Осредненная по объему КС температура рабочего тела, определенная с помощью однозонной модели, сильно отклоняется от ее локальных значений. Это делает однозонную модель непригодной для достоверной оценки токсичности выпускных газов или лучистого теплообмена в КС.

Больше информации: https://disk.yandex.ru/i/d_fOmu4imSxUOw

48) Тепловыделение и теплообмен в цилиндре поршневого двигателя.

Сгорая, топливо-воздушная смесь выделяет тепло, часть которого выходит в выхлопную трубу вместе с газами, другая часть переходит к деталям двигателя: поршень, клапана, ГБЦ, блок цилиндров и т.д. От поршня тепло переходит через кольца к блоку. Блок и ГБЦ омывает охлаждающая жидкость, которая, циркулируя через радиатор (большой круг) отдает ему часть тепла. Также не стоит забывать про охлаждение маслом. Радиатор и двигатель обдуваются воздухом и при этом охлаждаются. (Можно еще много посочинять на эту тему, также можно упомянуть, наверное, про трение - детали нагреваются; холодная топливно-воздушная смесь тоже остужает детали ДВС)

Больше информации: https://disk.yandex.ru/i/d_fOmu4imSxUOw

49) Понятие двух- и многозонных моделей, необходимость их введения и сравнительный анализ.

В основе двухзонной модели лежат следующие допущения:

1. Полный объем, занимаемый рабочим телом, условно делится на две части (две зоны): "несгоревшую зону", где находится еще не успевшая сгореть рабочая смесь, и "сгоревшую зону" – уже сгоревший газ (продукты сгорания). Эти две зоны разделены бесконечно тонкой линией фронта пламени, и каждая из них имеет свою температуру.

2.Каждая из двух зон для произвольного момента времени рассматривается как гомогенная, и разницы между локальными температурами внутри каждой зоны нет, могут различаться только температуры отдельных зон.

3.Давление по всему объему КС и, следовательно, внутри обеих зон для произвольного момента времени одинаково, и разницу между его локальными значениями нет.

4.После каждого изменения температуры мгновенно устанавливается химическое равновесие. На основе этого допущения определяются количественные показатели двухзонной модели.

5.Остаточные газы рассматриваются (аналогично однозонной модели) как смесь сгоревшего топлива и необходимого для его сгорания воздуха. При этом остаточные газы сначала перемешиваются в несгоревшей зоне, а потом, после начала сгорания, пропорционально к уменьшению несгоревшей зоны переводятся в сгоревшую зону, так что для каждого момента времени устанавливаются доли остаточных газов в сгоревшей и несгоревшей зонах.

Базовыми уравнениями являются уравнения первого закона термодинамики, дополнительно учитывающие изменение массы рабочего тела в зонах:

Индексы 1 и 2 – зона несгоревшей рабочей смеси и зона продуктов сгорания соответственно.

Уравнения теплового баланса для обеих зон:

Выражение определения скорости тепловыделения (полуэмпирическое):

С помощью однозонной модели рассчитывают осредненную по объему КС температуру, а по двухзонной – значения температур в несгоревшей и сгоревшей зоне.

Двухзонная модель не может дать реального изменения локальных температур, т.к. она не может учесть испарение, сгорание, турбулентное перемещение, процессы впрыска и т.д. Поэтому необходимо использовать многозонную модель, в которой каждая зона рассматривается как отдельный контрольный объём, где соблюдаются все законы сохранения.

Изменение внутренней энергии i-ой зоны записывается через уравнение первого закона термодинамики, в котором учитывается массобмен с прилегающими зонами, испарение топлива (для дизеля) и его сгорание, теплообмен и механическая работа; рассматривается k-компонентов рабочего тела:

Впервые многозонная модель была разработана в МГТУ им. Н.Э. Баумана, где в качестве основной концепции используется метод контрольных объемов (МКО), согласно которому рабочий объем цилиндра представляется как конечное число отдельных контрольных объемов (КО), для каждого из которых соблюдаются интегральные законы сохранения. В данном случае каждый из КО следует рассматривать как отдельную объемную зону, в которой после попадания части топлива происходит его испарение и сгорание.

Больше информации: https://disk.yandex.ru/i/d_fOmu4imSxUOw

50) Краткая характеристика современных программных комплексов, предназначенных для расчета рабочего процесса в ДВС.

Комплексы: подразделяются согласно используемой модели (одно, двух, многозонные)

По использованию характеристики тепловыделения:

-используя эмпирические формулы

-используя экспериментальные данные

-используя современные модели сгорания По способу учета теплообмена:

-по осредненным параметрам:

-осреднение по площади камеры сгорания

-осреднение по времени

-использование локальных параметров (применение современных моделей турбулентности)

По способу определения термодинамических параметров:

-использование системы уравнений сохранения и термодинамического равновесия

-то же + учет газодинамических явлений

1)NKIU (много эмпирически раб. в определенном диапазоне схем/топлив и т.д.)

2)DISEL_RK – включая возможности исследования двигателей на альтернативных топливах, многотопливных двигателей, двигателей с большой рециркуляцией ОГ и пр. (имеется возможность получения бесплатной версии для студентов и аспирантов)

3)AVL Boost – позволяет точно прогнозировать производительность двигателя, выбросы выхлопных газов и акустику.

4)Fire (много аналитики) – наиболее сложный, позволяет учитывать процессы нестационарного сложного радиационно-конвективного, локального теплообмена нестационарной газовой динамики, позволяет испытывать различные 3-ехмерные нестационарные модели испарения, сгорания и граничных условий.

5)Ansys

6)KIVA – программное обеспечение, управляющее сложными потоками топлива и воздуха, а также процессами воспламенения, сгорания и образования загрязняющих веществ в двигателях

7)Simcenter Star-CD (Star-CCM+ как более новая и продвинутая замена) – многоцелевой программный комплекс, предназначенный для проведения расчетов в области механики жидкости и газа, позволяя решать задачи со стационарными и нестационарными течениями и ламинарными течениями.