Введение к работе
Актуальность работы. Показатели рабочего процесса и эффективность процесса сгорания в значительной степени определяются качеством смешения топливо-воздушной смеси в объеме камеры сгорания (КС). В связи с этим вопрос совершенствования смесеобразования относится к числу основных научно-технических прюблем этой области техники.
В дизельных двигателях смесеобразование состоит из ряда последовательно протекающих процессов: распыливания топлива форсункой и пространственного распределения топливной фазы в определенной области объема КС, определяемого текущим положением поршня в данный момент времени; одновременно с этим, теплового и динамического взаимодействия капель топлива с воздушным зарядом, образования парогазовой взвеси при испарении топлива и подготовки паров топлива к воспламенению.
Существенный вклад в развитие физических представлений о данном процессе и составляющих его физических явлениях внесли многие отечественные ученые: Д. Н. Вырубов, И. В. Астахов, А. С. Лышевский, В. А. Кутовой, О. Н. Лебедев, Ю. Б. Свиридов, В. Н. Семенов, Р. М. Петриченко, В. К. Баев, и др.
При изучении смесеобразования следует учитывать нестационарность и взаимную корреляцию вышеуказанных физических явлений. Последнее дает основание считать процесс смесеобразования одним из наиболее сложных из числа реализуемых в технических устройствах широкого использования. Сейчас уже можно говорить о том, что исследование этой проблемы, как важнейшего звена рабочего процесса ДВС, подходит к тому моменту, когда на основе полученной информации возможно построение замкнутой модели смесеобразования.
Основной целью настоящей работы является обобщение физических представлений и экспериментальных результатов и разработка адекватного комплексного представления о структуре физических явлений, составляющих процесс смесеобразования.
Объект исследования. Разработанные модельные положения и полученные результаты, в силу структурного подобия протекающих физических процессов, позволяют проводить анализ смесеобразования в камерах сгорания дизельных двигателей различной размерности и оборотности.
Методы исследования. В работе использованы современные методы математического и численного моделирования и графической обработки информации; методы подобия, методы асимптотического и структурного анализа; результаты, полученные посредством высокоточных оптических и бесконтактных экспериментальных технологий.
Научная новизна:
предложены структурная интерпретация физических процессов, определяющих распад топлива в канале сопла;
определен механизм формирования, необходимые и достаточные условия перехода процесса распада топлива в процесс распыливания;
установлено, что основной физической особенностью предельного перехода является формирование стратифицированной области высокого давления непосредственно в сопловом канале;
получены критериальные характеристики возникновения распада топлива в подигольном пространстве распылителя и критериальные соотношения, характеризующие процесс развития турбулентности в канале сопла;
сформулированы основные положения физической концепции о природе возникновения явления распыливания;
- сформулированы основные физические представления о закономерностях
развития турбулентности в области канала сопла распылителя, развития турбулентности в объеме топливной струи;
получены основные соотношения, определяющие закономерности волнового массопереноса в области внутриканального распада топливной струи;
проведен структурный анализ физических процессов структурной релаксации (распада) топлива на выходе из сопла; получены основные соотношения, описывающие массоперенос в объеме топливной струи;
построена модель динамических процессов для различных областей топливной струи; определены зависимости для расчета параметров турбулентности, построена модель теплообмена с нагретой воздушной средой;
установлены причины возникновения и определен характер волновых процессов, возникающих в объеме топливной струи; проведен анализ генерации волновых процессов; установлен механизм формирования топливной струи;
разработана модель и метод расчета вихревого движения воздушного заряда в КС дизельного двигателя;
сформулированы основные положения и определены практические аспекты комплексной модели смесеобразования;
разработана экспертная система технической ориентации и прогноза эффективности предлагаемых и используемых методов интенсификации смесеобразования; проведен анализ вопросов, связанных с проблемой реконструирования расчетных решений для различных аспектов процесса смесеобразования.
Практическая ценность Комплексная модель смесеобразования разработана в рамках единой структурной концепции и представляет возможность проследить структуру и взаимные связи физических процессов, составляющих смесеобразование с учетом всех основных экспериментально наблюдаемых физических эффектов. По-
-6-строение комплексной модели проводилось в соответствии с принципами анализа
сложного физического явления.
В результате проведенного исследования сформировано новое научное направление в изучении процессов смесеобразования, а именно - комплексный подход к анализу физических явлений, составляющих смесеобразование.
Использование данного подхода позволило обозначить структуру физических эффектов в самом явлении и сформировать объемное представление о сущности процесса в целом. Использование экспертной системы технической ориентации в сочетании с положениями метода реконструирования расчетных решений различных аспектов смесеобразования позволяет осуществлять анализ существующих и целенаправленный поиск новых приемов усовершенствования рабочего процесса дизельных
две.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско -преподавательского состава НИИВТ в 1981-84 гг., ЛКИ (1984 г.), МИВТа (1984 г.), ЛИВТа (1985 г.), рабочих совещаниях ЦНИДИ (1984-85 гг.), научных семинарах ИТФ СО АН СССР, ИАЭ СО АН СССР, ВЦ СО АН СССР, Всесоюзных конференциях ( ЛСХИ, 1985г., МВТУ им. Баумана, 1985 г., МАДИ, 1986 г.), техническом совещании НПО "АЗЛК", Международном совещании по проблемам токсичности ДВС (ЦНИДИ, 1985 г.), научно-техническом совещании кафедры корабельных дизельных и дизель-электрических энергетических установок Военно-морской Академии им.Кузнецова (1995 г.), технических совещаниях ОАО "ЗВЕЗДА" (1995,1996 гг.).
Реализация результатов работы. Материалы диссертации приняты к внедрению в ОАО "ЗВЕЗДА" при проектировании дизель-редукторного агрегата, предназначенного для использования в перспективных проектах скоростных судов с улучшенными экологическими характеристиками.
Публнкацин. Основное содержание диссертации отражено в 23 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, десяти глав, заключения и приложения. Работа содержит 282 машинописных страницы основного текста, 6 таблиц, 31 рисунок, приложение на 47 страницах; список литературы включает 173 наименования.
Автор выражает глубокую признательность доктору технических наук, профессору О. Н. Лебедеву за помощь и поддержку при проведении данного исследования.