3 / 15
Влияние частичной гомогенизации процесса сгорания на экологические показатели дизеля
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 4
115
точника массы (скорость изменения массы химической компоненты в единице
объема).
Система уравнений Рейнольдса (1) содержит новые неизвестные (с турбу-
лентными пульсациями параметров) и для ее замыкания используется (
k
–
ε
)-
модель турбулентности [1–4]. Для описания течения рабочего тела в пристеноч-
ной области используются стандартные пристеночные функции, на основе ко-
торых универсальная безразмерная скорость
u
+
определяется как функция от
универсального, безразмерного расстояния от поверхности
y
+
[2, 4]. Модели
теплообмена в пристеночной области основаны на зависимостях, характеризу-
ющих распределение средней безразмерной температуры
T
+
по толщине погра-
ничного слоя
y
+
.
Процесс турбулентного горения моделируется на основании модели CTM
(Characteristic Timescale Model) — модели, определяющей скорость реакции с
применением временных масштабов ламинарных и турбулентных процессов.
При этом временн
ó
й масштаб ламинарного процесса определяется из выраже-
ния скорости реакции, записанного на основе закона Аррениуса, а турбулентно-
го — как пропорциональная величина времени распада вихря, представляюще-
го собой соотношение кинетической энергии турбулентности
k
и скорости ее
диссипации
ε
. Концептуально CTM-модель подобна известной модели Магнус-
сена — Хартагера [1, 4]. Инициирование сгорания происходит за счет ламинар-
ных процессов, а после начала сгорания преобладает турбулентное перемеши-
вание. Верификация CTM-модели сгорания проведена на основе эксперимен-
тальных индикаторных диаграмм, полученных в [5, 6] на режиме частичной
нагрузки
6
i
p
бар.
Параметры режима частичной нагрузки дизеля OM-500 (1ЧН 13/15)
Частота вращения коленчатого вала
n
, мин
–1
................................................. 1100
Коэффициент избытка воздуха α
в
...................................................................... 3,17
Цикловая подача топлива
m
ц
, г/цикл................................................................ 0,059
Среднее индикаторное давление
p
e
, бар ........................................................... 6
Локальные образования оксидов азота и твердых частиц сажи в камере сго-
рания моделируются с использованием расширенного термического механизма
Зельдовича и стандартной кинетической модели образования сажи. Эти меха-
низмы описаны в [1, 2, 4] и поддерживаются CTM-моделью сгорания.
Численная реализация модели проводится с использованием (3D–CFD)-
кода AVL FIRE, ориентированного на решение задач теории поршневых двига-
телей [4]. Ядро FIRE основано на численном методе контрольных объемов с ис-
пользованием усовершенствованного алгоритма SIMPLE [1, 4]. Дискретизация
уравнений переноса выполняется интерполяционной схемой второго порядка
точности.
Технические данные исследуемого двигателя.
Моделирование рабочего
процесса было проведено для быстроходного дизеля OM-500 (Daimler-Benz),