Ki [Nl [01 = [N] [NO]; [N] Ш = [NO] [O]; Ks [N] [OH] = [NO] [H]; /с4 [H] [O] = [OH] [H]; K, IH,] = [H]; Kb [H,] [OH] =. IHOI [H]; KACO] [OH] = [CO2I [H]; CO.] + ef[0.] + B.JH-bI +

[CO] + [CO2] = [H] , [HO]

C x 1 tit,

12 Vp

[H,0] -

[N.] + + = 0.79-#-i-r,,,

V„ Vr

[M] = [CO] + [CO2] + [N2] + [N] + [NO] + [Hd f + [H] + [OH] + [O2] + [O] + [H2O]; = [i]/[M];

d[NO] =

ка+ 1

CHn -

(3.79)

Здесь приняты следующие безразмерные переменные: [i] - = С;Уц - безразмерная концентрация i-ro компонента; Кь = = /Сбд - безразмерный коэффициент равновесия реакции (3.60); Ур = объем продуктов сгорания; Уц = Уц/Ул - объем

цилиндра; i? = гVper - скорость реакции; й = йрг/Уд- коэффициент скорости реакции; 6 = 6/5 - толщина пристеночного слоя.

Для оценки токсичности двигателя с учетом его рабочего объема, количества расходуемого топлива и воздуха, работы используются приведенные показатели токсичности gco» &н и gNO - количество токсичного вещества на единицу работы [г/(кВт-ч)].

Исходными данными для решения системы уравнений являются параметры газа в цилиндре, особенно в зоне сгоревшей смеси. Применяя однородную модель, объем цилиндра делят на две чсти. Смесь в каждой зоне считают однородной, характеризуемой параметрами Р, Г, М, У. Средние параметры в цилиндре известны из расчета процесса в цилиндре. Зная коэффициент выделения теплоты и предполагая равенство значений давления в отдельных зонах, можно определить параметры газа в этих зонах.

Для решения системы уравнений (3.79) целесообразно воспользоваться методом, позволяющим из ряда математически возможных решений выделить физически рациональное. При использовании метода хорд систему уравнений необходимо привести к уравнению относительно одной искомой. Такой искомой величиной желательно выбрать молекулярную концентрацию кислорода [Og], если а <; -< 1, и оксида углерода [СО], если ее > 1. Практика решения дифференциального уравнения [NO ] в системе (3.79) показала, что, несмотря на достаточно короткий шаг (до О, Г), метод Эйлера является нестабильным. Поэтому необходимо использовать модифицированный метод Эйлера.

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ШУМА ГАЗООБМЕНА

Известные методы расчета шумовых характеристик газообмена ДВС в основном базируются на имеющихся эпюрах давления (скорости) газа на впуске и выпуске цилиндра. Для двухтактных две, у которых изменение конструкции впускных-выпускных труб и глушителей шума связано с изменением характеристик двигателя, такой «автономный» расчет не может быть удовлетворительным. Первые удачные попытки совместного расчета рабочего процесса и шумовых характеристик двухтактного ДВС сделаны Г. Блэером [11]. Описанная выше математическая модель процесса также позволяет оценить показатели шума двухтактного ДВС.

Шум газообмена можно классифицировать па пульсационный и вихревой. Вихревой шум обусловлен вихреобразованием в газовом потоке при его протекании через органы газообмена и истечении во внешнюю среду. Сверхзвуковое течение газа со значительной долей вихревого шума может иметь место только при свободном выпуске отработавших газов в окружающую среду. Однако без выпускной трубы двухтактные ДВС практически не. применяют. При характерных для двухтактных двигателей скоростях истечения газа из выпускной системы в окружающую среду, по анализу авторов, уровень вихревого шума незначительный.

