М.В. Абросимова, Л.А. Жолобов

Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, 603107, Нижний Новгород, Российская Федерация

вход, выход, вектор, газообмен, давление, логарифмический закон, математическая модель, поток, сопротивление, стенка, тип границы

В ходе решения задачи моделирования газообмена перед исследователями стоит цель – определить термодинамические параметры и поля рабочего тела, находящегося в области расчета. Под областью расчета понимается объем, в котором определены уравнения математической модели и граница объема, которая определяет граничные условия.

Задачи моделирования газообмена относятся к видам задач о внутренних течениях. Внутреннее течение – это течения с твердыми границами. В этом случае физический объем совпадает с границами моделируемого устройства.

В процессе газообмена выпуск отработавших газов из цилиндров и поступление в них свежего заряда происходит под действием возвратно-поступательного движения поршней при периодическом открытии клапанов. В результате течения через клапанные щели и в выпускной, и во впускной системах имеют четко выраженный неустановившийся характер. При этом конструктивная схема и параметры систем выпуска и впуска и обусловленные ими особенности газовоздушных потоков, в свою очередь, значительно влияют на протекание газообмена и наполнение, и, как следствие, на рабочий цикл в целом, и выходные показатели двигателя. Все эти взаимосвязанные процессы сложны, и поэтому до сих пор не имеют исчерпывающего математического описания.

Область моделирования являлась трехмерным объектом, так как характер течения газов в области расчетов имеет ярко выраженную трехмерную структуру. В соответствии с этим поиск решения данной задачи при моделировании процессов газообмена ведется на основании наиболее полно описывающей такой вид течения физической модели полностью сжимаемой жидкости.

In the course of solving the problem of gas exchange, researchers are faced with the task of determining the thermodynamic parameters and fields of the working medium in the calculation area. The calculation area is understood as the volume in which the equations of the mathematical model and the volume boundary on which the boundary conditions are defined.

The tasks of modeling gas exchange relate to the problems of internal flows. The inner current is the currents bounded by solid boundaries. In this case, the physical volume is limited and coincides with the boundaries of the simulated device.

In the process of gas exchange, the output of exhaust gases from the cylinders and the arrival of fresh charge in them occurs under the action of reciprocating motion of the pistons with periodic opening of the valves. As a result of flow through the valve slots and in the exhaust and inlet systems have a clearly expressed non-established nature. At the same time, the constructive scheme and parameters of the exhaust and inlet systems due to them peculiarities of gas-air flows in turn significantly affect the flow of gas exchange and filling and, as a consequence, the duty cycle as a whole and the output parameters of the engine. All these interrelated processes are complex and therefore do not yet have an exhaustive mathematical description.

The modeling domain was a three-dimensional object, since the nature of the gas flow in the calculation area has a pronounced three-dimensional structure. In accordance with this, the search for the solution of this problem in the modeling of gas exchange processes is carried out on the basis of the most completely describing this type of flow of the physical model of a completely compressible fluid.

1. Агафонов, А.Н. Экспериментальные исследования работы ДВС с усовершенствованной системой воздухоснабжения / А.Н.Агафонов, И.В. Слесаренко, В.Н. Гудзь // Двигателестроение. – – № 2. – С. 11–15.


2. Голев, Б. Ю. Численный расчет движения воздушного заряда во впускном винтовом канале и цилиндре дизеля // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: материалы XII Международной научно-практической конференция. – Владимир, 2010. – С. 29-31.


3. Горнушкин, Ю.Г. Требования к воздухопроводяшему тракту моторного испытательного стенда / Ю.Г. Горнушкин, Я.А. Михайлов // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: материалы X Международной научно-практической конференция. – Владимир, 2005. – С. 29-31.


4. Грицюк, А. В. Исследование газодинамических характеристик впускных каналов дизеля при его разработке / А.В. Грицюк, С.А. Алехин, В.А. Опалеев // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: материалы X Международной научно-практической конференции. – Владимир, 2005. – С. 82-88.


5. Гусаков, С.В. Опыт применения метода планируемого эксперимента в исследованиях ДВС / С. В. Гусаков, А. С. Макаревский // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: материалы X Международной научно-практической конференции. – Владимир, 2005. – С. 38-40.


6. Жолобов, Л. А. Оценка наполнения цилиндра ДВС свежим зарядом по результатам численного моделирования / Л. А. Жолобов, И. Н. Шелякин, М.В. Абросимова // Вестник НГИЭИ. – 2016. – № 10.– С.47-54.


7. Жолобов, Л.А Оценка параметров газообмена в ДВС методом численного моделирования / Л. А. Жолобов, И. Н. Шелякин, М. В. Абросимова // Вестник НГИЭИ.– 2017.– № 2. – С.35-45


8. Калугин, С. П. Математическое моделирование процессов газообмена двигателя внутреннего сгорания / С. П. Калугин, В. Н. Балабин // Прикладная наука. – 2007. – № 1. – С. 20-27.


9. Лиханов, В. А. Моделирование рабочего процесса газодизеля при работе с рециркуляцией ОГ / В. А. Лиханов, О. П. Лопатин // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: материалы X Международной научно-практической конференции. – Владимир, 2005. – С.31-33.


10. Миронычев, М. А. Рациональная организация рабочих процессов поршневых двигателей с целью повышения их технико-экономических показателей / М. А. Миронычев, В. Н. Павельев, В. А. Низовцев // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: материалы X Международной научно-практической конференции. – Владимир, 2005. –С.65-67.


11. Эфрос, В. В. Численное моделирование впускных каналов / В. В. Эфрос, Б. Ю. Голев // Двигателестроение. – 2007. – № 4. – С.24-27.