Влияние ориентации струй в камере сгорания на параметры ДВС

d42gs_an.gif (7195 bytes)

prevgray.gif (1301 bytes) home.gif (1299 bytes) english.gif (2062 bytes) nextgray.gif (1360 bytes)

Влияние проиллюстрировано на примере:
Расчетное исследование влияния угла наклона топливных струй на параметры судового дизеля 6ЧН30/38.

Известно, что угол наклона распыливающих отверстий (угол между осью цилиндра и осью струи) в особенности для дизелей с объемным смесеобразованием, должен иметь оптимальное значение, при котором достигаются наилучшие показатели работы ДВС.

Цель исследования: Рассчитать оптимальную величину угла наклона топливных струй, при которой расход топлива минимален.

В процессе численного эксперимента угол наклона струй изменялся от 55 до 85 градусов (распылитель 8 х 0.5). Для каждого варианта расположения отверстий насос-форсунки рассчитывался рабочий процесс дизеля, включая смесеобразование и газообмен. Исследовались два режима работы; представленные графические материалы соответствуют режиму полной мощности.
    Программа визуализации
"Fuel Jet Visualization" позволяет контролировать количество топлива, попавшего в характерные зоны каждой из топливных струй. Наилучшие условия испарения в зоне оболочки свободной струи и ее пристеночного потока, наихудшие - в ядре свободной струи и на поверхности зеркала цилиндра.

При больших углах струи (g=85°) до 20% топлива попадает на зеркало цилиндра.
При малых углах (g=65°) струи быстро достигают горячей поверхности поршня. Жесткость сгорания увеличивается.

Рис. 1.

     При малых углах отклонения струи от оси цилиндра топливо быстро достигает горячей поверхности поршня и интенсивно испаряется в начальной стадии сгорания (до ВМТ). Прирост количества испарившегося топлива происходит за счет рано формирующегося ядра пристеночного потока. Жесткость сгорания увеличивается.

Влияние угла наклона топливных струй g на параметры рабочего процесса

g , град Разница в расходе
топлива, г/(кВт ч)
Доля топлива в
оболочке струи
Доля топлива, на
зеркале цил.
Жестк. сгоран.
dP/d
f , бар/град

Режим

55 +5.6 50.3 % 0. % 5.6 n=750 1/мин
Pe = 17 бар
65 -1.0 78.7 % 0.2 % 5.35
75 0. 84.3 % 0.46 % 4.8
85 +4.9 68.3 % 20.4 % 5.0
           
55 +7.1 45.0 % 0. % 4.14 n=600 1/мин
Pe = 11 бар.
65 0 72.7 % 1.7 % 4.15
75 0. 76.4 % 1.9 % 4.08
85 +9.4 59.2 % 30.4 % 4.12

     По мере приближения оси струи к поверхности крышки цилиндра продолжительность и дальность ее свободного развития возрастают. При увеличении длины свободной струи увеличивается количество топлива в ее плотном осевом ядре (См. Рис. 1., кривые "Яд. струи"). Топливо в этой зоне очень плохо испаряется. Поэтому скорость сгорания в первой половине впрыска при увеличении угла g понижается (См. Рис. 2.).
     Однако после столкновения струи со стенкой доля топлива в оболочке струи и ее пристеночного потока интенсивно увеличивается (См. таблицу) и достигает максимума при
g =75 град., это приводит к увеличению скорости сгорания во второй половине впрыска (См. Рис. 2.). Расход топлива понижается.
     Однако это снижение происходит лишь до того момента пока заметная часть топлива не начнет оседать на зеркале цилиндра. С этого момента показатели эффективности процесса резко ухудшаются. Оптимальным следует считать угол наклона струй 75 градусов., при котором наилучшая экономичность достигается при наименьшей жесткости сгорания. Об этом же свидетельствуют эксперименты, проведенные на ПО "Коломенский завод".

Влияние угла наклона струй на протекание кривых скорости тепловыделения.

d42_dxdt.gif (4798 bytes)
Рис. 2.

При g =55...65струя быстро долетает до поршня, быстро формируется и испаряется пристеночный слой. Повышается жесткость сгорания.

При g =65...75 струя формирует развитую оболочку с лучшими условиями испарения. Наилучшая экономичность при малой жесткости.

При g =85 часть топлива попадает на зеркало цилиндра.

 

prevgray.gif (1301 bytes) home.gif (1299 bytes) e-mail.gif (1629 bytes) nextgray.gif (1360 bytes)