|
Разработка ресурсосберегающих технологий сжигания топлив, повышение требований к надежности конструкций и увеличению их ресурса, снижение выбросов вредных и загрязняющих соединений в продуктах сгорания, получение оптимальных показателей рабочих процессов, повышение степени их завершенности приводит к необходимости теоретического анализа процессов, связанных с преобразованием энергии топлива в камерах сгорания (КС) тепловых двигателей (ТД) и энергоустановок (ЭУ). Эффективным методом исследования рабочего процесса в КС является численное моделирование. Модели рабочих процессов широко используются для интерпретации измерений, оценки новых идей, исследования работоспособности двигателей и энергоустановок в области экстремальных режимных параметров, расширения представлений о протекании процессов, поиска новых и совершенствовании известных способов организации горения с целью достижения максимальных энергетических показателей при снижении вредных выбросов в окружающую среду. В настоящее время невозможно эффективно совершенствовать КС без детального представления химии горения, это приводит к необходимости создания моделей, учитывающих тепломассообмен и кинетику реакций. Разнообразие способов организации горения обуславливает необходимость создания базовых моделей, на основе которых могут быть оперативно сформированы комплексные модели для конкретных технических устройств. Применение топливных композиций, имеющих различный элементный состав, приводит к необходимости создания моделей, инвариантных относительно набора веществ и кинетического механизма. В определенной степени развитие моделей сдерживается недостатком надежных кинетических данных, например, для моделирования горения сложных углеводородных соединений, образования и разложения токсичных веществ, горения альтернативных топлив и т.д. Непрерывно возрастающие требования к адекватности физических схем и математических моделей реальным процессам, необходимость решения множества задач при создании высокоэффективных ТД и ЭУ определяют высокую актуальность проблемы дальнейшего развития методов численного моделирования процессов в камерах сгорания. Основные цели диссертационной работы: развитие методов численного моделирования процессов в КС на основе учета взаимосвязанных явлений тепломассообмена и кинетики горения; развитие базового математического обеспечения, программная реализация методов расчета, разработка схем рабочих процессов и формирование, включая использование базового математического обеспечения, моделей и программ для численного исследования процессов в реальных КС различного назначения. В первой главе рассматривается состояние проблемы, проводится анализ теоретических методов, применяемых для численного моделирования и исследования процессов в КС ТД и ЭУ. Во второй главе приведены общие схемы физико-химических процессов в типичных КС ТД и ЭУ, описан принятый подход к комплексному моделированию рабочих процессов, представлена основная система уравнений, описан алгоритм решения и даны сведения о программном обеспечении. Третья глава посвящена моделированию реагирующей среды. В этой
главе: приведен подход к представлению данных о многокомпонентных
углеводородных горючих; приведены сформированные кинетические
схемы горения углеводородных соединений; приведены схемы химического взаимодействия в системах N-C-H-0; рассматриваются процессы образования и выгорания сажи; представлены результаты расчетов, ориентированных на проверку и уточнение сформированных кинетических схем. В четвертой главе приведены: описание разработанной
комплексной модели для расчета процессов в камере сгорания, входящей в
состав парогазогенератора; алгоритм решения задачи; результаты тестирования комплексной модели; результаты численных исследований, выполненных с целью изучения влияния режимных и конструкционных параметров на изменение параметров продуктов сгорания и завершенность рабочего процесса в целом. В пятой главе приведены основные результаты по моделированию и численному исследованию процессов в камере сгорания теплогенератора, входящего в состав установки для нагрева воздуха. Основной целью исследований было определение режимных и конструкционных параметров КС, при которых достигаются максимальная полнота преобразования энергии топлива и минимизируются вредные выбросы. В шестой главе приведено описание схемы и математической модели процесса сгорания цилиндре ДВС с искровым зажиганием. Основное внимание уделяется процессам химической и термической ионизации, взаимосвязи этих процессов с изменением параметров рабочего тела. Автор выражает благодарность академику РАН, доктору технических наук, профессору В.К.Алемасову за ряд замечаний и предложений, способствовавших улучшению качества работы. Автор благодарен чл.-корр. АН РТ, доктору технических наук профессору А.Ф.Дрегалину за помощь в выборе научного направления и ценные рекомендации при выполнении работы. Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту доктору технических наук, профессору В.И.Наумову. Автор глубоко признателен доктору технических наук Т.М.Магсумову, принимавшему непосредственное участие в обсуждении основных результатов работы.
| 
Вы находитесь:
