Программный комплекс ДИЗЕЛЬ-РК разрабатывается более чем 20 лет, и за это время он прошел проверку применительно к двигателям различной размерности, быстроходности и применения. Математические модели постоянно развиваются, расширяя круг решаемых с помощью комплекса задач. Результаты расчета постоянно сопоставляются с экспериментальными данными разных авторов (в основном, с данными заводов - изготовителей двигателей).
Основные возможности программы ДИЗЕЛЬ-РК во многом аналогичны широко известным программным продуктам: BOOST (AVL), WAVE (Ricardo), GT-Power (Gamma Technoligies). Однако, кроме общепринятых, программа ДИЗЕЛЬ-РК имеет дополнительные, принципиально новые возможности, которые отсутствуют в других программах, ориентированных в первую очередь на моделирование газодинамических процессов в разветвленных трубопроводах. Программа ДИЗЕЛЬ-РК не позволяет исследовать неравномерность очистки и наполнения отдельных цилиндров, не рассматривает неустановившиеся процессы, как указанные выше программы; она в первую очередь ориентирована на процессы смесеобразования и сгорания в цилиндре, рассматривая нестационарные течения лишь в каналах, соединяющих цилиндр с другими элементами газовоздушного тракта. Допущение о том, что все цилиндры работают идентично позволяет существенно экономить время счета, что делает возможным ставить и решать оптимизационные исследовательские задачи. Программа ДИЗЕЛЬ-РК предназначена для:
- термодинамического анализа ДВС,
- исследования наддува,
- исследования влияния фаз газораспределения,
- исследование влияния топливной аппаратуры и формы камеры сгорания,
- исследования системы рециркуляции отработавших газов.
Высокое быстродействие программы ДИЗЕЛЬ-РК позволяет решать многопараметрические оптимизационные задачи, и прежде всего, задачи оптимизации формы камеры сгорания и топливной аппаратуры дизелей для снижения выбросов оксидов азота и твердых частиц.
Расчетные исследования могут быть проведены очень быстро и без больших затрат. Программа не предъявляет высоких требований к компьютеру.
В результате каждого расчета, в удобной форме выводится информация о позитивных и негативных факторах развития каждой из топливных струй, включая их взаимодействие между собой. Это позволяет шаг за шагом проводить оптимальное проектирование камеры сгорания и конструкции распылителя, добиваясь наивыгоднейшего развития топливных струй с минимальными потерями от взаимодействия их между собой.
История проекта
Разработка ядра программы ДИЗЕЛЬ-РК была начата в МВТУ им. Н.Э.Баумана на кафедре Поршневые двигатели в 1981 - 1982 г.г. С самого начала программа разрабатывалась как инструмент для проведения оптимизационных исследований, поэтому особое внимание уделялось адекватности и быстродействию применяемых математических моделей и алгоритмов, многие из которых являются авторскими разработками. На протяжении всех этих лет работа постоянно велась в контакте с промышленностью, выполнялись расчетные исследования по заказу производителей ДВС. За это время адекватность программы была проверена применительно к десяткам двигателей разного типа и назначения. Многие расчетные методы и функции были введены в программу по требованию промышленных предприятий - пользователей программы, в число которых входят крупнейшие производители двигателей России. Программа предназначена в первую очередь для разработчиков и исследователей ДВС, поэтому обеспечению удобства работы инженера уделено повышенное внимание. Для студентов и аспирантов организован бесплатный удаленный доступ к программе через ИНТЕРНЕТ.
Первая версия программы с удобным пользовательским интерфейсом и функциями многопараметрической оптимизации была выпущена в 1991 году. Имея удобный интерфейс и ядро, в котором была реализована современная по тем временам модель сгорания в ДВС с воспламенением от сжатия, первая программа ДИЗЕЛЬ-РК получила распространение среди ведущих производителей моторов в стране. В 1993 - 1994 г.г. на основе новой, разработанной профессором Харьковского Политехнического института Н.Ф.Разлейцевым, методики расчета смесеобразования и сгорания в дизелях, создается и выпускается новое поколение программы: комплекс ДИЗЕЛЬ-4т и его модификация для двухтактных двигателей ДИЗЕЛЬ-2т. Будучи ДОС приложением, программы имели оконный интерфейс, по внешнему виду напоминающий Windows приложение. Для визуализации процесса смесеобразования и сгорания в дизеле программа ДИЗЕЛЬ-4т имела в своем составе процедуру Fuel Jet Visualization. В конце 90-х годов был организован удаленный доступ к программе через ИНТЕРНЕТ. Программа активно использовалась не только на промышленных предприятиях, но и в учебном процессе в МГТУ им.Н.Э.Баумана, на кафедре Поршневые двигатели.
В 2002 г. разворачивается разработка новой программы ДИЗЕЛЬ-РК, ориентированной на операционную систему Windows ХР. Существенным образом было доработано ядро программы, в него были включены: современная методика расчета эмиссии вредных веществ, учет системы рециркуляции отработавших газов, возможность исследования многофазного впрыска, расширены возможности расчета характеристик двигателей. В результате напряженной работы коллектива в 2004 г. выпущена первая версия программы ДИЗЕЛЬ-РК.
Являясь профессиональной, программа ДИЗЕЛЬ-РК может быть с успехом использована и начинающими пользователями: студентами и аспирантами ВУЗов. Для облегчения, порой трудоемкого, процесса задания многочисленных входных данных (особенно коэффициентов расчетных методик) в программе разработаны специальные средства: мастера настроек. Эти процедуры на основании самых общих сведений об исследуемом объекте сами сформируют файлы данных, используя наиболее известные технические решения, принятые в двигателестроении. Таким образом, существенно упрощается не только процесс задания входных данных, но и наиболее сложный этап расчетного исследования: идентификация математической модели. Последнее, особенно важно для студентов, не имеющих достаточно опыта, времени и экспериментальных данных для настройки программы на объект исследования, а также для нужд исследователей проводящих экспресс-оценку тех или иных конструкций.
Использование в программе аппарата многомерной оптимизации позволяет радикальным образом повысить эффективность проведения численных исследований, направленных на повышение технического уровня двигателей. На протяжении всего своего развития программа имела самые совершенные математические модели сгорания в дизеле. В текущей версии программы реализована РК-модель, учитывающая особенности характеристики впрыска и мелкость распыливания топлива, динамику развития топливных струй, взаимодействие струй с воздушным вихрем и стенками, а также ориентацию струй в камере сгорания. Причем учитываются условия развития каждой топливной струи и образованных струями пристеночных потоков, а также их взаимодействие между собой.
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.