Построение математической модели сгорания топлива в цилиндре

где р_н и  Т_н  -  давление  и температура газов в цилиндре  в момент начала подачи топлива; ЦЧ— цетановое число топлива.

Формула  получена из зависимости  А.И.Толстова для периода  задержки  самовоспламенения и дополнена  экспоненциальной  функцией,  приближенно  отражающей  влияние  на  φ_i  цетанового числа.

Момент  начала  сгорания  φ_нвс определяется  как сумма φ_нвс=φ_нпф  + φ_i. В точке начала видимого сгорания (НВС) фиксируется относительное  количество топлива,  подготовленного к сгоранию  за первую фазу процесса, w_i= g_wi/g_ц. После воспламенения доля топлива w_i,  сгорает по кинетическому механизму. Расчет характеристик сгорания  этой  части топлива осуществляется по уравнению И.И. Вибе, записанному в виде

где dx_k/dφ -  кинетическая составляющая скорости сгорания;  φ_zk условная  продолжительность  сгорания  топлива  по  кинетическому  механизму  (т.  е.  продолжительность  фазы  быстрого  сгорания  топлива - второй  фазы  процесса  сгорания);  m - показатель характера сгорания; φ_от= (φ-φ_нвс)/φ_zk-  относительное изменение угла поворота коленчатого вала.

Допускаем,  что  после  начала  сгорания  подготавливаемое топливо  мгновенно  воспламеняется  и  сгорает.  Таким  образом, вторая  (диффузионная)  составляющая  относительной  скорости сгорания,  существующая  с момента НВС  и до  конца  сгорания  в точке  z  (т.  е.  в  течение  третьей  фазы  процесса  сгорания),  приравнивается к dw/dφ.

На  участке  от НВС  до  zk  скорость  сгорания  определяется как сумма двух составляющих:

После  выгорания  w_i dx_k /dφ = 0, поэтому с данного момента и до конца сгорания dx/dφ = dw/dφ.

Относительное количество сгоревшего топлива вычисляется путем численного  интегрирования  дифференциального уравнения для скорости сгорания.

Рассматриваемая  методика  позволяет  рассчитать  характеристики сгорания при различных  законах  подачи топлива,  в том числе  при  ступенчатом  или  двойном  впрыске,  так  как является  исходной  функцией,  трансформируемой посредством переходной  функции   в конечную как показано на рис. 5.

Величины  настроечных  параметров  В, φ_ф , m, φ_zk, x  как уже отмечалось,  определяем путем идентификации расчетных и экспериментальных характеристик сгорания.

Опыт расчетов  для  судовых дизелей  показывает,  что  параметр  В  лежит  в  пределах  0,15-0,35.  Столь  широкий  диапазон обусловлен  тем,  что  в  этом  параметре  сконцентрирован  учет большого числа факторов, не  получивших  отражения в математической модели сгорания.

Параметр  φ_ф можно определить из установленного диапазона φ_ф  / φ^н_впр= 0,3-0,8,  где φ^н_впр -продолжительность впрыска топлива на номинальном режиме.

Показатель  Х  для всех исследованных типов дизелей  принимался равным 0,9. Значения  φ_zk лежат в пределах  10-20° п.к.в.Точная идентификация этого параметра возможна лишь  в дизелях,  имеющих два максимума скорости  сгорания  (параметры m и φ_zk величину и положение первого максимума).  В судовых дизелях в силу высокой управляемости процесса сгорания за период  задержки самовоспламенения к сгоранию успевает подготовиться не более 10% цикловой подачи  топлива, поэтому точность определения m и φ_zk мало отражается на расчете характеристик сгорания в целом. Однако для долевых режимов работы доля подготовленного топлива w_i значительно возрастает, и роль параметров m и φ_zk становится более существенной.

Выводы 

В результате теоретических  исследований установлена и выражена в виде аналитических уравнений  взаимосвязь между различными параметрами процесса подачи топлива, смесеобразования, площадь поверхности капель топлива, время необходимое топливу для самовоспламенение;

На базе полученных уравнений  разработана методика, алгоритм и  программа  расчета основных параметров истечения масла в цилиндр, позволяющие:

• Наиболее выгодные условия для наилучшего сгорания топлива в цилиндре;
• получать исходные данные для проектирования новых узлов и систем топливной системы.

 Погрешность расчетов  не превышала 10%.

Список литературы

1. Самсонов В.И., Худов Н.И. Двигатели внутреннего сгорания морских судов. - М.: Транспорт, 1990. - 368 с.
2. И.В.Возницкий., Судовые двигатели внутренего сгорания.- моркнига 2008-465с.