е-01 и

° 0.00Е+00

О Пз <о ^Ок^^Ьг^г^^^^Ь^»^

Номер КО

IX

т

I"! I И !"И'1 1"РН-М-1 I I I 1"1"1'1"1"1"Н I I I"!"!1

1111 И

11,11

Р+-

Рис. 5. Осредненный фактор веса распределения топлива.

I Рис. 6. Сравнение локальных температур (индекс указывает на номер

1 КО) и среднемассовой температуры Тср рабочего тела в камере сгорания

дизеля 8ЧН 12/12.

(

V X, мм

Рис. 7. Расчетное определение местоположения очага воспламенения в слое смешения топливной струи. 1 * - место воспламенения.

--------траектории некоторых выбранных частиц.

__границы слоя смешения.

Рис. 8. Распределение температур газа в камере сгорания при положении поршня 25° после ВМТ.

С. as» At J. 'Ж ООО По* Temperaiure[K]

Рис. 9. Распределение температур газа в камере сгорания (сечение с максимальной температурой) при положении поршня 25° после ВМТ.

I Рис. 10. Схема экспериментальной установки для моделирования

' локального нестационарного теплообмена в КС ДВС:

I

1-электромотор, 2-водяной холодильник, 3-охлаждающая вода, 4-металлический диск, 5- гаситель брызг воды, 6-образец, 7-датчик | теплового потока, 8 и 14-усилитель, 9-блок питания, 10-осциллограф, 11-

, принтер, 12-компьютер, 13-блок питания, 15-датчик скорости вращения

диска, 16 и 18-венгиль, 17-нагнетатель воздуха, 19-газовый баллон, 20, газовая горелка.

П7 п8 пг гэо гб

Рис. 11. Схема расположения датчиков теплового потока на головке блока цилиндров КамАЗ.

а)

1200000-1 —— Мв=0,38 Н* м —-Мв=0,32Н«м

1000000-

900000 60000С к \ /ч

<00000

2000000- ж.-

200 100 0 100 200 ЭОО 400 500 ООО ♦ .ФЗД

1000000 -Мв=0,32 Н*м ---Мв=0,38 нти

400000

£

б)

♦ .град

В)

Рис. 12. Зависимость плотности теплового потока от интенсивности закрутки воздуха двигателя КАМАЗ (датчик Г6 - а; датчик Г18 - б; датчик ГЗО - в).

Подписано в печать 9.04.2004 г. Формат 60x90,1/16. Объем 1,0 пл. Тираж 100 экз. Заказ № 85

Отпечатано в ООО "Фирма Блок" 107140, г. Москва, ул. Русаковская, д. 1. т. 264-30-73 www blokOl centre.narod.ra Изготовление брошюр, авторефератов, переплет диссертаций.

РНБ Русский фонд

2006-4 8697

' /и

г i m 2004 f ■> ?r

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В КАМЕРАХ

СГОРАНИЯ ДИЗЕЛЕЙ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ

ВПРЫСКИВАНИЕМ ТОПЛИВА

1.1. Моделирование динамики топливного факела

1.1.1. Факел дизельного топлива, как турбулентная струя.

1.1.2. Факел в виде отдельно летящих капель дизельного топлива.

1.2. Методы расчета локальных температур рабочего тела в объёме КС

1.2.1. Исследование процесса сгорания

1.3. Методы исследования теплообмена в КС ДВС

1.3.1. Нестационарный осредненный по поверхности КС теплообмен

1.3.2. Локальный теплообмен в камере сгорания

В настоящее время требованием двигателестроительной промышленности является интенсивное применение компьютерного моделирования в процессе разработки продукции [1]. Это требование вызвано острой конкурентной борьбой на рынке двигателей и автомобилей, где основными факторами, влияющими на конкурентоспособность продукции, являются снижение сроков разработки продукции, снижение стоимости разработки продукции, снижение стоимости самой продукции и повышение ее качества. Сейчас существует много программного обеспечения (ПО) для моделирования различных физических процессов. Методы моделирования, заложенные в основу этого ПО, обладают широкими возможностями. Однако, эти методы моделирования необходимо внедрить более глубоко в процесс разработки.

Простые математические модели дают возможность выбора оптимальной конструкции из большого числа вариаций на стадии концептуального проектирования и на начальных стадиях разработки.

С усложнением спецификации продукции увеличивается сложность математических моделей. Из-за увеличения числа параметров точность результатов расчета должна проверяться в период изготовления прототипов. Такая проверка является необходимым условием дальнейшего развития расчетных методов. В результате инженер получает уверенность в том, что рабочие условия численной модели близки к реальности.

На всех стадиях процесса разработки двигателя необходимо, чтобы знания и опыт разработчиков двигателей, накопленные за долгие годы работ, тесно переплетались с использованием методов математического моделирования при прогнозировании и оптимизации различных конструктивных элементов двигателя , и с испытаниями прототипов.

Методы математического моделирования в этом случае подтверждаются и корректируются накопленными инженерными знаниями и опытом с одной стороны и испытаниями прототипов с другой стороны, а сами в свою очередь дают возможность пополнять знания и опыт новыми нетривиальными решениями и ведут процесс разработки по оптимальному пути, экономя время и материал на создании нежизнеспособных прототипов [2].

Создавая в условиях современного производства временные команды, состоящие из опытного инженера-разработчика, математика и испытателя, а такой метод применяется на ведущих фирмах мира, можно наиболее оптимальным образом внедрить в производство методы математического моделирования и сократить затраты ресурсов на разработку и запуск в производство двигателя.

Вклад каждой из этих составляющих изменяется в процессе разработки:

На стадии принятия стратегического решения Know-How доминирует, а упрощенные математические модели используются для прогнозирования тенденций системы или подсистем.