Источниками пульсационного шума являются пульсирующие газовые потоки впуска и выпуска. Так как периметр выходных сечений отверстий впускных-выпускных труб двухтактных ДВС меньше длины волны наиболее мощных спектральных составляющих шума, эти отверстия излучают шум как монополи. В отсутствие отражающих поверхностей, если пренебречь нелинейностью, они создают сферические волны со звуковым давлением

(3.80)

где р9 - плотность окружающего воздуха; и {t) - скорость газа в выходном сечении трубы; сц - скорость звука в во.здухе; г - расстояние от конца трубы; f вых - площадь выходного сечения трубы

Пульсирующий поток объемной скоростью Q.,, {i), определенный при расчете газообмена, можем рассматривать как результат наложения на неслышимый установившийся поток большого числа слышимых гармонических переменных потоков. Так как функции Qv (О есть функции периодические, удовлетворяющие в периоде То условиям Дирихле, их можно разложить в ряд Фурье с коэффициентами

(3.81)

где (!)() -- 2я/о 2я/То - основная угловая частота, с".

Амплитуда i-й гармоники объемной скорости (при угловой частоте щ = 1щ) получается суммированием следующих компонентов:

Qvi + Ьь (3.82)

Звуковая мощность отдельных гармонических составляющих

(3.83)

Ъпйа

Используя вместо co частоту fi =-- (й,/(2я) и параметры приведения Qi/o = 1 м7с, /о = 1 Гц и Ро = 10~" Вт, можно для нормальных атмосферных условий получить из (3.83) выражение для расчета уровней звуковой мощности шума i-й гармоники, дБ:

Lp, .= 20 lg-§+20 lg---f 97,4.

4Vo In

(3.84)

Для определения уровня звуковой мощности в октавных или третьоктавных полосах необходимо сложить уровни звуковой мощности отдельных гармонических составляющих, попавших в соответствующую полосу. Для логарифмических величин суммирование ведется по формуле

Z.POK. - lOlg

210 1

,0.1 Z.

(3.85)

где LpoKT - октавный уровень звуковой мощности, дБ; Lpi - уровень звуковой мощности отдельных гармонических составляющих, дБ.

Уровень звуковой мощности шума определяют суммированием уровней звуковой мощности для всех частотных полос. Для получения суммарного уровня шума по характеристике А вводят соответствующие поправки.

При расчете процесса двухтактного карбюраторного ДВС, оснащенного глушителями шума, целесообразно их воздействия разделить на уменьшающие шум газообмена и изменяющие параметры рабочего процесса. Вопросы, связанные с защитой от шума, изложены ниже. Чтобы в расчетах газообмена учитывать влияние глушителя на рабочий процесс двигателя, можно применить упрощенные модели глушителей: впуска - однокамерного с одним объемом и одним местным сопротивлением соответствующей пропускной способностью; выпуска - двухкамерного с двумя объемами и тремя местными сопротивлениями. Эквивалентные объемы и местные сопротивления следует определять экспериментально.

3.3. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСЧЕТА РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НА ЭВМ

Ввиду сложности систем уравнений модели и возможности их только совместного решения модель расчета рабочего процесса может быть реализована лишь с помощью ЭВМ. Ниже рассмотрена разработанная Таллиннским техническим университетом первая реализованная в нашей стране математическая модель рабочего процесса двухтактного карбюраторного ДВС. Усовершенствованием математической модели и ее реализацией на ЭВМ серии ЕС (1022-1055) создана интегрированная система расчетного исследования процесса (ИСРИП) двухтактного карбюраторного двигателя. Программы системы написаны на языке Фортран. Каждая конкретная реализация математической модели на ЭВМ связана с поставленными целями, характеристиками ЭВМ, допустимыми затратами и несколько отличается от исходной математической модели. Анализ особенностей рабочего процесса двигателя и опыт математического моделирования показали, что амплитудные характеристики процессов влияют на качество моделирования двухтактного карбюраторного двигателя слабее, чем функции модели, которые описывают связи между подпроцессами и временные соотношения между ними. С учетом этого при создании ИСРИП величины Со, Ср, R VI k были приняты постоянными.

