Введение к работе
Актуальность. Возможность эффективного воздействия на характеристики сгорания и показатели энергетической установки, работающей на жидком топливе, во многом определяются достоверностью представлений о протекании процессов, составляющих смесеобразование, в том числе распиливания топлива, современный уровень математического моделирования которых характеризуется лишь ориентировочным описанием.
В процессе распиливания жидкого топлива различают две фазы - распад струи и додрабливание капель за счет аэродинамического взаимодействия с окружающей средой. В зависимости от удельной энергии, подводимой к распиливаемой жидкости, могут устанавливаться пленочные и беспленочные формы распада струи. В работе реальней форсунки имеются нестационарные режимы, связанные с колебательными явлениями в тошшвоподащих магистралях, особенно характерные для пусковых, переходных режимов работы, а также при отсечке топлива. При этом возможна смена одной формы распада другой с изменением дисперсности распыла, что может приводить к нежелательным режимам смесеобразования.
К настоящему времени процессы распиливания топлива изучены недостаточно, хотя проведено много экспериментальных работ по оценке дисперсности распиливания и сделаны попытки обобщения результатов этих работ в виде критериальных и полуэмпирических выражений, накоплен некоторый запас определения характеристик распределения капель по размерам и ее осредненных показателей. Имеющиеся в литературе данные экспериментальных работ зачастую противоречат друг другу и не все они укладываются в рамках существующих теорий и моделей. Это может быть объяснено, во-первых, множеством применяемых методов исследований, каждый из которых тлеет сбоя погрешности измерений и ограничения по применению; во-вторых, степенью приближения модельных режимов при проведении экспериментов к реальный условиям работы форсунок, особенно по условиям нестационарности подачи. Поэтому актуальность исследований процессов распиливания жидких тсплкгв с применением наиболее информативных методов в условиях, приближенных к реальным, не только сохраняется, но в связи с ужесточением экологических требований к тепловым двигателям
еще более Рґ-^РЗСТР-ЄТ.
Целью диссертационной работы является диагностика с помощью оптической импульсной голографии нестационарных процессов распиливания топлива струйными форсунками. В качестве объекта исследований приняты форсунки дизеля, которые по условиям нестационарности работы наиболее полно охватывают возможные изменения режимов работы в процессе впрыскивания также и других тепловых двигателей. Это предусматривает: 1) создание экспериментального комплекса и разработку методики голографичес-ких исследований нестационарной топливной струи при применении системы подачи, моделирующей без искажений работу реальной топливной системы конкретного двигателя; 2) получение и обработку экспериментальных данных о макро- и микроструктуре нестационарной топливной струи; 3) разработку физической и математической модели распада впрыскиваемой струи на основе анализа полученных автором, а также имеющихся в литературе экспериментальных данных.
Научная новизна. Создан голографический комплекс для диагностики нестационарных процессов распиливания топлива и разработана методика голографической регистрации нестационарного топливного факела в любой момент его развития при циклическом впрыскивании.
Получены новые экспериментальные результаты по структуре и дисперсности топливного факела при нестационарном впрыскивании дизельного топлива нормальными закрытыми струйными форсунками в воздушную среду различной плотности, а также в жидкую среду - дистиллированную воду и д-^.злгное топ.г "~
Разработана Еихревая казитационная модель струйной форсунки.
Практическая ценность. Созданный голографический комплекс может быть использован для диагностики нестационарных процессов распиливания топлива в энергетических установках различного назначения: двигателях внутреннего сгорания, жидкостных ракетных двигателях, газотурбинных двигателях и т.д.
Полученные результаты и предложенная вихревая кавитацион-ная модель могут быть применены и применяются при проектировании и совершенствовании расшливарщих устройств в машиностроении и авиационной технике.
Реализация в проммт.тгенносі'и. Основные результаты проведенных исследований используются на Яооолавском завод» циаелъ-
ной аппаратуры (ЯЗДА) и АО "КамАЗ" при совершенствовании топливной аппаратуры дизелей. На голографическом комплексе также проводились исследования распиливания топлива одно- и двух-компонентными центробежными, струйноцентробежными жидкостными и газожидкостными форсунками, а также визуализация газовых потоков в газодинамических узлах энергетических установок методом голографической интерферометрии, результаты которых использованы на НПО "Энергия" и в НИИ Машиностроения. На защиту выносятся:
-
Голографический комплекс для диагностики нестационарных процессов распыливания, включающий натурную топливную систему исследуемой энергетической установки и методика голографической регистрации нестационарного топливного факела в любой момент его развития при циклическом впрыскивании.
-
Новые результаты по структуре и дисперсности нестационарного топливного факела, раскрывающие физическую картину внутркканального распада струи в сопловом отверстии и аэродинамического додрабливания во внешней среде.
-
Вихревая кавитационная модель струйной форсунки, выделяющая дре характерные зоны течения в канале - ядра и пристеночного кавигационного слоя.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на "Научно-технической конференции по итогам работы за 1989 - 1991 гг. КАИ - 60 лет" (Казань, 1992), на V межреспубликанских Туполевских чтениях "Актуальные проблемы авиастроения" (Казань, 1992), на XIX Молодежной научно-технической конференции "Гагарийские чтения" (Москва, 1993), на "Научно-технической конференции по итогам работы за 1992 -1993 гг. НИЧ - 50 лет" (Казань, 1994), на Международном конгрессе "Развитие мониторинга и оздоровление окружающей среды" (Казань, 1994).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 печатных работ и 4 научно-технических отчета.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Изложена на 164 стр. с 46 рисунками. Список литературы включает 143 наименования.