На стадии концептуального проектирования роль моделирования существенно возрастает. К этому моменту Know-How предоставляет несколько концептуальных решений. Методы компьютерного моделирования в этом случае должны обеспечить результаты более высокого качества, на основании которых можно будет сделать выбор из концептуальных решений.

В процессе выбора и проектирования первичного поколения двигателей, которое делает концептуальную конструкцию завершенной, используются математические модели высокой сложности. Эти модели должны гарантировать, что первый прототип двигателя представляет оптимальную отправную точку для как можно более быстрого достижения целей разработки.

Во время разработки первичного поколения двигателей интенсивно используются как методы математического моделирования, так и методы моделирования на испытательных стендах. При этом достигается существенное улучшение качества моделирования.

Во время работ над вторым поколением двигателей доминируют методы моделирования на испытательном стенде. Расчетные методы используются частично для быстрого решения проблем. При этом, требования к точности и скорости получения результатов очень высоки.

Во время серийного производства двигателей, следующего за процессом разработки реального двигателя, роль методов математического моделирования существенно снижается. На этой стадии доминируют испытания двигателей на автомобиле.

Для того чтобы методы компьютерного моделирования стали частью вышеописанного процесса разработки, необходимо, чтобы выполнялись следующие условия:

- Достоверность результатов.

Достоверность результатов моделирования достигается тем, что все члены команды принимают участие в процессе разработки. Это также гарантирует, что сильные стороны и ограничения, как расчетных методов, так и эксперимента оцениваются правильно, а соответствующие усилия используются эффективно.

В зависимости от сложности системы сразу должны быть определено, что физические модели описывают продукт с достаточной точностью, затраты на моделирование обоснованы, расчетные методы сразу предоставляют быстрые и достоверные результаты. Эра, во время которой инженеры-расчетчики предсказывали будущее без эксперимента, далеко позади. Только оптимальное взаимодействие методов моделирования и эксперимента ведет к получению лучших результатов.

- Интеграция времени и потока данных результатов.

Фраза «Результаты расчетов всегда опаздывают и появляются только после изготовления прототипа» мешает полному внедрению моделирования в процесс разработки. Для полной интеграции компьютерного моделирования в процесс разработки необходимо гарантировать следующее:

- прямую связь между различными продуктами моделирования и между моделированием и экспериментом;

- краткое время, необходимое для подготовки модели, проведения расчета и оценки результатов.

Прямая связь

В прошлом обмен данными производился между различными форматами CAD (IGES, VDA-FS, STEP, и т.д.) с ограниченным успехом. В настоящее время необходимо прямое соединение, то есть разные программные модули должны получать прямой доступ к данным.

Прямой доступ необходим в процессе разработки. Расчетные сетки должны генерироваться как можно быстрее на основе твердотельных моделей CAD. Кроме того, прямое соединение методов компьютерного моделирования и испытаний приведет к существенному улучшению эффективности проведения испытаний.

Краткое время обратной связи

Снижение времени получения результатов является одним из наиболее важных требований к программному обеспечению для моделирования.

Если полное время, отводимое на проектирование, должно быть сокращено в двое, то сокращение времени подготовки модели до одной десятой по сравнению с современными затратами времени на моделирование является минимальной целью, которую нужно достигнуть в ближайшие три года. Это возможно только при использовании:

- методов автоматической генерации сеток (Например, на подготовку расчетной сетки КС ДВС со впускными и выпускными каналами вручную уходит примерно 30 часов, с использованием ПО для автоматической генерации сеток AVL FAME -1.5 ч.);

- высокопроизводительных векторных и параллельных компьютеров;

- удобных и многофункциональных процедур оценки результатов и Зх мерной визуализации результатов;

- обеспечение удобного для пользователя создания модели и предоставление результатов анализа в удобной форме.

Увеличение объёмов работы в команде на сегодняшний день является одним из требований процесса разработки. Инженеры участвуют в различных областях процесса разработки в одно время, и важно предоставить им программное обеспечение с как можно более унифицированным пользовательским интерфейсом.

Необходимо подчеркнуть, что для того, чтобы методы моделирования не только поддерживали, но и вели процесс разработки, необходимо более тесное совместное использование моделирования и испытаний прототипов.

Диссертационная работа посвящается моделированию рабочего процесса в дизелях с непосредственным впрыскиванием топлива. В частности, исследуются вопросы динамики топливной струи и распределения топлива по объёму камеры сгорания в зависимости от интенсивности вращательного движения заряда. Предложены математическая модель для расчета локальных нестационарных температур рабочего тела в объёме цилиндра двигателя, а также, модель для прогнозирования места и момента времени возникновения локальных очагов сгорания в пространстве цилиндра двигателя. Проверка математических моделей осуществлялась на специальной экспериментальной моделирующей установке, спроектированной и разработанной при непосредственном участии автора. Были также использованы экспериментальные результаты, полученные на кафедре Э-2, а также в других организациях при испытании полноразмерных двигателей.

Актуальность выбранной темы диссертационной работы вытекает из изложенного текста (см. выше) и её можно сформулировать в виде следующих тезисов:

1. Расчетно-теоретические методы наряду с экспериментальными методами дают полное понимание процессов, происходящих в камере сгорания ДВС и, в частности, механизмов образования токсических компонентов отработавших газов, возникновения тепловых нагрузок и т.д. С помощью новых расчетных методов можно провести всесторонний анализ рабочего процесса и выдать рекомендации по изменению существующей конструкции с целью улучшения эффективных и экологических показателей ДВС. В связи с этим многие производители финансируют крупные исследовательские проекты по разработке новых математических моделей.

2. Применение методов математического моделирования позволяет сократить время разработки новой продукции, снизить затраты при разработке, расширить число рассматриваемых вариантов и улучшить качество продукции.

Достижение перечисленных целей необходимо для успеха в условиях конкуренции.

3. Двигатели российского производства на данный момент имеют достаточно крупные резервы по доводке процессов впрыскивания, смесеобразования, сгорания, теплообмена, переработки ОГ. Методы моделирования в этом случае помогают без лишних затрат произвести оптимизацию различных параметров.