ИСРИП состоит из программы TCSIE для моделирования процесса двухтактного карбюраторного ДВС и вспомогательных программ DRORE (для подготовки массивов модели местного сопротивления) и KTEG (для анализа результатов статических продувок местных сопротивлений).

Программа TCSIE создана для работы в пакетном режиме. Предварительно при помощи программы DRORE на диске записывается набор XXX с матрицами модели местного сопротивления. После пуска программы TCSIE с диска вводят набор XXX и

Местное conpotfwi ление

Постоянные модели

J---"-7 Г*-7

IBBodi-i Ввод L

Определение задачи

W / \ввод и

Пгомет-рия

\ Вывод /

Геометрия

/"Шо \ режима/

Подеотов-па модели

.19,

21-

BflSWR

Buffod j- Показатели

Гшдед [-онсичность. I I шумовые ха-

Рис. 3.18. Алгоритм прсграммы TCSiF.

запись МОСО с кодом моделируемого двигателя (блоки 2, 4 и 5, рис. 3.18). Постоянные модели (блоки 6 и 7) могут быть приняты по умолчанию или введены в память с диска. Геометрические данные двигателя вводит и готовит к расчету программа PREPS (PREPR в случае клапанного впуска). Пакет с данными двигателя готовится в системе разделения времени TSO и записывается в виде файла на диск. Пакет состоит из следующих записей: общих геометрических показателей двигателя; размеров труб, каналов и окон; коэффициентов расхода; параметров клапана; размеров глушителей шума; скоростных режимов.

Для проверки геометрические данные и постоянные модели выводят на принтер (блоки 15 и 16). После определения скоростного режима готовится модель к расчету рабочего процесса. Рабочий процесс моделируемого двигателя рассчитывается под управлением программы GASWS (GASWR в случае клапанного впуска). Эти программы реализуют модели объема, трубы, местного сопротивления и ОПК (программа GASWR). Результатами расчета являются мощностные и экономические показатели двигателя и таблицы с диаграммами газообмена (блоки 22 и 2>?).При необходимости в блоке 24 с применением программы ECOL определяются токсические и шумовые характеристики двигателя, кото-

Р.,>?н,9о,Пу

а О

8 -1,0

0.3 5-07-

0,6 0.5

а) [ \ " Г \5) Ofi 0,5 0,6 0,7 0,8л, 40 ВО 80 f°,

го V Ю

-0,9

-0.5

0,0007 0,001 0,0015й„

Рис. 3.19. Влияние некоторых постоянных модели на интегральные показатели цикла

рые также выводят на принтер (блоки 25, 26 и 27). Начиная с выбора скоростного режима (блок 17), расчет повторяется на всех скоростных режимах. Результатом моделирования является составление сводной таблицы (блоки 29 и 30) с данными внешней скоростной характеристики моделируемого двигателя.

Для рационального использования оперативной памяти программа TCSIE имеет оверлейную структуру - состоит из корневого сегмента и пяти сегментов, загружаемых в оперативную память ЭВМ только при обращении к программам данного сегмента. Оперативной памяти TCSIE с оверлейной структурой требуется 210К байт. Расчет показателей двигателя на одном скоростном режиме продолжается в зависимости от сложности, быстроходности и других факторов 2,5...5 мин (ЕС 1055 М) и 8...18 мин (ЕС 1022) времени центрального процессора.

Математическая модель, реализацией которой является ИСРИП, содержит экспериментальные коэффициенты, зависящие от типа и конструкции моделируемого двигателя. Многие постоянные ИСРИП, таким образом, не являются постоянными по существу. В первом приближении их можно рассматривать постоянными только для какой-то конкретной конструкции двигателя. При расчете другого типа двигателя некоторые постоянные уточняются. Такими постоянными являются коэффициенты расхода окон, коэффициенты в уравнениях теплоотдачи, коэффициенты