Математическая модель трехмерных нестационарных процессов
переноса количества движения, энергии, массы и концентрации реа-
гирующих веществ для газа в расчетной области, а также турбулент-
ного сгорания топливовоздушной смеси приведена в работах [1, 3, 7].
В качестве замыкающей используется
k
−
ε
-модель турбулентности [7].
Параметры теплообмена в пристеночных областях определяются
при использовании модифицированной модели Хана и Райтца [8], со-
гласно которой тепловой поток в стенку
q
w
вычисляется на основе
следующего соотношения:
q
w
=
ρc
p
q
kC
1
/
4
μ
T
∞
/
T
w
2
,
1 ln (
y
+
) + 2
,
5
,
(7)
где
C
+
=
1
ν
w
r
|
τ
w
|
ρ
w
y
— безразмерное расстояние от стенки;
τ
w
— каса-
тельное напряжение;
ν
— кинематическая вязкость;
ρ
— плотность;
c
p
—
теплоемкость;
T
— температура;
С
μ
= 0
,
09
— эмпирическая констан-
та; индекс
w
указывает на принадлежность параметра к пристеночной
области,
∞
— на параметр в области, удаленной от стенки. На основе
рассчитанных значений тепловых потоков определяются коэффициен-
ты теплоотдачи на теплонапряженных поверхностях деталей.
Расчеты проводились с помощью 3D-CFD-кода FIRE, разработан-
ного фирмой AVL List GmbH (Австрия) [3]. Ядро FIRE основано
на численном методе контрольных объемов (КО) с использованием
усовершенствованного алгоритма SIMPLE [3, 7]. На этапе подготов-
ки расчета осуществляется разбиение системы “впускной коллектор–
цилиндр” исследуемого двигателя на конечное число КО (рис. 2, 3).
Стоит отметить, что одним из преимуществ программного комплекса
FIRE по сравнению с другими коммерческими программными продук-
тами является возможность моделирования подвижных границ рас-
четной области. В данном случае подвижными элементами являют-
ся клапаны и поршень двигателя, в процессе их движения расчетная
область подвергается многократному переразбиению на КО (каждые
10
◦
угла п.к.в.), при этом сетка для промежуточных значений угла
п.к.в. получается деформированием КО в направлении оси цилиндра
и впускного клапана. Расчет выполняется для полного четырехтакт-
ного рабочего цикла (процессы впуска, сжатия, сгорания-расширения,
выпуска), продолжительность которого соответствует 720
◦
угла п.к.в.
После закрытия впускного клапана в момент начала такта сжатия
до момента открытия выпускного клапана (окончание расчета) рас-
четная область представляется только объемом цилиндра двигателя с
подвижным поршнем (см. рис. 3). Построенные сетки состоят преиму-
щественно из гексагональных объемов – ячеек. Максимальный размер
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2012. № 4 9