4. Одним из требований к коммерческим программным продуктам для моделирования физических и химических процессов в настоящее время является наличие интуитивно понятного пользовательского интерфейса. Время на подготовку нового специалиста в этом случае снижается. Также, сокращается время на подготовку расчетной модели, что ведет к сокращению сроков разработки и затрат.

Цель работы: разработка расчетно-экспериментального метода исследования последовательных процессов впрыскивания и распределения топлива, образования очагов воспламенения, температурных полей в объёме камеры сгорания и тепловых нагрузок на основные детали в зависимости от вихревого движения заряда в цилиндре.

Методы исследования: В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. С помощью теоретических методов были исследованы изменения локальных параметров рабочего процесса при варьировании интенсивности вихревого движения впускного воздуха и ряда конструктивных параметров. Экспериментальная часть работы заключалась в создании специальной установки, моделирующей нестационарные тепловые нагрузки в КС дизелей. В диссертации использовались также опытные данные по локальному теплообмену в КС, полученные в МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также в других организациях.

Научная новизна:

1. Разработаны метод, алгоритм и программа FAKEL расчета динамики топливного факела и распределения топлива по объёму КС дизеля с непосредственным впрыскиванием в зависимости от интенсивности вихря впускного воздуха.

2. Предложен расчетно-экспериментальный метод прогнозирования места и времени образования очага воспламенения в факеле впрыскиваемого топлива.

Достоверность и обоснованность научных положений определяются:

1. Использованием фундаментальных законов и уравнений термодинамики и тепломассобмена с соответствующими граничными условиями, современных численных и аналитических методов реализации математических моделей;

2. Применением широкоизвестного программного комплекса FIRE фирмы AVL, содержащего экспериментально апробированные модели внутрицилиндровых процессов ДВС.

3. Применением при оценке адекватности математических моделей достоверных опытных данных, полученные на специальных экспериментальных установках, созданных в МГТУ им. Н.Э. Баумана, и при испытаниях полноразмерных двигателей.

4. Экспериментальным подтверждением достаточной точности основных положений, принятых при создании математических моделей.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

1. Разработан алгоритм и программа для расчета локальных нестационарных температур рабочего тела в объёме камеры сгорания с учетом вихревого движения, позволяющие с достаточной для практики точностью решать задачи проектирования перспективных, а также модернизации существующих дизелей;

2. Полученные значения локальных нестационарных температур рабочего тела используются для оценки эффективных и экологических показателей проектируемых и существующих двигателей, в частности, для прогнозирования тепловых потерь и теплового состояния основных деталей, а также образования локальных концентраций оксидов азота в камере сгорания;

3. Создана относительно простая экспериментальная установка для моделирования условий работы и тарировки датчиков нестационарного теплового потока.

Апробация работы;

Диссертационная работа заслушана и одобрена на заседании кафедры «Поршневые двигатели» (Э-2) МГТУ им. Н.Э. Баумана в октябре 2000 г.

По основным разделам диссертационной работы были сделаны доклады:

1. На международной научно-технической конференции «Двигатель-97», 14-16 октября 1997г., Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана;

2. На 3-й международной научно-технической конференции «Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе», 26-28 января 1999 г., Москва, МАДИ (ТУ);

3. На XII Школе-Семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», 25-28 мая 1999г., Москва, МЭИ;

4. На VIII Международной научно-практической конференции «Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС», 22-24 мая 2001г., Владимир, ВлГУ;

5. На XXXIX Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», 25-26 сентября 2002г., Москва, МГТУ «МАМИ»;

6. На третьей Российской национальной конференции по теплообмену, 21-25 октября 2002г., Москва, МЭИ;

7.На IX международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей», 27-29 мая 2003г., Владимир, ВлГУ.

• 8. На международной конференции «Combustion and Atmospheric pollution» 7-12 июля 2003г., Санкт-Петербург, ИХФ РАН им. Семенова.

Научная работа «Моделирование распределения впрыскиваемого топлива в камере сгорания дизеля с учетом вихревого движения впускного воздуха» отмечена грамотой Российского отделения международного концерна АББ АСЕ А Браун Бовери 25 июня 1999г.

Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах [138, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157].

Объём диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 148 страниц основного текста, 77 рисунков и фотографий, 7 таблиц и 15 страниц со списком литературы, включающим 159 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель, алгоритм и программа расчета "FAKEL" распределения топлива по объёму КС, учитывающая влияние интенсивности вихревого движения впускного воздуха на развитие топливного факела. В целях использования программы "FAKEL" для WINDOWS разработан удобный интерфейс.

2. Предложен метод построения трехмерной модели топливного факела, учитывающий замену реального сечения факела на эквивалентное при воздействии бокового вихря. Метод позволяет определить значение среднего фактора веса распределения топлива в процессе впрыскивания для каждого конкретного момента времени расчета рабочего цикла. Результаты расчета используются как исходные данные для расчета локальных температур рабочего тела в пространстве КС.

3. Топливный факел в КС дизеля рассматривается, как турбулентная струя плотной среды, смешиваемой с окислителем (воздухом). Физический процесс смешивания на основе системы двумерных уравнений неразрывности, количества движения и диффузии с использованием длины смешивания по Толлмину. Введение в уравнение диффузии дополнительного источникового члена, учитывающего изменение концентрации топлива вследствие протекания химических реакций, позволяет определить момент и геометрическое место воспламенения. Сопоставление полученных данных с известными экспериментальными данными дает хорошее совпадение, указывающее на достоверность разработанной модели.

4. Усовершенствованы алгоритм и программа расчета, разработанные в МГТУ им. Баумана и предназначенные для расчета локальных температур рабочего тела в КС и локального теплообмена в дизелях. Введенные автором отдельные разработки и программные модули (FAKEL, определения весового фактора распределения топлива, момент и геометрическое место воспламенения) повышают достоверность многозонной модели и позволяют сократить время на подготовку исходных данных для расчета.

