Двумерная модель расчёта образования вредных веществ в продуктах сгорания двигателя с искровым зажиганием
https://doi.org/10.51187/0135-3152-2023-2-31-41
Аннотация
Введение (постановка задачи и актуальность). Улучшение экологических показателей двигателей внутреннего сгорания является одной из наиболее актуальных задач отечественного транспортного машиностроения. Расчётное сопровождение позволяет сократить время и повысить эффективность работ по доводке рабочего процесса на стенде с целью выполнения требуемых параметров. Статья посвящена разработке двумерной модели расчёта образования вредных веществ в продуктах сгорания двигателей с искровым зажиганием на основе неравновесных кинетических моделей образования оксидов азота и монооксида углерода.
Методология и методы. Применяются методы численного решения дифференциальных уравнений (обыкновенных и в частных производных). Рассматривается неравновесная кинетика образования вредных веществ в продуктах сгорания. Расчёт рабочего процесса производится на основе комбинации сеточного метода контрольных объёмов и определения видимой скорости пламени на основе экспериментальных данных (с учётом стадии развития очага пламени).
Результаты и научная новизна. Предложен новый метод расчёта распространения пламени в двигателе с искровым зажиганием. Разработанная модель сочетает в себе такие преимущества, как хорошая предсказательная способность и малое время счёта.
Практическая значимость. Модель может быть применена, в частности, для предварительного планирования трёхмерных расчётов рабочего процесса или их проверки в случае отсутствия экспериментальных данных (на стадии эскизного/концептуального проектирования). Результаты расчётов могут быть использованы в качестве исходных данных для моделирования системы дополнительной очистки отработавших газов.
Об авторе
С. С. Сергеев
ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»
Россия
Россия
Сергеев Сергей Сергеевич – канд. техн. наук, инженер-конструктор, Центр «Численный анализ и виртуальная валидация»
г. Москва 125438
Список литературы
1. Кутенёв В.Ф., Теренченко А.С. Современное состояние развития двигателей внутреннего сгорания для колëсных транспортных средств Российской Федерации // Труды НАМИ. – 2018. – № 4 (275). – С. 6–16.
2. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: учебник для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 720 с.
3. Merker G., Schwarz (Hrsg) С. Grundlagen Verbrennungsmotoren. Simulation der Ge-mischbildung, Verbrennung, Schadstoff bildung und Aufl adung. Praxis. – Wiesbaden. Vieweg+Teubner Verlag, 2012. – 795 s.
4. Леонтьев А.И., Кавтарадзе Р.З., Шибанов А.В., Зеленцов А.А., Сергеев С.С. Влияние формы камеры на нестационарные процессы переноса и турбулентного сгорания в дизеле, конвертированном в газовый двигатель // Известия РАН. Энергетика. – 2009. – № 2. – С. 49–63.
5. Козлов А.В., Фёдоров В.А., Милов К.В. Улучшение энергоэффективности газового двигателя 6ЧН13/15 с циклом Миллера путём оптимизации фаз газораспределения // Труды НАМИ. – 2021. – № 4 (287). – С. 41–52. DOI: 10.51187/0135-3152-2021-4-41-52.
6. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 472 с.
7. Chindapraser N. Thermodynamic based prediction Model for NO x and CO Emissions from a Gasoline Direct Injection Engine. – Universität Rostock, 2007, Dissertation. – 123 s.
8. Кутенёв В.Ф., Фомин В.М., Хрипач Н.А., Платунов А.С. Методика расчёта процесса окисления азота для системы горения с послойным распределением смеси // Труды НАМИ. – 2011. – № 247. – С. 84–100.
9. Ratzke A., Hennecke C., Dinkelacker F. Simulating the Combustion and Near-Wall Flame Extinction of a Methane Gas IC Engine by Employing a Zonal Cylinder Model / CIMAC Congress 2013, Shanghai.
10. Perini F., Mattarelli E., Paltrinieri F. A quasidimensional combustion model for performance and emissions of SI engines running on hydrogen–methane blends // International Journal of Hydrogen Energy. – 2010. – V. 35. – P. 4687–4701.
11. Сонкин В.И. Энергоэффективность автомобильного бензинового двигателя: актуальные подходы // Труды НАМИ. – 2020. – № 4 (283). – С. 109–122. DOI: 10.51187/0135-3152-2020-4-109-122.
12. Kaden A., Dr. Klumpp R., Enderle C. Analyse der Restgasverträglichkeit beim Ottomotor – Ergänzung der Verbrennungsdiagnostik durch die 3D-Motorprozessberechnung // 6. In-ternationales Symposium für Verbrennungsdiagnostik, 2002. – S. 57–67.
13. Pischinger R., Klell M., Sams T. Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschine. Der Fahrzeugantrieb. – Wien. Springer-Verlag, 2002.
14. Щелкин К.И. Избранные труды / под ред. д-ра техн. наук, проф. Б.Г. Лобойко. – Снежинск: Изд-во РФЯЦ-ВНИИТФ, 2011. – 268 с.
15. Сергеев С.С. Двумерная модель для расчёта рабочего процесса двигателя с искровым зажиганием // Математическое моделирование. – 2021. – Т. 33. – № 12. – С. 21–32.
16. Numpy. URL: http://numpy.scipy.org (дата обращения: 10.01.2023).
17. Басевич В.Я., Беляев А.А., Посвянский В.С., Фролов С.М. Механизмы окисления и горения нормальных парафиновых углеводородов: переход от С1 – С10 к С11 – С16 // Химическая физика. – 2013. – Т. 32. – № 4. – С. 87.
18. Kee R.J., Rupley F.M., Meeks E., Miller J.A. CHEMKIN III: A FORTRAN Chemical Kinetics Package for the Analysis of Gas-phase Chemical and Plasma Kinetics. – Sandia National Laboratories, Livermore, CA 94551-0969.
19. McBride B.J., Zehe M.J., Gordon S. NASA Glenn Coefficients for Calculating Thermodynamic Properties of Individual Species / NASA TP-211556, 2002.
20. Grajetzki P., et al. A novel reactivity index for SI engine fuels by separated weak flames in a micro flow reactor with a controlled temperature profi le // Fuel. – 2019. – V. 245. – P. 429–437.
21. Han R., Reitz R. A temperature wall function formulation for variable-density turbulent flows with application to engine convective heat transfer modeling // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1997. – V. 40. – No. 3. – P. 613–625.
Рецензия
Для цитирования:
Сергеев С.С. Двумерная модель расчёта образования вредных веществ в продуктах сгорания двигателя с искровым зажиганием. Труды НАМИ. 2023;(2):31-41. https://doi.org/10.51187/0135-3152-2023-2-31-41
For citation:
Sergeev S.S. Two-dimensional calculation model for hazardous substances formation in combustion products of a spark-ignition engine. Trudy NAMI. 2023;(2):31-41. (In Russ.) https://doi.org/10.51187/0135-3152-2023-2-31-41
Просмотров:
137
Послать статью по эл. почте 
