Физическое и численное моделирование стационарных тепломеханических процессов в выпускной системе поршневого двигателя


DOI: 10.34759/tpt-2023-15-6-288-295

Авторы

Плотников Л. В.*, Десятов К. О.**, Давыдов Д. А.***, Красильников Д. Н.****

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002, Россия

*e-mail: leonplot@mail.ru
**e-mail: iwan.logo2018@yandex.ru
***e-mail: dda_2003@bk.ru
****e-mail: dima_krasilnikov_2017@mail.ru

Аннотация

Рассматривается совершенствование конструкции выпускной системы поршневого двигателя с помощью математического моделирования и экспериментальных исследований газодинамических и теплообменных характеристик потоков газа. На основе лабораторных опытов установлено, что использование профилированных каналов в выпускной системе приводит к снижению интенсивности турбулентности до 25 % и подавлению теплоотдачи на 10–21 % по сравнению с базовой конфигурацией. Показано, что существует качественное совпадение результатов математического моделирования и экспериментальных исследований.

Ключевые слова:

поршневой двигатель, система выпуска, профилированные каналы, стационарный турбулентный поток, интенсивность турбулентности, локальная теплоотдача, моделирование и эксперимент

Библиографический список

  1. Ghojel J. Fundamentals of Heat Engines (Reciprocating and Gas Turbine Internal Combustion Engines). USA: Wiley-ASME Press Series, 2020. 532 p.

  2. Плотников Л.В. Нестационарные тепломеханические процессы в системах газообмена поршневых двигателей с турбонаддувом: монография / под общ. ред. Б.П. Жилкина, Ю.М. Бродова. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2020 204 с.

  3. Iacovano C., d’Adamo A., Fontanesi S., Ilio G.D., Krastev V.K. Application of a zonal hybrid URANS/LES turbulence model to high and low resolution grids for engine simulation // International Journal of Engine Research. 2019. Vol. 22 (8). P. 2745–2764.

  4. Buhl S., Hain D., Hartmann F., Hasse C. A comparative study of intake and exhaust port modeling strategies for scale-resolving engine simulations // International Journal of Engine Research. 2018. Vol. 19 (3). P. 282–292.

  5. Онищенко Д.О., Панкратов С.А., Рыжов В.А. Трехмерное моделирование рабочего процесса среднеоборотного дизеля и его применение для анализа возможности снижения концентрации оксидов азота в отработавших газах путем изменения формы камеры сгорания // Тепловые процессы в технике. 2016. Т. 8. № 6. С. 264–271.

  6. Rota C., Morgan R.E., Mustafa K., Osborne R., Matrisciano A. process for an efficient heat release prediction at the concepts screening stage of gasoline engine development // International Journal of Engine Research. 2021. Vol. 22 (8). P. 2502–2520.

  7. Ravindran A.C., Kokjohn S.L., Petersen B. Improving computational fluid dynamics modeling of Direct Injection Spark Ignition cold-start // International Journal of Engine Research. 2021. Vol. 22 (9). P. 2786–2802.

  8. Wang T.J. Optimum design for intake and exhaust system of a heavy-duty diesel engine by using DFSS methodology // Journal of Mechanical Science and Technology. 2018. Vol. 32(7). P. 3465–3472.

  9. Simonetti M., Caillol C., Higelin P., Dumand C., Revol E. Experimental investigation and 1D analytical approach on convective heat transfers in engine exhaust-type turbulent pulsating flows // Applied Thermal Engineering. 2020. Vol. 165. Article number 114548. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2019.114548

  10. Cerdoun M., Khalfallah S., Beniaiche A., Carcasci C. Investigations on the heat transfer within intake and exhaust valves at various engine speeds // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. Vol. 147. Article number 119005. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.119005

  11. Bae M.W., Ku Y.J., Park H.S. A Study on Effects of Tuning Intake and Exhaust Systems Upon Exhaust Emissions in A Driving Car of Gasoline Engine // Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B. 2019. Vol. 43 (5). P. 379–388.

  12. Arnau F.J., Martin J., Pla B., Aunon A. Diesel engine optimization and exhaust thermal management by means of variable valve train strategies // International Journal of Engine Research. 2021. Vol. 22 (4). P. 1196–1213.

  13. Jang J., Woo Y., Jung Y., Cho C., Kim G., Pyo Y., Han M., Lee S. Research for intake and exhaust system parameterization of 2-cylinder gasoline engine for RE-EV // International Journal of Energy Research. 2018. Vol. 42 (13). P. 4256–4256.

  14. Ma C.-C., Sun L.-W., Fang N., Zhang H. Effects of the Exhaust System on the Performance of a Turbocharged Diesel Engine // Transaction of Beijing Institute of Technology. 2017. Vol. 37 (9). P. 919–925.

  15. Kumar M., Moeeni S., Kuboyama T., Moriyoshi Y. Performance improvement of turbocharged SI engine by post oxidation enhancement in exhaust gas in-homogeneity // International Journal of Engine Research. 2021. Vol. 22 (9). P. 2931–2944.

  16. Plotnikov L.V. Experimental research into the methods for controlling the thermal-mechanical characteristics of pulsating gas flows in the intake system of a turbocharged engine model // International Journal of Engine Research. 2022. Vol. 23 (2). P. 334–344.

  17. Leahu C.I. Improvement of exhaust gas pressure’s utilization for compressing the intake air in diesel engine’s cylinders // International Journal of Automotive Technology. 2015. Vol. 16 (6). P. 913–921.

  18. Плотников Л.В., Григорьев Н.И., Осипов Л.Е., Десятов К.О. Расчетно-экспериментальная оценка интенсивности теплоотдачи стационарных потоков газа в трубах с разными поперечными сечениями с учетом турбулизации течения // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 5. С. 218–224.

  19. Plotnikov L.V., Bernasconi S., Brodov Y.M. The effects of the intake pipe configuration on gas exchange, and technical and economic indicators of diesel engine with the 21/21 dimension // Procedia Engineering. 2017. Vol. 206. P. 140–145.

  20. Каримов К.Ф., Дегтярев Л.В., Тарасевич С.Э. Численное исследование течения однофазной среды в поворотах при наличии входного и выходного участков // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 7. С. 318–324. DOI: 10.34759/tpt-2022-14-7-318-324

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024