5. Использование полученных значений локальных нестационарных температур при расчете тепловых нагрузок на основные детали двигателя, а также при оценке локальных концентраций оксидов азота в цилиндре дизеля, проведенных с помощью алгоритмов и программ, ранее разработанных в МГТУ, дает хорошее совпадение с опытными данными. Это указывает на адекватность модели для расчета локальных температур рабочего тела, непосредственное измерение которых связано с большими трудностями.

6. При непосредственном участии автора создана экспериментальная установка для моделирования локальных нестационарных тепловых потоков в КС ДВС. При этом используются датчики теплового потока, действующие на принципе дополнительной стенки. Установка позволяет моделировать тепловые нагрузки на поверхности КС с учетом смещения очагов сгорания в результате воздействия боковой закрутки потока.

7. Изменение интенсивности вихря в цилиндре дизеля 4ЧН 18/20 от 0 до 40 рад/с приводит к изменению содержания топлива в отдельном контрольном объёме до 40 %. Расчет локальных температур в КС дизеля 4ЧН 18/20 при изменении интенсивности вихря от 0 до 40 рад/с показал увеличение локальных температур в отдельно взятом КО на 100К. Расчет локальных температур в двигателе 8ЧН12/12 показал существенное различие средней температуры в цилиндре (около 1700К) и температуры в отдельно взятом КО (2700К). Определение геометрического места и момента воспламенения показало, что, воспламенение происходит на периферии исходной топливной струи в глубине слоя смешения. Расчетное расстояние от среза соплового отверстия (х = 0,у = 0) до места воспламенения («9 мм) вполне согласуется с экспериментальными наблюдениями по воспламенению осесимметричных дизельных струй.

Моделирование рабочего процесса по программе FIRE показывает, что в двигателе ЧН 16,4/12,3 локальные температуры рабочего тела достигают 2500К, что существенно выше осредненных значений температуры 1380К. Локальные мгновенные тепловые потоки в местах взаимодействия горящего факела топлива со стенками КС при горении топлива на порядок больше по сравнению с тепловыми потоками до воспламенения. Очаги воспламенения возникают на расстоянии 12-15 мм от соплового отверстия при 3-5° угла п.к.в. после ВМТ.

8. Сопоставление полученных расчетных результатов с опытными данными, в том числе и других авторов, указывает на их хорошее согласование. Это позволяет использовать разработанные математические модели при создании перспективных и доводке существующих дизелей с непосредственным впрыскиванием.

1. Блаховский Х.П. Новый метод разработки двигателя концепция виртуального двигателя // Материалы V международной конференции во Владимире.-Владимир, 1998. -С. 156-158.

2. Dr. Rainer. G.P. Simulation leading the development process // SEOUL 2000 Fisita World Automotive Congress. -Seoul, 2000. -P.418-421.

3. Lord Rayleigh G.R. Instability of Liquid Jet // Science Papers. -1913. -Vol. IV.-P. 197.

4. Weber C., Angew A. Researches of Jet Instability // Math. Mech. 1931. -Vol. 11.-P. 136

5. Miller H.E., Beardsley E.G. Spray Penetration with Simple Fuel Injection Nozzle // NACA report. -1926. No. 222, -P. 116.

6. Lee D.W. Measurements of Fuel Distribution Within Sprays for Fuel Injection Engines // NACA report. 1936. - No.565. -P.246-247.

7. Астахов И.В. Приближенный метод оценки конуса распыла, дальнобойности и мелкости распыла струи топлива бескомпрессорного дизеля // Дизелестроение. -1939. -№10. -С. 46-58.

8. Лышевский А.С. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками. -М.: Машгиз. -1963. 146 с.

9. Sitkei. G. Kraftstoffaufbereitung und verbrennung bei dieselmotoren. — Berlin, 1964.-95 s.

10. Disintegrating process and spray characterization of fuel jet injected by a diesel nozzle / Arai M., Tabata M., Hiroyasu H., Shimizu M. // SAE Papers. -1984. -No. 840275. -P. 34-36.

11. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. Физматгиз. -1960. 341 с.

12. Sitkei G. Contribution to the Theory of Jet Atomization // NASA reports. -1963. -No. F129. -P. 47

13. Hakki Oz. I. Calculation of Spray Penetration in Diesel Engines // SAE Trans. -1969. Vol. 78. -P. 12-15.

14. Melton R.B. Diesel Fuel Injection Viewed as Jet Phenomenon // SAE Papers. -1971.-No. 710132. -P. 17-21.

15. Albertson M.L. Diffusion of Submerged Jets // Trans. ASCE. -1950. -Vol. 115.-P. 115.

16. Forstall W., Shapiro A.H. Momentum and Mass Transfer in Coaxial Gas Jets // Journal of Applied Mechanics. -1956. -Vol. 72. P.950.

17. Forstall W., Gaylord E. W. Momentum and Mass Transfer in Submerged Water Jets // Journal of Applied Mechanics. -1955. -Vol. 22.-P.33.

18. Baker L.R. The Mixing of Two Parallel Streams of Dissimilar Fluids: Phd. Thesis. California Institute of Technology. -Passadena, 1944. 129 p.

19. Hu Hing. On the Turbulent Mixing of Two Fluids of different densities: Phd Thesis. California Institute of Technology. -Passadena, 1944. 147 p.

20. Bhathar P. An investigation on the Diffusion of Momentum and Mass of Fuel to a Diesel Fuel Spray. -Bombay: Indian Institute of Technology, 1978.-76 p.

