Введение к работе
Актуальность исследования. Важной частью задачи снижения эбестоимасти перевозок морским транспортом является поиск путей эздания экономичных и надежных энергетических установок.
Современные суда оснащаются главными дизелями с изобарным аддувом. Их высокие техники-экономические показатели в значительной гепени определяются совершенством процессов прямоточно-клапанного ізообмена и эффективностью агрегатов наддува.
Снижение потерь энергии газов в выпускной системе и интенсифика-т газообмена вследствие увеличения мощности турбокомпрессора и аряда воздуха в цилиндре создают предпосылки для дальнейшего орсирования рабочего цикла.
Большинство исследований газовой динамики выпускных систем эсвяиено изучению процессов в дизелях с импульсным наддувом, звестно больиое число экспериментальных и расчетных работ по выбору птимальных конструкций выпускных трубопроводов. В этих работах вижение газов в выпускных трубопроводах рассматривалось в одно -вумерном приближении в составе замкнутых численных моделей рабочего роцесса.
В изобарных системах наддува принцип "сглаживания", заложенный их основу, позволял не учитывать влияние динамических явлений в ыпускных трактах. Однако экспериментальные данные фирмы МАИ Ь' и В оказывают, что в прямоточно-клапанных дизелях с изобарным наддувом мплитуды колебания давления в выпускном коллекторе и воздушном есивере превыиают общий динамический перепад на продувку и могут ызвать ухудшение процесса очистки-наполнения цилиндров.
Известно также, что присущее этим системам интенсивное смешение отоков газа в вші>: ,<ном коллекторе и связанные с ним дисгипативные отери снижают энергетические характеристики тракта.
Задача уменьшения потерь энергии газа и интенсификации газопбме а становится особенно актуальной в связи с дальнейшим форсированием изелей наддувом и увеличением расхода воздуха в рабочем процессе овременных двигателей. Например, в высокофорсированных дизелях фирмы artsila типа VASA 46 с постоянным давлением наддува Pj,n^ " 0.4 МПа ля упорядочения движения газа к турбине, снижения потерь -пюргии и овериенствования процесса газообмена вводится профилированный ыпускной коллектор.
Течение газа в объеме выпускного коллектора двигателя с изопар-ым наддувом носит пространственный характер и не может рассматри-аться в рамках одно - двумерной теории. Требуется углубление опыта
- г -
численного моделирования на основании описания трехмерных потоков газовыпускных трактах, их влияния на процессы в цилиндре в перио газообмена и формирование параметров газа перед турбиной.
Следовательно с позиции развития численных моделей рабочег процесса и обоснования применяемых конструктивных ремений, направлен ных на улучвение технико-экономических характеристик современны высокофорсированных судовых дизелей с изобарным наддувом задач исследования газовой динамики выпускной системы и ее влияния н рабочий процесс дизеля является актуальной.
Цель работы состоит в разработке численных моделей рабочег процесса судовых малообрротных дизелей с изобарным наддувом с учето газовой динамики, выпускных трактов.
Методика исследований основывается на опыте численного моделиро вания рабочих процессов судовых дизелей и решении многомерных зада1 газовой динамики по методу С.К. Годунова.
Достоверность резцльтатов модельных исследований определяете: постановкой задачи в рамках основных законов сохранения и проверке! адекватности результатов моделирования с экспериментальными данным: фирмы НИН - БиВ и с полученными автором на стенде Брянского мамино строительного завода.
Научная новизна заключается в следующем:
Разработана и программно реализована замкнутая модель рабочей процесса малооборотнго судового дизеля с прямоточно-клапанным газо обменом с учетом газовой динамики выпускной системы, представленноі схемой трехмерного течения газа в выпускном коллекторе.
Исследованы нестационарная структура объемного течения газа і выпускных коллекторах различной конфигурации и влияние конструктивны) элементов выпускной системы на протекание газообмена в цилиндра: дизеля.
- Разработаны рекомендации по интенсификации газообмена і
повнаению экономичности малооборотных дизелей выпуска Брянской
машиностроительного завода.
- Обоснованы допущения и показана возможность создания упрощен
ных математических моделей для инженерных расчетов рабочих процессоЕ
современных малооборотных дизелей с изобарным наддувом.
Практическая ценность состоит в использовании замкнутых численных моделей на стадии доводки и оптимизации рабочего процесса судовых малооборотных дизелей, а именно:
Полученные результаты о динамике выпускной система позволили выделить конструктивные элементы дизеля, влияющие на различные стадии процесса газообмена в цилиндре.
Разработаны рекомендации по изменении конструкции выпускной системы и настройке дизелей БМЗ, имеющие целью интенсификацию газообмена и повышение топливной экономичности.
- Замкнутая многоцилиндровая математическая модель рабочего
процесса двигателя с изобарным наддувом может быть использована в'
качестве базы для углубленных исследований процессов в отдельных
частих дизеля.
Упроченные модели рабочего процесса, полученные на базе полной многоцилиндровой модели дизеля ускоряют реиение инаенерных задач аптимизационной настройки двигателя на максимальний топливную экономичность и могут быть использованы при разработке эталонных моделей цла целей диагностирования рабочего процесса дизеля.
Реализация работы.
На основании >:::::олнешшх исследований разработаны и нашли применение на Брянском машиностроительном заводе следующие продукты:
математические модели расчета ;абочего процесса дизелей;
программный комплекс оптимизационной настройки дизеля на мак-:имальную топливную экономичность в поле диаграммы выбора ппецифика-іионной мощности, разработанный при участии автора на кафедре СДВС "МА им.адм. СО. Макарова под руководством д.т.н. С.В. Камкина. (роме того, в конструкторский отдел Брянского маяинострпительного іавода переданы рекомендации по' изменении конструкции выпускной :истемы и перерегулировке дизелей типа ДКРН-І0.12.
Апробация работы. Основные половения диссертации докладывались іа Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы развития ;омбинированных двигателей внутреннего сгорания и двигатальй новых
хек и на новых топливах" с Москва 1ПП7), на Всесоюзной научно-тохни-ійской конференции "Актуальные' проблемы развития двигател':й ! ы1тр»н-:его сгорания и дизельных установок" (Ленинград !Я'!0). па научно
ехнических конференциях в Государственной морской Академии (Ю'З.Ї,
333).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов, изложена на І49 страницах основного текста, содеряит 46 рисунков, перечень литературы в 95 наименований, одно приложение.
