- Курс лекций:
1. Моделирование рабочего процесса в поршневых двигателях
-- Лекция 1 (2 ч).
Введение. Основные задачи двигателестроения, вытекающие из экологических и энергетических проблем современности, пути их решения. Основные требования, предъявляемые к поршневым двигателям. Перспективы развития двигателей с внешним и внутренним смесеобразованием. Основные задачи исследования внутрицилиндровых процессов.
-- Лекция 2 (2 ч).
Моделирование рабочего процесса в поршневых двигателях: теплофизические параметры рабочего тела. Особенности изменения параметров рабочего тела. Локальные параметры. Релаксация скорости. Релаксация температуры. Математические модели рабочего процесса поршневых двигателей. Однозонная модель. Двухзонная модель. Многозонная модель. Анализ результатов и оценка достоверности расчетных данных. Трехмерные модели. Модель трехмерного нестационарного турбулентного движения и горения рабочего тела. Модели на основе уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса. Моделирование турбулентного течения с горением. Модели горения (Магнусенна-Хартагера, модель турбулентного пламени, модель когерентного пламени-CFM-модель и др.). Численное интегрирование уравнений переноса в условиях камеры сгорания двигателя. Особенности пристеночных турбулентных течений в камере сгорания.
-- Лекция 3 (2 ч).
Организация рабочего процесса в поршневых двигателях. Генерация вихревого движения заряда. Интенсивность вихревого движения заряда и методы его определения. Камеры сгорания и способы смесеобразования в поршневых двигателях. Особенности рабочего процесса в полуразделенных камерах сгорания. Расслоение заряда. Особенности рабочего процесса в разделенных камерах сгорания. Особенности рабочего процесса в неразделенных камерах сгорания. Рабочие циклы гибридных двигателей.
-- Лекция 4 (2 ч).
Впрыскивание и распыливание топлива в поршневых двигателях. Характеристики впрыскивания топлива в поршневых двигателях. Закон впрыскивания. Впрыскивание бензина во впускную систему. Непосредственное впрыскивание в дизелях и в бензиновых двигателях, сходство и отличие. Управление законом впрыскивания. Теория распада струй жидкого топлива на отдельные капли (основные гипотезы). Динамика топливного факела. Расчет дальнебойности (глубины проникновения) топливного факела на основе полуэмпирических теорий. Топливный факел как статистический ансамбль капель различных размеров. Распределение Розина-Рамлера. Нормальное (гауссово) распределение капель топлива по размерам. Средний диаметр капель топлива. Вывод формулы среднего диаметра капель топлива в условиях камеры сгорания на основе теории подобия и размерности. Полуэмпирические формулы для расчета среднего диаметра капель топлива. Особенности испарения топлива в поршневых двигателях. Испарение одиночной капли топлива (метод расчета Д.Н. Вырубова). Подобие процессов тепло- и массообмена. Стефанов поток. Время полного испарения капли (закон Срезневского). Испарение капель топлива на горячей поверхности камеры сгорания. Сфероидальное состояние капли. Явление Лейденфроста. Особенности взаимодействия топливного факела со стенками камеры сгорания. Образование пленки топлива на поверхностях впускного трубопровода бензинового двигателя и стенки камеры сгорания дизеля. Основы расчета динамического и теплового турбулентных пограничных слоев в смеси воздуха и капель топлива. Пленочное испарение.
-- Семинар 1 (4 ч). Формулировка домашнего задания №1 (ДЗ-1). Алгоритм выполнения. Требования к ДЗ-1.
-- Семинар 2 (3 ч). Рабочее тело в цилиндре двигателя как многофазная среда. Теплофизические свойства компонентов рабочего тела (жидких топлив, топливных паров, газов). Релаксация скорости. Релаксация температуры
-- Семинар 3 (3 ч). Особенности однозонной модели для двигателей с внешним и внутренним смесеобразованием
-- Семинар 4 (2 ч). Модель трехмерного нестационарного турбулентного движения и горения рабочего тела. Модели на основе уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса. Моделирование турбулентного течения с горением
-- Семинар 5 (2 ч). Организация рабочего процесса в поршневых двигателях, основные виды камер сгорания и способы смесеобразования.