21. Kadaphi R. Fuel Spray Trajectory in Diesel Engines // Power machinery. -Cairo, 1978. -№2. -C.26-27.

22. Dukowicz J.K. A Particle Fluid Numerical Model for Liquid Sprays // J. Сотр. Physics. -1980. -No. 35. -P. 229-253.

23. Von Kunsberg S.C., Tatshl R. Spray Modelling / Atomisation Current Status of Break Up Models // Turbulent Combustion of Gases and Liquids. -Lincoln: I MECH E, 1998. -P. 129-137.

24. Reitz R.D., Diwakar J. Structure of High Pressure Fuel Sprays // SAE papers. -1987. -No. 870598. -P. 237-242.

25. Su T.F., Patterson M.A., Reitz R.D., Farrell P.V. Experimental and Numerical Studies of High Pressure Multiple Injection Sprays // SAE papers. -1996. -No. 960861. -P. 343-351.

26. In-Cylinder Measurement and Modeling of Liquid Fuel Spray Penetration in a Heavy Duty Diesel Engine / Ricart L.M., Xin J., Bower G.R., Reitz R.D. // SAE papers. -1997.-No.971591, -P. 123-129.

27. Reitz R.D., Bracco F.V. Break Up Regimes of Round Liquid Jets // Encyclopedia of Fluid Mechanics. Houston: Gulf Pub. Co., 1987. -P. 245252.

28. Habchi C., Baritaud T. et al. Modeling Atomization and Break Up in High Pressure Diesel Sprays // SAE papers. -1997. -No. 970881. -P. 16-21.

29. O'Rourke P.J., Amsden A.A. The TAB Method for Numerical Calculation of Spray Droplet Break Up // SAE Papers. -1987. -No. 872089. -P. 18-23.

30. Tanner F.X. Liquid Jet Atomization and Droplet BreakUp Modeling of Non Evaporating Diesel Fuel Sprays // SAE papers. -1997. -No. 970050. -P. 3639.

31. Tanner F.X., Weisser G., Simulation of Liquid Jet Atomization for Fuel Sprays by means of a Cascade Drop BreakUp Model // SAE papers. 1998. -No. 980808. -P. 29-35.

32. Hu K.Y., Gosman A.D. A Phenomenological Model of Diesel Spray Atomization // Proceeding of The International Conference on Multiphase Flows. -Tsukuba, 1991. -P.78-83.

33. Arcoumanis C., Gavaises M. Effect of Fuel Injector Processes on the Structure of Diesel Sprays // SAE papers. -1997. -No. 970799. -P. 213-214.

34. Pelloni P., Bianchi G.M. Modeling the Diesel Spray BreakUp by Using a Hybrid Model // SAE papers. 1998. -No. 980945. -P. 13-16.

35. Tatschl R. Diesel Spray Break-Up Modeling Including Multidimensional Cavitation Nozzle flow effects // ILASS EUROPE 2000. -Darmstadt, 2000. -P.345-349.

36. Alajbegovic A., Grogger H.A., Philipp H. Calculation of Transient Cavitation in Nozzle using the Two Fluid Model // ILASS 99. -Indianapolis, 1999.-P. 451-458.

37. Amsden A.A., O'Rourke P.J., Butler T.D. KIVA-II A Computer Program for Chemically reactive Flows with Sprays. - Los Alamos, 1989. - 70 p.

38. Liu A.B., Reitz R.D. Modeling the Effects of Drop Drag and BreakUp on Fuel Sprays // SAE papers. 1993. -No. 930072. -P. 72-76.

39. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. -Харьков: Вища школа, 1980. 128 с.

40. Bhaskar Т. and Pramod S. Mehta. A Multi-Zone Diesel Combustion Model Using Eddy Dissipation Concept // Comodia 98: The Fourth International Symposium. Kyoto, 1998. - P. 213-218.

41. Tatschl R., Pachler K., Winklhofer E. A Comprehensive DI Diesel Combustion Model for Multidimensional Engine Simulation // Comodia 98: The Fourth International Symposium. Kyoto, 1998. - P. 73-77.

42. A Mathematical Model for Hydrocarbon Autoignition At High Pressures / Halstead M. P., Kirsch L.J., Prothero A. and Quinn C.P. // Proc. R. Soc. Lond.- 1975.-P. 515-538.

43. Nusselt W. Der Warmeubergang in der Verbrennungskraftmaschine // V.D.I.Forschung Heft. -1923. -S. 264-267

44. Белинкий JI.M. Теплоизлучения в камере сгорания быстроходного двигателя с воспламенением от сжатия. -М.: Машгиз, 1955. -92с.

45. Eichelberg G. Some new investigation on old combustion engine problems // Engineering. -1939. -№ 10. -P. 463

46. Nusselt W. Der Warmeiibergangskraftmaschinen // VDI. Forschimgsheft. -1923.-№264. -S. 43-47.

47. Брилинг H.P. Исследование рабочего процесса и теплопередачи в двигателе дизеля. -М., 1931. -215 с.

48. Pflaum W., Molenhauer К. Warmeubergang in der Verbrennungskraftmaschinen.-Wien: Springer-Verlag, 1977.-347s.

49. Кавтарадзе P.3., Петриченко M.P. Эволюция учения о теплообмене в дизелях от Нуссельта до наших дней // Двигателестроение. -1993. -№1 -С. 33-35.

50. Кавтарадзе Р.З. Экспериментальные методы определения нестационарных локальных тепловых нагрузок на поверхностях камер сгорания дизелей. -М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1995. -49 с.

51. Bendersky D.A. Special Thermocouple for measuring transient temperatures. // Mech. Engr. -1953. -№75. -P. 117-121.

52. Le-Feuvre Т., Myers P. and Uyehara O. Experimental instantaneous heat fluxes in a diesel engine and their correlation //SAE Preprints. -1969. -№434. -P. 1-21.

53. Кавтарадзе P.3., Лапушкин H.A., Лобанов И.Е. Исследование теплоизолирующего действия слоя нагара на поверхностях КС дизеля с использованием обратных и сопряжённых методов теплопроводности // Изв. вузов. Машиностроение, 1997. -№ 4-6. -С. 70 -76.

