Численное исследование течения через дроссельные заслонки поршневых двигателей

Дроссельные клапанные устройства нашли широкое применение в современных двигателях, например, в бензиновых двигателях для регулирования режима работы, а в дизельных — для регулирования проходных сечений впускного коллектора с целью создания вихревого движения воздуха в камере сгорания. Для обоснования применения дроссельных устройств необходимо знать их характеристики (коэффициент расхода, размеры проходных сечений и др.), для вычислений которых проводятся эксперименты и расчеты. В предлагаемой работе с помощью программного комплекса ANSYS Fluent выполнено численное моделирование пространственного течения через дроссельные заслонки, применяемые во впускных системах автомобильных поршневых двигателей с количественным смесеобразованием. Представлены соответствующие поля газодинамических параметров, получены зависимости коэффициента расхода от угла поворота заслонки, которые необходимы для расчетов газообмена в двигателях. Показано хорошее согласование полученных результатов с результатами соответствующих экспериментов. Результаты исследования будут полезны при проектировании впускных и выпускных систем поршневых двигателей.

Литература

[1] Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 720 с.

[2] Гришин Ю.А., Сонкин В.И. Впускные системы. Машиностроение. Энциклопедия. Двигатели внутреннего сгорания. Т. IV-14, Москва, Машиностроение, 2013, с. 441–461.

[3] Гришин Ю.А., Хмелев Р.Н. Способы постановки граничных условий при численном моделировании газодинамических процессов в ДВС. Известия ТулГУ. Сер. Автомобильный транспорт, 2003, № 7, с.161–167.

[4] Хмелев Р.Н. Математическое и программное обеспечение системного подхода к исследованию и расчету поршневых двигателей внутреннего сгорания. Тула, Изд-во ТулГУ, 2011. 229 с.

[5] Чесноков С.А., Дунаев В.А. Тепломассообмен и горение в автомобильных двигателях. Тула, Изд-во ТулГУ, 2012. 400 с.

[6] Сарпкая Т. Гидродинамический момент и кавитационные характеристики дроссельных клапанов. Тр. американского общества инженеров-механиков, сер. Е, 1961, т. 28, № 4, с. 36–44.

[7] Бельтюков В.П., Гришин Ю.А., Киселев Б.А. Аналитическое определение коэффициентов расхода дроссельных заслонок ДВС. Повышение эффективности автомобильных и тракторных двигателей: Межвуз. сб. науч. раб. Москва, МАМИ, 1985, вып. VII, с. 128–136.

[8] Волков К.Н., Емельянов В.Н. Вычислительные технологии в задачах механики жидкости и газа. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2013. 468 с.

[9] Белов И.А., Исаев С.А. Моделирование турбулентных течений. Санкт-Петербург, БГТУ, 2001. 108 с.

[10] Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч. 1. Москва, Наука Гл. ред. Физ-мат. лит., 1991. 600 с.

[11] Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 1994, vol. 32, iss. 8, рp. 1598–1605.

[12] Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений. Санкт-Петербург, Изд-во Политехнического университета, 2012. 88 с.