Применение оптических методов в исследовании течения газа в системе газообмена двигателя внутреннего сгорания

Авторы: Вяликов Д.В.
Опубликовано в выпуске: #12(53)/2020
DOI: 10.18698/2541-8009-2020-12-659
Раздел: Энергетическое, металлургическое и химическое машиностроение | Рубрика: Тепловые двигатели
Ключевые слова: поршневой двигатель, моделирование, процессы газообмена, шлирен-метод, численный метод, волновые процессы, оптическая система, экспериментальный стенд
Опубликовано: 14.12.2020

Совершенствование вычислительных алгоритмов требует наличия достоверных экспериментальных данных, в том числе в области моделирования газодинамических процессов в поршневых двигателях. В данной работе проведена оценка возможности использования шлирен-метода для исследования волновых процессов в системе газообмена двигателя внутреннего сгорания. Представлена схема экспериментальной установки, основанной на шлирен-методе с использованием одного сферического зеркала. Выполнен численный расчет течения газа во впускном трубопроводе и представлены графические зависимости температуры и плотности газа от угла поворота коленчатого вала поршневого двигателя. Определены требования к необходимому для исследования оборудованию и выполнено сравнение между удовлетворяющими требованиям аналогами.

Литература

[1] Чайнов Н.Д., ред. Конструирование двигателей внутреннего сгорания. М., Машиностроение, 2011.

[2] Barchenko F.B., Bakulin V.N., Calculation of the thermal loading of the cylinder-piston group of the automobile engine. J. Eng. Phys. Thermophy., 2017, vol. 90, no. 3, pp. 657–664. DOI: https://doi.org/10.1007/s10891-017-1613-y

[3] Blinov A., Malastowski N., Myagkov L. Development of the model for a diesel engine catalytic converter. E3S Web Conf., 2019, vol. 140, art. 06013. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/201914006013

[4] Chainov N.D., Myagkov L.L., Malastowski N.S., et al. Integrated approach for stress analysis of high performance diesel engine cylinder head. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2018, vol. 327, no. 5, art. 052010. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/327/5/052010

[5] Winklhofer E. Optical access and diagnostic techniques for internal combustion engine development. J. Electron. Imaging, 2001, vol. 10, no. 3, art. 588. DOI: https://doi.org/10.1117/1.1375813

[6] Liu X., Fan Z., Liu F., et al. Optical experimental study on knock characteristics of hydrogen–air pre-mixture. Proc. IEEE ICDMA, 2010, pp. 54–59. DOI: https://doi.org/10.1109/ICDMA.2010.415

[7] Sankesh D., Lappas P. An experimental and numerical study of natural gas jets for direct injection internal combustion engines. Fuel, 2020, vol. 263, art. 116745. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116745

[8] Гришин Ю.А., Семенчукова В.С. Численное моделирование нестационарного течения в системе "трубопровод-клапан-объем". Мат. ХХ Межд. конф. ВМСППС. М., МАИ, 2017, с. 428–430.

[9] Павлов А.А., Павлов Ал.А., Голубев М.П. Применение самонаводящихся фильтров Цернике на основе эффекта насыщения для теневой диагностики газовых потоков. Вестник НГУ. Серия: Физика, 2014, т. 9, № 1, с. 15–28.

[10] Semenchukova V., Grishin Y., Malastowski N. Mathematical modeling of a piston engine pneumatic start. RusAutoCon., 2018. DOI: https://doi.org/10.1109/RUSAUTOCON.2018.8501794

[11] Гришин Ю.А., Семенчукова В.С. Применение нестационарных газодинамических функций в расчетной схеме численного метода распада разрыва. Мат. XXI Межд. конф. ВМСППС. М., МАИ, 2019, с. 51–53.

[12] Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я. и др. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М., Наука, 1976.

[13] Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. Ч. 1. М., Наука, 1991.

[14] 3 watt Power LED. tds-led.com: веб-сайт. URL: http://www.tds-led.com/product/html/?14.html (дата обращения: 15.10.2020).

[15] Holder D.W., North R.J. Schlieren methods. NPL notes on applied science. Vol. 31. Her Majesty’s Stationery Office, 1963.

[16] VEO 710. phantomhighspeed.com: веб-сайт. URL: https://www.phantomhighspeed.com/products/cameras/veo/veo710 (дата обращения: 15.10.2020).

[17] Высокоскоростная камера Evercam 4000-128-М. evercam.ru: веб-сайт. URL: https://evercam.ru/produktsiya/7/217/ (дата обращения: 15.10.2020).

[18] FASTCAM SA-Z. photron.com: веб-сайт. URL: https://photron.com/fastcam-sa-z/ (дата обращения: 15.10.2020).