54. Oguri Т. On the coefficient of heat transfer between gases and cylinder wall of spark ignition engine // Bull. JSME. -1960. -Vol.3. -№11. -P. 363.

55. Oguri T. Radiant heat transfer in diesel engine // SAE Trans. -1972. №720023.-P. 231-239.

56. Overbye V.D. Unsteady heat transfer in engines // SAE Trans. -1961. Vol.69. -P. 273-283.

57. Woschni G. A universally applicable equation for the instantaneous heat transfer coefficient in the internal combustion engine // SAE Trans. -1967,-№670931.-P. 174-180.

58. Woschni G. Heat insulation of combustion chamber walls-a measure to decrease the fuel consumption of I.C.engines // SAE Trans. -1987. -Vol. 96. -№870339. -P. 19-28.

59. Sitkei G., and Ramanaich G.V. A rational approach for calculation of heat transfer in diesel engines // SAE Trans. -1972. -№720027. -P. 120-126.

60. Le-Feuvre T. et al. Experimental instantaneous heat fluxes in a diesel engine and their correlation // SAE Trans. -1969. -№ 690464. -P. 237-242.

61. Annand W.J.D. and Ma Т.Н. Instantaneous heat transfer rates to the cylinder head surface of a small compression ignition engine // Proc. Instn. Mech. Engrs.-1971/72. -Vol. 76. -P. 179-183.

62. Annand W.J.D. Heat transfer in the cylinder of reciprocating internal combustion engines //PIME. -1963. -Vol. 177. -P. 63-71.

63. Annand W.J.D., Pinfold D. Heat transfer in the cylinder of a motored reciprocating engine // SAE papers. -1980. -№800457. -P. 120-124.

64. Alkidas A.C., R.M. Cole. Transient heat flux measurements in a divided-chamber diesel engine // Trans. ASME, J. Heat Transfer. -1986. -Vol.101, №2.-P. 302-312.

65. Alkidas A.C. Heat transfer characteristics of a spark-ignition engine // Trans. ASME. J.Heat Transfer. -1980. -Vol. 102. -P. 310-319.

66. Whitehouse N.D. et al. Heat transfer in compression-ignition engines // Proc. Inst. Mech. Engrs. -1971/1972. -Vol.185. -P. 290-311.

67. Hassan H. Unsteady heat transfer in a motored I. C. engine cylinder // Proc. Inst. Mech. Engrs. -1970/1971. -Vol. 185. -P. 71-80.

68. Kamel M., Watson N. Heat transfer in the indirect injection diesel engine // SAE papers. -1979. -№790826. -P. 120-126.

69. Dent J.C., Sulaiman S.J. Convective and radiative heat transfer in a high swirl direct injection diesel engine //SAE Trans. -1977. №770407. -P. 204208.

70. Enomoto Y., Furuchama S. Study on thin film thermocouple measuring instantaneous temperature on surface of combustion chamber wall in internal combustion engine //Bull. JSME. -1986. -Vol. 29, №256. -P. 126-170.

71. Klell M., Wimmer A. Oberflae chentem peratu raufhehmer mit Platin Masswiderstanden zur Bestimmung des instationaren Wandwaermeueberganges // MTZ. -1990. -№51. -S. 7-8.

72. Bethel S., Anderson C.L. An infrared technique for measuring cycle-reserved transient combustion-chamber surface temperatures in a fired engine // SAE papers. -1986. -№860240. -P. 96-103.

73. Elser K. Der instationare Waermeuebergange in Diesel-Motoren. Mitt. Inst. Thermodyn // Verbrennungsmot, ETH. -1954. -№15. -S. 69-73.

74. Hohenberg G.F. Advanced approaches for heat transfer calculation // SAE paper. -1979. -№790825. -P. 427-432.

75. Кавтарадзе Р.З. Об определении нестационарного теплового потока в цилиндре поршневых машин // Сообщения АН Грузии. (Тбилиси). -1982. -Т. 106, №3.-С. 565-568.

76. Петриченко P.M. Физические основы внутрицилиндровых процессов в ДВС. -Л.: Машиностроение. -1983. 314 с.

77. Петриченко P.M., Петриченко М.Р. Конвективный теплообмен в поршневых машинах. Л.: Машиностроение. -1979.- 231 с.

78. Стефановский Б.С. Прогнозирование локальных тепловых нагрузок в теплонапряженных деталях ЦПГ. Ярославль, 1976. - 53 с.

79. Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов Л.И. Теплонапряженность ДВС. Л.: Машиностроение, 1979. - 222 с.

80. Кавтарадзе Р.З. Решение краевых задач теплопроводности для деталей сложной конфигурации методом контрольных объемов // Изв. вузов СССР. Машиностроение. -1988. -№5. С. 74-78.

81. Иващенко Н.А., Петрухин Н.В. Методика совместного моделирования рабочего процесса и теплового состояния СПГ адиабатного двигателя. // Изв. ВУЗ. Машиностроение. 1987. - №2. - С.61-65.

82. Кавтарадзе Р. 3. Приближенное определение локального коэффициента теплоотдачи в цилиндре дизеля с полуразделенной камерой сгорания. // Известия ВУЗ. Машиностроение. -1985. -№5. -С. 86-91.

83. Кавтарадзе Р.З. Решение задач конвективного и сложного теплообмена в камере сгорания дизеля с учетом пристенного турбулентного течения // Теплофизика высоких температур. -1990. -Т. 28, №5. -С. 969 -977.

84. Kawtaradse R.S. Zur Ableitung allgemeiner Beziehungen zur Berechnung der Geschwindigkeit der Gasstromung in einer halbgeteilten Brennkamner // Schiffbauforschung. 1988. -№1. -S. 619-629.

