МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ КЛАПАННЫЕ КАНАЛЫ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Определение параметров течения воздуха через клапанные каналы является важной частью моделирования рабочего процесса поршневого двигателя, поскольку потери в каналах определяют количество рабочей смеси, которое может быть использовано двигателем в процессе сгорания. В данной работе с помощью программы ANSYS Fluent проведено моделирование течения воздуха через клапанные каналы двигателя в пространственной постановке как турбулентное течение вязкой сжимаемой жидкости, что подразумевает решение системы уравнений Навье-Стокса, усреднённых по Рейнольдсу. Данная система является незамкнутой, и для её замыкания была использована SST (Shear Stress Transport) модель турбулентности Ментера. Расчёт течения воздуха производился при разных ходах клапана, с шагом 0,76 мм. Зная среднее значение массового расхода воздуха через один цилиндр двигателя для режима максимального крутящего момента, а также закон движения клапана, было найдено приблизительное значение расхода воздуха, соответствующее каждому ходу клапана. Таким образом была проведена серия расчётов с различными ходами клапанов для каждого канала. Для верификации математической модели, которая включает в себя систему уравнений, настройки решателя, сетки и другое, была проведена продувка головки блока цилиндров бензинового двигателя на стенде SuperFlow. Полученная модель течения хорошо согласуется с экспериментальными данными. Определена зависимость коэффициента расхода впускных и выпускных каналов, которая в дальнейшем может быть использована для получения математической модели рабочего процесса двигателя (например, с помощью программы AVL Boost).

поршневой двигатель, математическая модель, клапанные каналы, коэффициент расхода, продувка

1. Гришин Ю.А., Дорожинский Р.К., Зенкин В.А. Расчётное улучшение характеристик впускной системы поршневого двигателя // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2012. - № 6. -С. 52-58.

2. Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / Под ред. А.С. Орлина, М.С. Круглова; 4-е изд. пере-раб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.

3. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: Учебник для вузов / 2-е изд., испр. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. - 590 с.

4. Гришин Ю.А., Дорожинский Р.К., Зенкин В.А. Численное моделирование турбулентного течения через клапаны поршневых двигателей // Вестник машиностроения. - 2016. - № 1. - С. 24-28.

5. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. -М.: Наука, 1969. - 824 с.

6. Merker G.P., Schwarz C., Teichmann R. Combustion Engines Development: Mixture Formation, Combustion, Emissions and Simulation. - Berlin: Springer, 2012. -642 p.

7. ANSYS. URL: http://www.ansys.com/ (дата обращения: 27.11.2017).

8. Белов И.А., Исаев С.А. Моделирование турбулентных течений: Учебное пособие. - СПб: Балтийский государственный технический университет, 2001. - 108 с.

9. Гришин Ю.А., Буданов Р.Е. Численное исследование течения через дроссельные заслонки поршневых двигателей // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2015. - № 7. - С. 45-51.

10. SF-1020 Flowbench. Operation Manual. SuperFlow TechnologiesGroup, 2010. URL: https://www. superflow.com/ (дата обращения: 27.11.2017).