Розроблення праксеологічних засад моделювання/дослідження процесів теплотворення й теплоспоживання в двигуні швидкого внутрішнього згоряння

Автор(и)

  • Petro Hashchuk Львівський державний університет безпеки життєдіяльності вул. Клепарівська, 35, м. Львів, Україна, 79007, Україна https://orcid.org/0000-0002-2345-4879
  • Serhij Nikipchuk Національний університет “Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0003-2499-9990

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154409

Ключові слова:

двигун швидкого внутрішнього згоряння, теплотворення, теплоспоживання, праксеологічні засади моделювання

Анотація

Розглядається технологія моделювання/дослідження явищ теплотворення, тепловіддачі, тепловикористання у двигуні швидкого внутрішнього згоряння, в основу якої покладено принципи праксеологічності. Визнано, що подальший розвиток класичних підходів до моделювання робочих процесів у двигуні, спираючись суто чи здебільшого на аналітико-алгоритмічні описи, є практично неможливим. Тож запропоновано залучити в модель також і реальний робочий простір двигуна, системно приєднуючи його до віртуального, втіленого в програмно-алгоритмічному середовищі, і тим самим впроваджуючи частину реальності в модель цієї ж реальності. В рамках дослідження за натурний робочий простір використовувався циліндр дослідницького двигуна BRIGGS&STRATTON, змонтованого на спеціальному випробувальному стенді.

При цьому з’являється можливість суттєво спростити аналітичну складову модельного відображення робочих процесів в двигуні, вибудовуючи її на основі класичних аналітичних співвідношень, що відображають закон збереження речовини, закон збереження енергії, закон тепловіддачі, рівняння термодинамічного стану робочого тіла. Модель набуває конкретності не за рахунок спеціальних емпіричних описів, а завдяки черпанню поточної інформації з реального інформаційного простору на засадах теорії подібності.

Потрібної ефективності моделі надає імітація в програмному середовищі взаємодії між собою і довкіллям двох зон, на які поділено модельний робочий простір двигуна. Двозонна модель протиставлена так званим багатозонним, у рамках яких завжди існує високий ризик виникнення майже не контрольованих помилок і похибок – моделям, які потребують складного й трудомісткого інформаційного супроводу й обслуговування. Саме у разі двозонного трактування модельного робочого простору стає можливим відмовитись від аналітичного контролю за хімічною рівновагою в робочому середовищі і не існує причин, які б зумовлювали речовинний обмін між зонами. А тому тепловіддачу у стінки робочого простору можна визначати за прикладом однозонної моделі.

З проведеного дослідження випливає доцільність застосування Вібе-функції для віртуального симулювання явища теплотворення. Якість симулювання суттєво зростає завдяки залученню інформації, отримуваної у процесі, так би мовити, «on-line-спілкування» віртуальної (у формі комп’ютерної програми) та реальної (у формі натурного робочого простору) частин модельного середовища.

Виклад матеріалу супроводжується ілюстративним матеріалом, який відображає таку отриману засобами моделювання інформацію про перебіг: робочого тиску в робочому просторі двигуна, температури робочого тіла, коефіцієнта надміру повітря, коефіцієнта тепловіддачі. Наводяться також приклади зміни інтенсивності теплотворення та інтенсивності тепловіддачі у поверхні: робочого простору загалом, гільзи циліндра, кришки циліндра, головки поршня. Серед ілюстрацій – характеристики внутрішнього (міжзонного) теплообміну

Біографії авторів

Petro Hashchuk, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності вул. Клепарівська, 35, м. Львів, Україна, 79007

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра експлуатації транспортних засобів та пожежно-рятувальної техніки

Serhij Nikipchuk, Національний університет “Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Старший викладач