85. Duggal V.K., Kuo T.W., Mulkerjee T. Three-dimensional modeling of in-cylinder process in D I diesel engines // SAE papers. -1984. -№840227. -P. 200-204

86. Lavigne P. A., Aderson E.L. Unsteady heat transfer and fluid flow in porous combustion chamber deposits // SAE papers. -1986. -№8602411.-P. 341-352.

87. Anderson C.L., Prakash C. The effects of variable conductivity on unsteady heat transfer in deposits // SAE paper. -1985. -№850048. -P. 47-57.

88. Nishiwaki K. Unsteady thermal behavior of engine combustion chamber deposits // SAE papers. -1988. -№881225. -P. 302-316.

89. Теплоизолирующее воздействие нагара в камере сгорания дизеля / Арапов В.В., Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З., Лапушкин Н.А. // Рабочие процессы дизелей. -Барнаул: Изд-во АлтГТУ им. Ползунова, 1995. -С.3-9.

90. Розенблит Г.Б. Исследование теплопередачи в дизелях. Диссертация на соискание ученой степени докт.техн.наук. Харьков, 1977. -456 с.

91. Розенблит Г.Б. Теплопередача в дизелях. -М.: Машиностроение. -1977. -216с.

92. Розенблит Г.Б. Экспериментальное определение нестационарного теплового потока в стенке камеры сгорания дизелей // Энергомашиностроение. -1970. -№6. -С. 17-23.

93. Oguri Т., Aizawa Т. Radiant heat transfer in the cylinder of a diesel engine // JARI Tech. Memo. -1972. -№10. -P.357-368.

94. Flynn P., Mizsaawa M., Myers P.S. An experimental determination of the instantaneous potential radiant heat transfer within an operating diesel engine // SAE papers. -1972. -№720022. -P. 240-247.

95. Oguri T. Radiation heat transfer of combustion flames in a diesel engine // Bull. JSME. -1985. -Vol. 28, №238. -P. 189-194.

96. Pfriem H. Problem der periodischen Waermeubergang mit Bezug auf Kolbenmaschinen // VDI Forsch. -1940. -Bd. 10, №1. -S. 305-311.

97. Nusselt W. Der Warmeubergang in der Verbrennungskraftmaschine. // V.D.I.Forschung Heft. -1923. -S. 264-267.

98. Eichelberg G. Some new investigation on old combustion engine problems //Engineering. -1939. -№12. -P. 463

99. Isshiki N. and Nishiwaki N. Study an laminar heat transfer during piston compression including side wall and convection effects // Proc. Fourth Int. Heat Transfer Conference, FC3.5. -Paris-Versailles, 1970. -P. 371.

100. Isshiki N. and Nishiwaki N. Study on inside heat transfer of the combustion chambers of internal combustion engines // Bull. JSME. -1975. -Vol. 18, №115-126.-P. 19-25.

101. Dao K., Uyehara O.A., Myers P.S. Heat transfer rates at gas-wall interfaces in motored piston engine // SAE Trans. -1973. -№730632. -P. 349-356.

102. Grief R., Namba T. and Nikajam M. Heat transfer during piston compression including side wall and convection effects // Int. J. Heat Mass Transfer. -1978.-Vol. 22. -P. 93-102.

103. Nikanjam M., Greif R. Heat transfer during piston compression. // ASME. J. Heat Transter. -1978. -Vol. 100. -P. 210-219.

104. Ramos J.I., Humphrey J.A., Sirignano W.A. Numerical prediction of axisymmetric laminar and turbulent flows in motored reciprocating internal combustion engines // SAE paper. -1979. -№790356. -P. 219-225.

105. Morel Т., Mansor N.N. Modeling of turbulence on internal combustion engines // SAE paper. -1982. -№820040. -P. 307-318.

106. EL Tahry S.H. Repuation for compressible reciprocating engine flow. // Journal of Energy. -1983. -Vol. 7, №4. -P. 190-211.

107. Ikegami M., Kidoguchi Y. and Nishiwaki K. A multi-dimensional model prediction of heat transfer in non-fired engines // SAE papers. -1986. -№860467. -P. 294-299.

108. Jennings M.J. and Morel T. Modeling of turbulent heat transfer with application to 1С engines // SAE papers. -1987. -№872104. -P. 310-319.

109. Boni A.A. Numerical simulation of flame propagation in internal combustion engines: a status report // SAE papers. -1978. -№780316. -P. 238-243.

110. Gosman A.D. and Harvey P. S. Computer analysis of fuel-air mixing and combustion in an axisymmetric D.I. engine // SAE paper. -1982. -№820036. -P. 148-153.

111. Diwaker R. Assessment of the ability of a multi-dimensional computer code to model combustion in a homogeneous charge engine // SAE paper. -1984. -№840230. -P. 254-260.

112. H. Pohlman. Berechnung der ortlichen und zeitlichen Verteilung der Warmestromdichte im Kolbenmotor // MTZ. -1989. -№50. -S. 23-30.

113. Duggal V.K., Kuo T.W., Mulkerjee T. Three-dimensional modeling of in-cylinder process in D I diesel engines // SAE papers. -1984. -№840227. -P. 200-204.

114. Gilaber P., Pinchon P. Measurements and multi-dimensional modeling of gas-wall heat transfer in a SI engine. // SAE papers. -1988. -№880516. -P. 21-29.

115. Кавтарадзе Р.З. Локальный радиационно-конвективный теплообмен в камере сгорания быстроходного дизеля // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. -1996.-№1.-С. 21-36.

116. Knight В.Е. The problem of predicting heat transfer in diesel engines // Proc. Instn. Mech. Engrs. -1964-1965. -Vol. 179, №3. -P. 65.

117. Davis G.C. The effect of in-cylinder flow processes (swirl, squish and turbulence) on engine efficiency-model predictions // SAE papers. -1982. -№820045. -P. 129-135.

118. Poulos S.G., Heywood J.B. The effect of chamber geometry on spark ignition engine combustion // SAE papers. -1983. -№830334. -P.204-212.

