Математичне моделювання сумішоутворення в камері згоряння дизельного двигуна

Анотація

Об’єктом дослідження є процес утворення паливної суміші у вихровій камері згоряння, розташованій у поршні дизеля.

Неефективне сумішоутворення призводить до збільшення питомої витрати палива та шкідливих викидів в атмосферу. Дослідження спрямовані на визначення умов, за яких досягається повне випаровування крапель, і необхідного співвідношення кількості парів палива та доступного повітря залежно від радіуса поршня.

Розроблено математичну модель для опису поведінки крапель палива під дією аеродинамічних сил, процесів теплообміну та фазових переходів. Розрахунками визначено радіальну концентрацію парів палива та розподіл повітряно-паливного відношення. Дослідження показало, що краплі палива розміром до 90,7 мкм повністю випаровуються, що сприяє утворенню об’ємної суміші. Модель також ідентифікувала області, де суміш досягає стехіометричних умов, необхідних для самозаймання, зокрема при радіусі r/Rc=0,22.

Це пояснюється швидким випаровуванням дрібних крапель, кількість яких в залежності від розподілу по діаметру становить більшість, і високими швидкостями їх руху відносно повітря та високими коефіцієнтами масопередачі в початковій зоні розпилення.

Дослідження демонструє, що незважаючи на нерівномірний розподіл парів палива, досягається об'ємне сумішоутворення. Взаємодія між краплями палива та закрученим рухом повітря забезпечує належне змішування, сприяючи повному та ефективному згорянню палива.

Результати можна застосувати для оптимізації конструкцій дизельних двигунів шляхом покращення геометрії камери згоряння та стратегії впорскування палива. Модель особливо корисна для двигунів з системою вприскування палива під високим тиском. Результати роботи сприяють розробці більш ефективних дизельних двигунів, які відповідають суворішим нормам щодо викидів.