Профилирование камеры сгорания поршневого двигателя с непосредственным впрыскиванием бензина

Проведены исследования шестицилиндрового рядного двигателя для наземного транспорта с непосредственной подачей бензина и принудительным воспламенением. Задача профилирования камеры сгорания решена в трехмерной постановке методом математического моделирования с использованием численного метода контрольных объемов. Модель рабочего процесса двигателя основана на фундаментальных уравнениях количества движения, энергии, диффузии и неразрывности в форме Рейнольдса, дополненных моделью турбулентности k–ζ–f. Моделирование сгорания топлива выполнено с помощью расширенной модели когерентного пламени (ECFM). Численные эксперименты проведены с помощью программного комплекса AVL FIRE. Определены геометрические размеры камеры сгорания, впускных и выпускных каналов, обусловливающие оптимальные линии тока и поля скоростей движущегося заряда и позволяющие оптимизировать процессы смесеобразования и сгорания. В результате эффективные показатели двигателя возросли, протекание процесса сгорания стало более стабильным на частичных режимах при различных законах топливоподачи.

Литература

[1] Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 589 с.

[2] Патанкар С. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах. Москва, Изд-во МЭИ, 2003. 311 с.

[3] FIRE. User’s Manual Version 2018. AVL List GmbH. Graz, Austria, 2019. License Agreement for Use of the Simulation Software AVL FIRE and AVL BOOST between Bauman Moscow State Technical University and AVL List GmbH, 2014.

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

[5] Hanjalić K., Popovać M., Hadziabdić M. A Robust Near-Wall Elliptic-Relaxation Eddy-Viscosity Turbulence Model for CFD. International Journal of Heat and Fluid Flow, 2004, no. 25, pp. 1047–1051, doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2004.07.005

[6] Durbin P.A. Near-Wall Turbulence Closure Modeling Without «Damping Functions». Theoretical and Computational Fluid Dynamics, 1991, no. 3(1), pp. 1–13, doi: 10.1007/BF00271513

[7] Popovać M., Hanjalić K. Compound Wall Treatment for RANS Computation of Complex Turbulent Flow. 3rd M.I.T. Conference on Computational Fluid and Solid Mechanics, Boston, USA, 2005, pp. 802–806.

[8] Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Москва, Наука, 1974. 711 с.

[9] Heywood J.B. Internal Combustion Engine Fundamentals. New York, McGraw-Hill Book Company, 1988. 930 p.

[10] Han Z., Reitz R.D. A Temperature Wall Function Formulation for Variable-Density Turbulent Flows with Application to Engine Convective Heat Transfer Modeling. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1997, vol. 40, no. 3, pp. 613–625, doi: 10.1016/0017-9310(96)00117-2

[11] Руднев Б.И. Процессы локального теплообмена в камере сгорания дизелей. Владивос-ток, Дальнаука, 2000. 221 с.

[12] Merker G., Schwarz Ch., Teichmann R. Grundlagen Verbrennungsmotoren: Funktionsweise, Simulation, Messtechnik. Springer, Wiesbaden, 2019. 1117 p.

[13] Kavtaradze R.Z., Onishchenko D.O., Zelentsov A.A., Sergeev S.S. The influence of rotational charge motion intensity on nitric oxide formation in gas-engine cylinder. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2009, vol. 52, pp. 308–4316, doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.03.060

[14] Kavtaradze R.Z., Zelentsov A.A., Krasnov V.M. Local Heat Exchange in Diesel Combustion Chamber Converted to Operate on Natural Gas and Hydrogen. High Temperature, 2018, vol. 56, no. 6, pp. 1–10, doi: 10.1134/S0018151X18060123

[15] Зеленцов А.А. Анализ процессов теплообмена в камерах сгорания авиационных поршневых двигателей с искровым зажиганием. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение, 2018, № 1(118), c. 75–82, doi: 10.18698/0236-3941-2018-1-75-82