Курсовая работа По дисциплине «Методы математического моделирования» - файл

скачать (122.8 kb.)



Санкт-Петербург
2021
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный морской технический университет»
Кафедра прикладной математики и математического моделирования
Курсовая работа
По дисциплине «Методы математического моделирования»




Выполнил студент группы 2266 Шайдорова К.А.
Проверил Доцент кафедры, Галиев И.Р.





2
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
КП
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................................... 3
СПРАВКА ИЗ ПРОГРАММЫ ДИЗЕЛЬ-РК ............................................................................... 4
РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОЭФФИЦИЕНТА
ИЗБЫТКА ВОЗДУХА ................................................................................................................. 16
ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................................ 19
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ .......................................................................................................... 20


3
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
КП
ВВЕДЕНИЕ
Расчет рабочего цикла универсальной одноцилиндровой моторной установки УИТ-
85М. Цель данной работы выполнить ряд расчётов и построить зависимости с помощью программы Дизель-РК:
1.
Построить зависимость давления от коэффициента избытка воздуха;
2.
Построить график зависимости концентрации NOx от коэффициента избытка воздуха;
3.
Построить график зависимости мощности от коэффициента избытка воздуха;
4.
Сопоставить расчеты в абсолютных и относительных величинах для разных топлив.


4
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
КП
СПРАВКА ИЗ ПРОГРАММЫ ДИЗЕЛЬ-РК
Моделирование NO по схеме Зельдовича
Моделирование образования оксидов азота в цилиндре ДВС
При моделировании образования оксидов, предполагается, что цилиндр разделен на две зоны: зону свежего заряда и зону сгоревшего газа. Зона свежего заряда состоит из воздуха, топлива и остаточных газов. Во время сгорания, объем зоны сгоревших газов увеличивается. При расчете сгорания предполагается, что локальное значение коэффициента избытка воздуха линейно меняется от начального значения αini < 1 до 1.
Текущее значение коэффициента избытка воздуха при сгорании αc является функцией угла поворота ϕ: где: ϕz продолжительность сгорания, которая измеряется в углах поворота коленчатого вала.
Возможности разработанной методики:

Пошаговое вычисление равновесной концентрации компонентов продуктов сгорания для 18 компонентов в зоне сгоревших газов. [1]

Кинетический способ расчета "термических" оксидов азота по цепному механизму Зельдовича. [2]
Так как сгорание в двигателе носит характер взрыва, то таким образом, он определяет "термический" механизм образования NO. В предлагаемой методике все расчеты ведутся по "термическому" механизму.
Так как в двигателе "термические" NO основные, при моделировании расчеты проводятся по термическому механизму.
Окисление азота основывается на цепном механизме, в котором основные реакции:
O2 <=> 2O; (1)
N2 + O <=> NO + N; (2)
N + O2 <=> NO + O. (3)
Основной реакцией является третья. Скорость этой реакции зависит от концентрации атомарного кислорода.
Расчет образования NO по цепному механизму проводится для зоны сгорания, затем определяется средняя концентрация по всей камере сгорания. Объемная


5
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
КП
концентрация NO в продуктах сгорания, определенная для текущего временного шага, определяется выражениями: где: p давление в цилиндре, [Па];
Tcz температура газа в зоне сгорания, [K];
R газовая постоянная, [Дж/(моль K)];
ω текущая угловая скорость вращения коленчатого вала, [1/сек];
rNO eq, rN2 eq, rO eq, rO2 eq равновесные концентрации оксида азота, азота, кислорода и атомарного кислорода, соответственно.
Равновесные концентрации 18 компонент, вычисляются на каждом временном шаге. Список веществ включает в себя:
O, O2, O3, H, H2, OH, H2O, C, CO, CO2, CH4, N, N2, NO, NO2, NH3, HNO3, HCN.
Полная система уравнений включает: 14 уравнений равновесия, 3 выражения сохранения массы, а также закон Дальтона.
Концентрация NO в цилиндре: rNO c = rNO rbc, где: rbc доля газа, сгоревшего в цилиндре.
Концентрация "сухих" оксидов NO в сгоревшем газе, в цилиндре: rNO dry = rNO /
(1 - rH2O), где: rH2O объемная доля паров воды в камере сгорания.
Удельный выброс NO, г/кВтч: где: Мbg масса сгоревшего газа в цилиндре к концу сгорания, кмоль;
Lc механическая работа, кДж;
ηм механический КПД двигателя.
Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными, для дизельного двигателя ЯМЗ-7512, работающего по 13 режимному циклу, приведено ниже.


