Расчетное совершенствование проточной части охладителя наддувочного воздуха двигателя гоночного автомобиля

Для участия в международных соревнованиях спортивных автомобилей класса «Формула студент» в МГТУ им. Н.Э. Баумана разработан гоночный болид с двигателем внутреннего сгорания Yamaha WR450F. В целях форсирования двигателя по мощности он снабжен турбокомпрессором с охладителем надувочного воздуха. На базе программного комплекса ANSYS выполнено численное моделирование пространственного течения для нескольких вариантов проточной части охладителя. По результатам моделирования выбрана проточная часть, обеспечивающая снижение массы конструкции охладителя и значительное уменьшение сопротивления охлаждаемому потоку. Это позволяет увеличить мощность двигателя и, как следствие, улучшить все технические характеристики гоночного автомобиля. При этом для математического описания течения применена система уравнений вязкого газа в форме Навье–Стокса. Учет процессов турбулентного перемешивания выполнен с помощью k–ε и k–ς–f-моделей.

Литература

[1] Гришин Ю.А., Бакулин В.Н. Новые расчетные схемы на базе метода крупных частиц для моделирования газодинамических задач. Доклады академии наук, 2015, т. 465, № 5, с. 545–548.

[2] Гришин Ю.А., Бакулин В.Н. Численное исследование течения в центробежном компрессоре. Инженерно-физический журнал, 2015, т. 88, № 5, с. 1232–1236.

[3] Grishin Yu.A., Zenkin V.A., Khmelev R.N. Boundary conditions for numerical calculation of gas exchange in piston engines. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2017, vol. 90, is. 4, pp. 965–970, doi 10.1007/s10891-017-1644-4.

[4] Гришин Ю.А., Дорожинский Р.К., Зенкин В.А. Численное моделирование турбулентного течения через клапаны поршневых двигателей. Вестник машиностроения, 2016, № 1, с. 24–28.

[5] Гришин Ю.А., Бакулин В.Н., Зенкин В.А. Численное моделирование продувки впускных окон двухтактных двигателей. Вестник МАИ, 2013, т. 20, № 1, с. 79–87.

[6] Гришин Ю.А. Численное решение практических задач газовой динамики в поршневых двигателях. Известия ТулГУ, Сер. Автомобильный транспорт, 2005, вып. 9, c. 173–179.

[7] Гришин Ю.А. Метод характеристик с плавающей сеткой и моделирование волновых процессов в поршневых двигателях. Математическое моделирование, 2009, т. 21, № 5, c. 94–104.

[8] Grishin Y. Unsteady flow pulses interaction with a turbine. Meeting the Future of Combustion Engines. 28th CIMAC World Congress, Helsinki, 6–10 June 2016, Helsinki, no. 308, pp. 1–11.

[9] Kuleshov A.S. Use of Multi-Zone DI Diesel Spray Combustion Model for Simulation and optimization of Performance and Emissions of Engines with Multiple Injection. SAE Technical Papers, 2006, no. 2006-01-1385, pp. 1–17.

[10] Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 515 с.

[11] Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений. Санкт-Петербург, Изд-во Политех. ун-та, 2012. 88 с.

[12] Зализняк В.Е. Основы вычислительной физики. Ч. 1. Введение в конечно-разностные методы. Москва, Техносфера, 2008. 224 с.

[13] Патанкар С.В. Численные решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах. Москва, Изд-во МЭИ, 2003. 312 с.

[14] Fletcher C.A.J. Computational Techniques for Fluid Dynamics 2: Specific Techniques for Different Flow Categories. Springer-Verlag, 1998. 496 p.

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

[16] ANSYS Fluent v.14.5. Release. 7.3.4. Compressible liquid density method. Available at: http://www.ansys.com (accessed 15 January 2018).