Квазизамкнутая математическая модель переходных режимов комбинированного дизеля и ее численная реализация
Аннотация
Статья посвящена актуальной проблеме повышения эффективности работы комбинированных дизелей на переходных и неустановившихся режимах. В настоящее время решение данной проблемы направлено на совершенствование системы газотурбинного наддува и проводится с широким использованием численного эксперимента, что подтверждается представленным обзором исследований. В статье рассмотрены основные положения и принципы численной реализации математической модели переходных режимов комбинированного дизеля, отличающейся расширенным математическим описанием термогазодинамических процессов в проточных частях радиально-осевой турбины и центробежного компрессора агрегата наддува, а также учитывающей волновой характер процессов в выпускном трубопроводе системы газотурбинного наддува. Центральными особенностями предлагаемой модели являются расчет тепловыделения в цилиндре в нуль-мерном приближении с учетом неполноты сгорания топлива при низких значениях коэффициента избытка воздуха, расчет процессов в неразветвленном выпускном трубопроводе в одномерном нестационарном приближении с использованием метода характеристик и граничными условиями у турбины, учитывающими переменность ее расходных и энергетических характеристик, непосредственный расчет характеристик турбины и компрессора по модели среднего радиуса меридионального сечения. Особенностями численной реализации математической модели являются использование расчетной схемы «один цилиндр» и квазизамкнутое моделирование исходного установившегося режима работы комбинированного дизеля. В статье представлены основные результаты верификации и валидации предлагаемой математической модели.
Литература
Рослов С. В. Влияние динамических свойств дизеля на его эксплуатационные и технологические показатели / С. В. Рослов, А. П. Проговоров, А. Н. Щербо // Омский научный вестник. Сер. Технические науки. – 2015. – № 3(143). – С. 181–184.
Saad S. M. Performance of a heavy-duty turbocharged diesel engine under the effect of air injection at intake manifold during transient operations / S. M. Saad, R. Mishra // Arabian Journal for Science and Engineering. – 2019. – Vol. 44. – Pp. 5863–5875. DOI: 10.1007/s13369-019-03758-1.
Peng H. Experimental Investigations on Control Strategy of Regulated Two-Stage Turbocharging System for Diesel Engine Under Transient Process / H. Peng, T. Wu, L. Shen, X. Miao // IEEE Access. – 2022. – Vol. 10. – Pp. 104461–104471. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3210480.
Effects of control strategies of the electric supercharger on transient processes of a turbocharged diesel engine / Y. Liu [et al.] // Energy. – 2024. – Vol. 307. – Pp. 132427. DOI: 10.1016/j.energy.2024.132427.
Winkler N. Simulations and measurements of a two-stage turbocharged heavy-duty diesel engine including EGR in transient operation / N. Winkler, H. E. Angström // SAE Technical Paper, 2008. – 2008-01-0539. DOI: 10.4271/2008-01-0539.
Rakopoulos C. D. Exhaust emissions estimation during transient turbocharged diesel engine operation using a two-zone combustion model / C. D. Rakopoulos, A. M. Dimaratos, E. G. Giakoumis, D. C. Rakopoulos // International Journal of Vehicle Design. – 2009. – Vol. 49 (1). – Is. 1–3. – Pp. 125–149. DOI: 10.1504/IJVD.2009.024244.
Марков В. А. Выбор формы внешней скоростной характеристики транспортного дизеля / В. А. Марков, В. И. Шатров // Машиностроение и компьютерные технологии. – 2012. – №. 02. – С. 47–75.
Rosero F. Real-world fuel efficiency and emissions from an urban diesel bus engine under transient operating conditions / F. Rosero, N. Fonseca, J. M. Lopez, J. Casanova // Applied Energy. – 2020. – Vol. 261. – Pp. 114442. DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.114442
Simulation study on transient performance of a marine engine matched with high-pressure SCR system / C. Xia [et al.] // International Journal of Engine Research. – 2023. – Vol. 24. – Is. 4. – Pp. 1327–1345. DOI: 10.1177/14680874221084052
Gambarotta A. Real-time modelling of transient operation of turbocharged diesel engines / A. Gambarotta, G. Lucchetti, I. Vaja // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. – 2011. – Vol. 225. – Is. 9. – Pp. 1186–1203. DOI: 10.1177/0954407011408943
Кузнецов А. Г. Исследование динамических свойств тепловозного дизеля при использовании регулируемого турбонаддува / А. Г. Кузнецов, С. В. Харитонов, В. А. Рыжов // Двигателестроение. – 2022. – № 1(287). – С. 76-83. – EDN: MQIMIH.
Горб С. И. Моделирование динамики работы дизельных пропульсивных установок на ЭЦВМ / С. И. Горб. – М.: В/О Мортехинформреклама, 1986. – 48 с.
К расчету переходных процессов в комбинированном дизеле / Славуцкий В. М. [и др.] // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия: Наземные транспортные системы. – 2004. – №. 3. – С. 46–52.
Taraza D. Complex diesel engine simulation with focus on transient operation / D. Taraza, N. A. Henein, R. Ceausu, W. Bryzik // Energy & fuels. – 2008. – Vol. 22. – Is. 3. – Pp. 1411–1417. DOI: 10.1021/ef700472x
Predicting transient performance of a heavy-duty gaseous-fuelled engine using combined phenomenological and machine learning models / N. Balazadeh [et al.] // International Journal of Engine Research. – 2024. – URL: https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/14680874241305732 (дата обращения 20.01.2025).
Bozza F. Numerical analysis of the transient operation of a turbocharged diesel engine including the compressor surge / F. Bozza, V. De Bellis, L. Teodosio // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. – 2013. – Vol. 227. – Is. 11. – Pp. 1503–1517. DOI: 10.1177/0954407013501668
Тимошенко Д. В. Переходные режимы двигателей с газотурбинным наддувом / Д. В. Тимошенко. – Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2018. – 136 с.
Copyright (c) 2025 Научные проблемы водного транспорта
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