119. Rao V.K. Convective heat transfer in reciprocating engines // Proc. Inst. Mech. Engrs. -1985. -Vol.199, №03. -P. 310-316.

120. Boulouchos К., N. Hannoschoeck. Der Warmetransport zwischen Arbeitsmedium und Brennraumwand // MTZ. -1986. -Bd.47, №9. -S. 405409.

121. Morel Т., Keriber R. A model for predicting spatially and time resolved convective heat transfer in low-in-piston combustion chambers // SAE papers. -1985. -№850204. -P. 309-314.

122. Petrichenko M.R., Valishvili N.V., Kavtaradze R.Z. Boundary Layer in a vortex flow over the stationary plane // Thermophisics and Aeromechanics. -2002. Vol.9, No.3, -P.391-402.

123. Chang S.L., Rhee K.T. Computation of radiant heat transfer in diesel combustion // SAE papers. -1983. -№831332. -P. 105-110.

124. Menguec M.P., Viskanta R., Ferguson C.R. Multidimensional modeling of radiative heat transfer in diesel engines // SAE paper. -1985. -№850503. -P. 124

125. Chapman M. A time-dependent spatial model for radiant heat transfer in diesel engine // SAE Trans. -1983. -Vol.92, №831725. -P. 219-224.

126. Morel Т., Keribar R. Heat radiation in D.I. diesel engines // SAE papers. -1986. -№860445. -P. 39-46.

127. Hoag K.L. Measurement and analysis of the effect of wall temperature on instantaneous heat flux // SAE Trans. -1986. -Vol.95. -P.26.

128. Enomoto Y., Furuhana S. Heat transfer into ceramic combustion chamber wall of internal combustion engines. // SAE Trans. -1986. -Vol. 95. -№8601276. -P. 332-337.

129. Furuhama S., Enomoto Y. Heat transfer into ceramic combustion wall of internal combustion engines // SAE. Trans. -1987. -Vol.96. -№870153. -P. 120.

130. Morel T. Heat transfer experiments in an insulated diesel // SAE paper. -1988. -№880186. -P. 401-410.

131. Huang J.С., Borman G.L. Measurements of instantaneous heat flux to metal and ceramic surfaces in a diesel engine // SAE Trans. -1987. -Vol.96, №870155.-P. 331-338.

132. Абрамович Г.И. Теория турбулентных струй. -М.: Наука, 1984. -343 с.

133. Семенов Б.Н., Павлов Е.П., Копцев В.П. Рабочий процесс высокооборотных дизелей малой мощности. -Д.: М/С. -1990. -214 с.

134. Астахов И.В. Подача и распыливание топлива в дизелях. -М.: М/С. -1972.-145 с.

135. Frolov S.M., Mack A., Roth P. Diffusion Model of Dust Lifting Behind a Shock Wave//Universitat-GH-Duisburg.-Duisburg, 1998.-P. 131-135.

136. Desantes J.M., Arregle J., Pastor J.V. Characterization of Local Fuel Concentrations and Internal Dynamics in D.I. Diesel Sprays // SAE Papers. -1997. -No. 970797. -P. 123-125.

137. Скрипник A.A. Исследование распределения впрыскиваемого топлива в камере сгорания дизеля с учетом вихревого движения впускного воздуха // Двигатель-97: Материалы международной научно-технической конференции. -М., 1997. -С. 24-25.

138. Страдомский М. В., Максимов Е.А. Оптимизация температурного состояния деталей дизельных двигателей. -Киев: Наукова Думка, 1987. -168 с.

139. Круглов М.Г., Кавтарадзе Р. 3. Краевые задачи теплопроводности для транспортных энергетических установок и их решение численным методом // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. -1989. -№5. -С. 149-157.

140. Максимов Е.А., Кавтарадзе Р.З., Бенидзе Д.Ш. Методика экспериментального определения мгновенных значений плотностей тепловых потоков и температур поверхности камеры сгорания ДВС на рабочих режимах// Двигателестроение. -1989. -№10. -С. 47-49.

141. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. -М.: МГТУ, 2001. -592 с.

142. Махов В.З. Процессы сгорания в двигателях.-М.: МАДИ, 1980, -230 с.

143. Heywood J.B. Internal combustion engine fundamentals. -New York: McGraw Hill, 1988.-125 p.

144. Frolov S.M., Mack A., Roth P. Researches of Combustion process in I.C. Engines // Archivum Combustionis. -1993. -Vol. 13, № 3—4. -P. 221.

145. Абрамович А. П. Турбулентные струи жидкости. -M.: Гостехтеориздат. -1953.-240 с.

146. Desantes J. М., Arregle J., Pastor J.V. Fuel spray studies // SAE trans. -1997. -No.970797. -P. 231.

147. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. -М.: Наука. -1967. -347 с.

148. Noskov М. A., Frolov S. М., Wolanski P., Tatschl R. Ignition in a Diesel Spray // Archivum Combustionis. 1995. - Vol. 15. № 2. - P. 49.

149. Frolov S.M., Skripnik A.A., Kavtaradze R.Z. Modeling of Diesel Spray Ignition // Combustion and Atmospheric Pollution. -M.:Torus Press, 2003. -P. 220-227.

150. Скрипник А.А. AVL FIRE — Важный инструмент в процессе разработки и доводки ДВС. // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС: Материалы VIII международной научно-практической конференции. Владимир, 2001. -С. 233-234.

151. Алексеев В.П., Вырубов Д.Н. Физические основы процессов в камере сгорания поршневых ДВС. -М.:МВТУ. -1977. -84 с.

152. Лобанов И.Е, Ван Ичунь. Влияние слоя нагара на поверхности камеры сгорания на нестационарные параметры рабочего тела. // Теплопроводность, теплоизоляция: Вторая российская национальнаяконференция по теплообмену. -М., 1998. С. 150-153.