Введение к работе
Актуальность теш. Теория и практика разработки комбинированных двигателей внутреннего сгорания свидетельствуют о большой зависимости их индикаторных и ефективних показателей от конструкции впускных и выпускных систем. Рабочие процессы в этих системах в значительной мере опре^^ляют потери на газообмен, которые у отдельных тракторных двигателей сориіїного производства составляют более 10 их эффективной мощности. Оптимизация фаз газораспределения, пэраметр~з впускных и выпускных коллекторов, туроины и компрессора может резко улучшить аффективные показатели двигателя. Однако эта задача может быть решена только в рамксх общего принципа оптимизации, который гласит, что для оптимизации подсистемы необходима оптимизация системы в целом, а в число оптимизируемых параметров должны входить параметры подсистемы.
Поэтому актуальным являются моделирование рабочих процессов комбинированного двигателя в целом с учетом конструктивных и роккмных параметров системы газовоздухообмена и разработка алгоритма и программы расчета этих процессов с учетом возможностей современных персональных ЭВМ.
Цель исследований. Целгаи исслздспоп-п Я'іля::тс::
1) создание математической модели кногоцилиндрового
двигателя с газотурбішннм наддувом, позволяющей анализировать
влияние конструктивних и режимных параметров системы
газовоздухообмена на индикаторные и эффективные показатели работы
двигателя на начальной стадии его проектирования при
неопределенных начальных условиях и отсутствии детальной
прораОоки геометрии газовоздушного тракта.
2) разработка комплекса алгоритмов и программ, реализующих
математическую модель на персональных ЭВМ с учетом возможностей
современных ПЭВМ.
3) анализ рабочих процессов двигателя 8ЧВН 15/16 и
разработка рекомендаций по совершенствованию его системы
газовоздухообмена.
Методы исследования. Математическое моделирование рабочих процессов двигателя на основе фундаментальных уравнений термодинамики. Алгоритмизация модели, разработка программы расчета и постановка ее на ПЭВМ PC АТ-386. Идентификация модели
по результатам экспериментального исследования. Численный анализ рабочих процессов конкретного двигателя.
Научная новизна. Разработаны метод и подход, позволяющие легко (Гсрмировать расчетную схему двигателя с любым количеством и расположением цилиндров, коллекторов .і турбокомпрессоров в виде полостей постоянного или переменного (цилиндры) объема, связанных мевду собой каналами постоянного или переменного по углу поворота кривошипа с чения.
Создана универсальная математическая модель для исследования и описания скорости изменения массы, температуры и давания газа, для всех полостей, выделенных на расчета^! схеме двигателя. Эта модель в значительной мере упрощает алгоритм расчета парамотроЕ газа в отдельных полостях.
Допущение принципа квазистац>;онаркости процессов газоьоздухообмена на каждом саге интегрирования позволяет осуществить вычисление правых частей дифференциальных уравнений с использованием простых алгебраических зависимостей и тригонометрических уравнений, что в свою очередь упрощает алгоритм расчета и сокращает время вычислений.
Итерационный характер поиска решения за полный цикл работы двигателя, основанный на принципе замкнутости рабочего цикла позволяет получить точное решение при неточном задании начальных условий состояния газа в полостях двигателя в исходных данных для расчета.
Разработаны алгоритм и программа расчета рабочих процессов, позволяющие получить единственное и устойчивое решение задачи расчета текущих значений параметров газа во всє-x полостях двигателя с заранее заданной точностью при неопределенности начальных условий (давлений и температура газа в начале расчетного цикла).
Предложены алгоритмы, позволяющие решать перечисленные задачи с использованием ПЭВМ при приемлемых затратах машинного времени.
Практическая ценность. Нч основе разработанных методов и алгоритмов создан автоматизированный программный комплекс для исследования и совериенствования рабочих процессов дизеля с газотурбинным наддувом, реализованный на ПЭВМ IBM PC AT в диалоговом режиме. С его использованием мозкно исследовать рабочие
процессы комбинированного двигателя при вариациях 40 конструктивных и 15 рекимш.. параметров.
Практическая реализация. Программы комплекса используются на кафедре "Автотракторные двигатели" ВолгГТУ в учебном процессе и в научных исследованиях.
Апробация работы. Материала диссертации докладываясь на 31, 32, 33 и 34 ежегодных научных конференциях ВолгГТУ в 1994, 1995, 1996 и 1997 годах и на ежегодных научных семенарах кафедры "Автотракторные двигатели" ВолгГТУ в 1996 и 1997 годах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано три статьи, Быпущеш методическое указание и учебное пособие для курсового и дипломного проектироьания.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глаз, общих выводов и списка используемой литературы..Она содержит 120 страниц основного текста, 33 рисунков и 18 таблицы. Библиография включает 92 наименований, в том числе 5 на иностранном языке.