Математические модели программы
ДИЗЕЛЬ-РК

      В программном комплексе ДИЗЕЛЬ-РК используется широкий набор расчетных методов для моделирования происходящих в двигателе сложных физических процессов.

      Выбор математических моделей обусловлен требованиями высокой точности результатов, быстродействия и универсальности. Причем последнее условие заставило отказаться от эмпирических уравнений, работающих в узких пределах и отдать предпочтение зачастую трудоемким методам моделирующим физику процессов в ДВС. Ряд расчетных методов разработан авторами проекта.
Основные математические модели применяемые для расчета ДВС изложены в докторской диссертации: Кулешов А.С. Развитие методов расчета и оптимизация рабочих процессов ДВС. 2011. - Москва, МГТУ им. Баумана. - 235 С.

• Параметры газа в цилиндрах и коллекторах двигателя определяются путем пошагового решения системы разностных уравнений сохранения энергии, массы, а также уравнения состояния, записанных для открытых термодинамических систем. Метод разностных уравнений превосходит традиционные методы по точности и скорости в 5 раз. Учитывается зависимость свойств рабочего тела от состава и температуры.
  
  
• Для расчета сгорания в ДВС с искровым воспламенением, включая форкамерные, используется многозонная модель. Скорость тепловыделения рассчитывается по методу Вибе.
  
  
• Для расчета смесеобразования и сгорания в дизелях используется РК-модель, в основе которой лежит расчетный метод предложенный в начале 90-х годов профессором Н.Ф.Разлейцевым и в дальнейшем доработанный А.С.Кулешовым. РК-модель учитывает:
  • особенности характеристики впрыска, включая многофазный впрыск,
  • мелкость распыливания топлива,
  • ориентацию струй в камере сгорания,
  • динамику развития топливных струй,
  • взаимодействие струй с воздушным вихрем и стенками.

  Учитываются условия развития каждой топливной струи и образованных струями пристеночных потоков, а также их взаимодействие между собой. Испарение капель рассчитывается по методу, разработанному Д.Н. Вырубовым ^1,2 Возможности программы позволяют оптимальным образом подобрать конфигурацию камеры сгорания, ориентацию топливных струй, диаметры и количество сопловых отверстий, интенсивность закрутки заряда, характеристику впрыска.
  
  

• Эмиссия оксидов азота рассчитывается по термическому механизму на основе схемы Зельдовича. Определение состава продуктов сгорания осуществляется по 18 компонентам. Для определения температур используется зонная модель (методика проф. В.А.Звонова).
  
  
• Эмиссия сажи рассчитывается по методу, разработанному проф.Н.Ф.Разлейцевым.
  
  
• Учитываются конструктивные особенности системы рециркуляции отработавших газов.
  
  
• Математическая модель газообмена учитывает нестационарное течение газа в каналах, особенности конструкций 2 тактных ДВС, влияние соседних цилиндров и устройство преобразователя импульсов. Это позволяет проводить расчетную оптимизацию фаз газораспределения, а также определять наилучшую конфигурацию окон 2 тактных двигателей.
  
  
• Теплообмен моделируется раздельно для разных поверхностей, температуры которых определяются путем решения задачи теплопроводности. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке цилиндра определяется по формуле Вошни.
  
  
• Параметры турбин и компрессоров учитываются разными способами:
  • задаются в явном виде,
  • вычисляются из условия баланса турбины и компрессора,
  • определяются путем согласования характеристик турбины и компрессора.

  Методика совместного расчета поршневого ДВС и агрегатов наддува на различных режимах позволяет прогнозировать скоростные, нагрузочные, высотные и другие характеристики комбинированных двигателей. Возможен подбор агрегатов наддува для обеспечения требуемых характеристик комбинированного двигателя.
  Программа поддерживает моделирование двухступенчатых систем наддува: с приводом отдельных ступеней или только с газовой связью; моделирование системы Гипербар и т.д.
  
  

      Программный комплекс ДИЗЕЛЬ-РК позволяет проводить расчетные исследования рабочего процесса практически любых двигателей внутреннего сгорания. Использование в программе математических моделей отражающих сущность физических процессов, происходящих в двигателе, позволяет получить высокую точность результатов численного эксперимента. Опыт использования программного комплекса ДИЗЕЛЬ-РК применительно к двигателям разного размера и назначения показал, что программа позволяет проводить расчеты без трудоемкой предварительной настойки используемых коэффициентов на конкретный двигатель. Достаточно использовать включенные в программу "мастера настройки", которые на основе распространенных в двигателестроении решений сформируют файл данных пригодный для численного эксперимента.

     Правильно настроенная математическая модель комбинированного ДВС позволяет при идентичных эмпирических коэффициентах производить весьма точный расчет различных режимов работы двигателей, включая режимы малой мощности, что делает ее пригодной для определения оптимального алгоритма управления топливной аппаратурой с целью обеспечения минимальных выбросов вредных веществ.

1. Вырубов Д.Н. О методике расчета испарения топлива // Тр. МВТУ. -1954.-Вып. 25.-С. 20-34.

2. Вырубов Д.Н. Cмесеобразование в двигателях Дизеля // Сборник "Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания и их агрегатов. М.: Машгиз, 1946. с. 5-54.

Вернуться на Главную страницу