-- Семинар 6 (2 ч). Особенности испарения топлива в поршневых двигателях. Теплота парообразования топлива. Давление насыщенного пара топлива. Испарение одиночной капли топлива (метод расчета Д.Н. Вырубова).
2. Процессы горения, тепловыделения и образования вредных веществ в поршневых двигателях
-- Лекция 5 (4 ч).
Основы теории горения в поршневых двигателях. Образование токсичных веществ. Задержка воспламенения. Понятие горения. Скорость сгорания. Закон действующих масс. Тепловой эффект химической реакции. Закон сохранения энергии в химических процессах (закон Гесса). Коэффициент молекулярного изменения. Молекулярность и порядок реакции. Закон Аррениуса. Энергия активации. Определение константы скорости реакции на основе закона Максвелла – Больцмана. Механизм и кинетика цепных реакций. Образование токсичных веществ. Состав отработавших газов. Задержка воспламенения. Высоко – и низкотемпературное воспламенение горючей смеси. Химическая задержка воспламенения. Высокотемпературное одностадийное воспламенение. Низкотемпературное многостадийное воспламенение (самовоспламенение). Время задержки воспламенения в поршневых двигателях. Физическая задержка воспламенения. Определение момента начала воспламенения. Основные факторы, влияющие на задержку воспламенения в поршневых двигателях. Экспериментальный метод определения энергии активации и порядка реакции. Теория теплового взрыва. Число Семенова. Теория зажигания. Критические (предельные) условия зажигания от накаленной поверхности. Экспериментальное исследование задержки воспламенения.
-- Лекция 6 (5 ч).
Методы расчета тепловыделения в поршневых двигателях. Основные виды тепловыделения в поршневом двигателе. Однократное тепловыделение. Двукратное тепловыделение. Расчет тепловыделения на основе цепных реакций. Закон Вибе. Вывод уравнения (закона) Вибе. Модификация закона Вибе с учетом переменного показателя характера сгорания. Моделирование процесса сгорания с учетом процессов испарения, диффузии и химического преобразования. Физико-химические факторы Тепловыделение в период задержки воспламенения. Сгорание в процессе топливоподачи. Критический анализ эмпирических коэффициентов, используемых при расчете скорости тепловыделения. Проблемы усовершенствования и перспективы развития бензиновых и дизельных двигателей. Рабочие процессы Особенности рабочего процесса в бензиновых двигателях с непосредственным впрыскиванием топлива. Краткий обзор развития двигателей, работающих с непосредственным впрыскиванием бензина (НВБ). Особенности процесса смесеобразования. Способы расслоения заряда. Особенности вихревого движения заряда в двигателях с НВБ. Проблемы усовершенствования и перспективы развития дизелей. Особенности организации рабочего процесса перспективных дизелей.
-- Семинар 7 (4 ч). Формулировка домашнего задания №2 (ДЗ-2). Алгоритм выполнения. Требования к ДЗ-2.
-- Семинар 8 (4 ч). Образование оксида углерода, несгоревших углеводородов, твердых частиц и оксидов азота. Механизмы образования.
-- Семинар 9 (4 ч). Полуэмпирические формулы для расчета время задержки воспламенения в поршневых двигателях. Определение времени задержки воспламенения на основе уравнения сохранения энергии.
-- Семинар 10 (4 ч). Полуэмпирические формулы для скорости тепловыделения (формулы Неймана, Гончара, Пугачева, тригонометрическая формула). Расчет тепловыделения на основе цепных реакций. Закон Вибе.
-- Семинар 11 (2 ч). Сравнительный анализ дизельного процесса и процесса в двигателях с НВБ. Особенности организации рабочего процесса перспективных дизелей.
- Вопросы к экзамену по курсу "Теория поршневых и комбинированных двигателей. Специальные главы"