Кафедра експлуатації та ремонту автомобільної техніки

Посилання

  1. Hashchuk, P. M., Nikipchuk, S. V., Bohachyk, Yu. O. (1998). Naturno-mashynni zasoby v modeliuvanni termodynamichnykh protsesiv, shcho perebihaiut u dvyhunakh vnutrishnoho zghoriannia. Visnyk Derzhavnoho universytetu “Lvivska politekhnika”, 354, 3–9.
  2. Hashchuk, P. M., Nikipchuk, S. V. (2018). Heating (thermogenesis) in rapid internal combustion engine. Mechanics and Advanced Technologies, 82 (1), 92–99. doi: https://doi.org/10.20535/2521-1943.2018.82.125201
  3. Hashchuk, P. N.; Sidlovich, L. I. (Ed.) (1992). Energeticheskaya effektivnost' avtomobilya. Lviv: Svit, 208.
  4. Hashchuk, P. N.; Fal'ko, O. S. (Ed.) (1998). Energopreobrazuyushchie sistemy avtomobilya: identifikaciya i analiz. Kharkiv: RIO HGADTU, 272.
  5. Vibe, I. I., Farafontov, M. F., Stavrov, A. P. (1969). Metod opredeleniya parametrov kinetiki processa sgoraniya po harakternym tochkam indikatornoy diagrammy i ee pervoy proizvodnoy. Avtomobili, traktory i dvigateli, 75, 148–158.
  6. Kraemer, S. (1998). Untersuchung zur Gemischbildung, Entflammung und Verbrennung beim Ottomotor mit Benzin-Direkteinspritzung Fortschr. Düsseldorf, 116.
  7. Decan, G., Broekaert, S., Lucchini, T., D’Errico, G., Vierendeels, J., Verhelst, S. (2018). Evaluation of wall heat flux calculation methods for CFD simulations of an internal combustion engine under both motored and HCCI operation. Applied Energy, 232, 451–461. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.09.214
  8. Clausius, R. (1887). Die mechanische Wärmetheorie. Braunschweig, 403.
  9. Rankine, W. J. M. (1872). A manual applied mechanics. London, 648.
  10. Tisza, L. (1966). Generalized Thermodynamics. M.I.T. Press, 384.
  11. Internal Combustion Engines: Performance, Fuel Economy and Emissions (2013). London: IMechE, 254.
  12. Gronowicz, J. (1996). Ochrona środowiska w transporcie lądowym. Szczecin, 301.
  13. Merkisz, J. (1995). Ekologiczne aspekty stosowania silników spalinowych. Poznań, 367.
  14. Wiebe, I. I. (1970). Brennverlauf und Kreisprozess von Verbrennungsmotoren. Berlin, 286.
  15. Fagundez, J. L. S., Sari, R. L., Martins, M. E. S., Salau, N. P. G. (2017). Comparative analysis of different heat transfer correlations in a two-zone combustion model applied on a SI engine fueled with wet ethanol. Applied Thermal Engineering, 115, 22–32. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.12.121
  16. Akansu, S. O., Tangöz, S., Kahraman, N., İlhak, M. İ., Açıkgöz, S. (2017). Experimental study of gasoline-ethanol-hydrogen blends combustion in an SI engine. International Journal of Hydrogen Energy, 42 (40), 25781–25790. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.07.014
  17. Zhou, Y., Hariharan, D., Yang, R., Mamalis, S., Lawler, B. (2019). A predictive 0-D HCCI combustion model for ethanol, natural gas, gasoline, and primary reference fuel blends. Fuel, 237, 658–675. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.10.041
  18. Hu, S., Wang, H., Yang, C., Wang, Y. (2017). Burnt fraction sensitivity analysis and 0-D modelling of common rail diesel engine using Wiebe function. Applied Thermal Engineering, 115, 170–177. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.12.080
  19. Hu, S., Wang, H., Niu, X., Li, X., Wang, Y. (2018). Automatic calibration algorithm of 0-D combustion model applied to DICI diesel engine. Applied Thermal Engineering, 130, 331–342. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.11.013
  20. Yeliana, Y., Cooney, C., Worm, J., Michalek, D. J., Naber, J. D. (2011). Estimation of double-Wiebe function parameters using least square method for burn durations of ethanol-gasoline blends in spark ignition engine over variable compression ratios and EGR levels. Applied Thermal Engineering, 31 (14-15), 2213–2220. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.01.040
  21. Yıldız, M., Albayrak Çeper, B. (2017). Zero-dimensional single zone engine modeling of an SI engine fuelled with methane and methane-hydrogen blend using single and double Wiebe Function: A comparative study. International Journal of Hydrogen Energy, 42 (40), 25756–25765. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.07.016
  22. Abbaszadehmosayebi, G., Ganippa, L. (2014). Characterising Wiebe Equation for Heat Release Analysis based on Combustion Burn Factor (Ci). Fuel, 119, 301–307. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.11.006

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-01-15

Як цитувати

Hashchuk, P., & Nikipchuk, S. (2019). Розроблення праксеологічних засад моделювання/дослідження процесів теплотворення й теплоспоживання в двигуні швидкого внутрішнього згоряння. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(5 (97), 54–65. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154409

Номер

Том 1 № 5 (97) (2019): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Petro Hashchuk, Serhij Nikipchuk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.