Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Использование Ansys Fluent для исследования газодинамических и тепловых процессов в малоразмерном двухтактном ДВС

# 12, декабрь 2014
DOI: 10.7463/1214.0746454
Файл статьи: SE-BMSTU...o425.pdf (779.01Кб)
авторы: Лукачёв С. В., Бирюк В. В., Горшкалёв А. А.

УДК 621.43

Россия, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева

В статье представлена разработанная и верифицированная методика моделирования тепловых процессов в поршневом авиамодельном двигателе внутреннего сгорания малой мощности с использованием современных пакетов проектирования и инженерного анализа (CAD/CAE – технологий). Решение данной проблемы является одной из важнейших инженерных задач в области расчетов поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
На первом этапе построение трехмерной модели малоразмерного двигателя внутреннего сгорания производилось в современном пакете для проектирования SolidWorks. Затем с помощью операций вычитания объемов было выполнено построение внутреннего объема проточной части двигателя. Проточная часть двигателя была рассечена на девять объемов согласно разработанной авторами методике подготовки трехмерных моделей к наложению сеточных элементов.
Построение сетки проводилось в сеткогенераторе ANSYS Meshing на базе платформы Workbench. При задании параметров сетки был выбран диапазон размеров сеточного элемента от 0,5 до 1,5 мм, градиент роста элементов сетки равный 1,05 и тип конечного элемента - тетраэдр. Для корректной работы опции послойного перестроения сетки во время расчета в объеме цилиндра и подпоршневой области был задан размер сеточного элемента 0,5 мм, тип конечного элемента - гексаэдр. Так же были назначены граничные поверхности входа в проточную часть и выхода из нее рабочего тела. Совпадающим поверхностям различных объемов автоматически присвоены названия и граничные условия проницаемости (Interface).
Для обеспечения необходимой точности расчетов была выбрана соответствующая для данной задачи модель турбулентности k-ε. В меню задания граничных условий были заданы необходимые параметры на границах модели. Далее была произведена настройка зон пересечения сетки. Данная настройка необходима для получения движущейся сетки и настройки проницаемость границ между расчетными зонами. Так же выполнялась настройка параметров движения сетки и задание динамической модели движения сетки и её основных параметров. В опциях указывались параметры для схемы движения сетки. Вращение коленчатого вала двигателя задавалось с помощью пользовательской функции (UDF-функции).
В результате расчета были получены поля распределения основных параметров в проточной части малоразмерного двигателя внутреннего сгорания, такие как давление, температура, скорость и состав рабочего тела. По результатам моделирования были рассчитаны значения мощности и топливной экономичности малоразмерного двигателя.
Результаты расчета были сохранены в виде анимации полей распределения соответствующих термодинамических параметров и в табличной форме в виде зависимости осредненных параметров давления и температуры от угла поворота коленчатого вала двигателя.
В связи со сложностью выполнения индицирования на испытательном стенде малоразмерного поршневого двигателя было принято решение проведение верификации результатов расчета по мощности двигателя. Верификация результатов численных исследований, проведенных по данной методике, показала, что максимальная погрешность расчета мощности на различных режимах не превышает 8,5% (в среднем в пределах 6,2%), что вполне допустимо при решении такого класса задач.

Список литературы
  1. Бирюк В.В., Горшкалёв А.А., Угланов Д.А. Расчет тепловых процессов в камере сгорания ДВС с помощью программы «FLUENT». Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2011. 70 с.
  2. Бирюк В.В., Горшкалёв А.А., Сморкалов Д.В., Угланов Д.А. Моделирование тепловых и газодинамических процессов в двухтактном поршневом двигателе с помощью программы «FLUENT». Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2011. 73 с.
  3. Бирюк В.В., Горшкалев А.А., Каюков С.С., Угланов Д.А. Моделирование тепловых процессов в камере сгорания поршневого двигателя с непосредственным впрыском. Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2012. 85 с.
  4. Анисимов М.Ю., Бирюк В.В., Горшкалёв А.А., Каюков С.С., Угланов Д.А. Создание конечно-элементной сетки цилиндропоршневой группы ДВС. Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2013. 45 с.
  5. Бирюк В.В., Горшкалев А.А., Каюков С.С., Угланов Д.А., Вакарчук А.А., Бурданов А.М. Основные результаты использования CAE/CAD-систем в процессе проектирования и расчёта рабочих процессов ДВС // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2012. № 3-3 (34). С. 126-130.
  6. Кныш Ю.А., Цыбизов Ю.И., Дмитриев Д.Н., Горшкалев А.А. Формирование в каналах блочного катализатора микровихревых потоков газа с интенсивной закруткой // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2012. № 3-3 (34). С. 121-125.
  7. Бирюк В.В., Горшкалев А.А., Каюков С.С., Угланов Д.А., Лысенко Ю.Д., Звягинцев В.А. Непосредственный впрыск топлива многоигольной форсункой в камеру сгорания ДВС с использованием CAE/CAD-систем // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2013. № 3-1 (41). С. 25-29.
  8. Карпенко А.П., Мухлисуллина Д.Т., Овчинников В.А. Разработка математической модели двигателя внутреннего сгорания с использованием программного комплекса PRADIS // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2009. № 1. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/120505.html (дата обращения 01.11.2014).
  9. Сакулин Р.Ю., Ахтямов И.И., Шаяхметов В.А., Яковлев П.Б. Расчетное исследование возможности реализации сверхвысокой степени сжатия в поршневом двигателе внутреннего сгорания // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 9. С. 117-126. DOI: 10.7463/0913.0622287
  10. Клюквин А.Д. Анализ влияния зависимости теплофизических свойств воздуха от температуры на точность расчета параметров турбулентных течений при различных видах осреднения уравнений Навье-Стокса // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 8. С. 256-267. DOI: 10.7463/0814.0725648
  11. Самойленко А.Ю. Альтернативный эталонный цикл двигателя внутреннего сгорания // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 8. С. 479-490. DOI: 10.7463/0812.0475919
  12. Марков В.А., Шатров В.И. Выбор формы внешней скоростной характеристики транспортного дизеля // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 2. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/331076.html (дата обращения 01.11.2014).
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2021 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)