6
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
КП
Режимные параметры
Способ расчета рабочего процесса
Для термодинамического расчета рабочего процесса двигателя, цикловая подача топлива может быть определена двумя способами:
- задать явно;
- вычислить через коэффициент избытка воздуха a.
Задать цикловую подачу топлива явно рекомендуется в следующих случаях:
- При идентификации математической модели применительно к дизельным двигателям.
- При проведении оптимизационных исследований 4 тактных дизелей.
- При оптимизационных исследованиях 2 тактных дизелей, если это не связано с изменением систем воздухоснабжения и продувки.
Вычислять цикловую подачу топлива по величине коэффициента избытка воздуха при сгорании Alfa рекомендуется в тех случаях, когда в процессе исследования имеется риск получить такие параметры заряда в цилиндре, при которых не будут выполняться условия воспламенения смеси, либо для двигателей, где система смесеобразования обеспечивает нужное соотношение воздуха и топлива:
- При идентификации математической модели применительно к двигателям с искровым воспламенением.
- При исследовании искровых двигателей, когда имеют место относительно узкие пределы воспламеняемости рабочей смеси.
- При исследовании двухтактных двигателей, когда из-за неудачно выбранных фаз газораспределения или параметров продувки на отдельных итерациях наполнение цилиндра может быть очень низким.
- При исследовании возможностей форсирования двигателя путем увеличения наддува.


7
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
КП
- При исследовании зависимости параметров двигателя с изменением параметров окружающей среды, или параметров воздухоснабжения.
- При первоначальных пробных расчетах.
Способ задания потерь во впускном устройстве (до компрессора)
Потери на впуске могут быть заданы двумя способами. В зависимости от выбора в таблице режимов появятся разные строки для ввода данных.
Задать явно целесообразно в том случае, когда эти потери известны по результатам испытаний или техническим требованиям.
Вычислить по перепаду давлений целесообразно тогда, когда проводятся исследования влияния параметров окружающей среды на работу ДВС, и заранее нельзя сказать, какова величина потерь на большой высоте и при наличии скоростного напора воздуха.
Способ задания потерь в выхлопной системе (после турбины)
Потери на выпуске могут быть заданы двумя способами. В зависимости от выбора в таблице режимов появятся разные строки для ввода данных.
Задать явно целесообразно в том случае, когда эти потери известны по результатам испытаний или техническим требованиям.
Вычислить по перепаду давлений целесообразно тогда, когда проводятся исследования влияния параметров окружающей среды на работу ДВС, и заранее нельзя сказать, какова величина потерь на большой высоте.
Параметры окружающей среды
Параметры окружающей среды могут быть заданы двумя способами. В зависимости от выбора в таблице режимов появятся разные строки для ввода данных.
Задать явно целесообразно в том случае, когда давление и температура известны по результатам испытаний или техническим требованиям.
Пересчитать, используя скорость и высоту полета. В этом случае необходимо задать давление и температуру на высоте уровня моря, а текущие параметры на выпуске и впуске будут вычислены программой, исходя из условий стандартной атмосферы и скоростного напора на впуске. Данный способ расчета параметров окружающей среды целесообразно использовать для расчета двигателей высотных аппаратов.
Для перевода величины давления в бары из других единиц используются соотношения:
Po [бар] = 1.013 · Po [кг/см2] ;
Po [бар] = Po [мм.рт.ст.] / 750.2 ;


8


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации