Анотація до роботи:

Аль Русан А.А. Об’ємне сумішоутворення у вихровій камері згоряння, що заповнюється. Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 – технічна теплофізика і промислова теплоенергетика. Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2003.

З використанням гіпотези незалежності від координат ефективної в’язкості і теплопровідності закрученого потоку проінтегровані рівняння газодинаміки в формі Нав’є-Стокса і одержаний розподіл швидкостей, тиску і температури в глухій вихровій камері з вхідною решіткою в торцевій стінці.

Побудовано математичну модель руху і випаровування краплин палива, які вприскуються пневмомеханічним розпилювачем по вісі камери. Визначено розподіл пари палива по радіусу камери і її форма за умови однакового відношення мас пари і повітря. Розроблено методи розрахунку вихрової камери, відцентрового розпилювача і завихрювача повітря. Експериментальні дослідження вихрової камери виконані на високошвидкісному дизелі з діаметром поршня 82 мм, ходом 75 мм при стисненні 19,3.

Вихрова камера, газодинаміка, розпилювання, випаровування, об’ємне згоряння.

1. У дисертації вирішується задача оптимізації об'ємного сумішоутворення в заповнюємій камері згоряння, що забезпечує зменшення викидів і підвищення ККД теплового двигуна.

В даний час ця задача вирішується експериментально вибором форми камери згоряння і поєднання її з розпилювачем палива. Через відсутність методів розрахунку швидкостей повітря в камері згоряння задача розподілу палива в повітряному заряді вирішується емпірично. Застосування k-e моделі в розрахунках газодинаміки не внесло прогрес у практику проектування, оскільки питання про генерацію турбулентності залишається відкритим.

2. Об'ємне сумішоутворення запропоновано здійснювати в глухій вихровій камері згоряння з вприскуванням палива відцентровим розпилювачем з завихрювачем повітря, які захищені патентами України.

3. З застосуванням гіпотези про незалежність від координат ефективної в’язкості і температуропровідності в закрученому потоці проінтегровані рівняння нерозривності, енергії і руху в формі Нав’е-Стокса і отримані закони розподілу швидкостей, тиску і температури в глухій вихровій камері.

Нагнітання повітря в вихрову камеру згоряння здійснюється ущільненням повітря в периферійній частині камери біля вхідної решітки.

Газодинамічну обстановку в вихровій камері визначає швидкість ущільнення заряду dr/dt для обертальної і відносна швидкість ущільнення dr/rdt для радіальної компонент.

4. Математичне моделювання руху і випаровування краплин з отриманими законами розподілу швидкостей показало, що в вихровій камері з D=50 мм, h=7 мм при швидкостях повітря W_к^*=26,7 м/с, |V_к^*|=40,9 м/с і крапель w₀=11,64 м/с, u₀=4,7 м/с в об’ємі випаровуються краплини до 90 мкм за час перебування 1,1 мс.

Чисельні розрахунки дозволили виявити вплив геометричних розмірів, швидкостей повітря і краплин, що вприскуються розпилювачем, на розподіл пари палива в вихровій камері.

5. Запропоновано методи вибору розмірів і форми вихрової камери і поєднаного з нею відцентрового розпилювача і завихрювача повітря.

6. Експериментально визначений газодинамічний опір вхідної решітки вихрової камери при D/d_вх=0,2-2,4 і числах Рейнольдса Re_вх=(12,5)10⁴.

7. Створено дослідну установку з двигуном СН-6Д-11, що має нерозділену камеру і струменевий розпилювач, і виконані тестові дослідження його технічної характеристики. Для випробувань двигун дороблений із виконанням вихрової камери в поршні, установкою завихрювача повітря на голівку і заміною струменевого розпилювача відцентровим. Випробування свідчать про підвищення ККД двигуна з глухою вихровою камерою.

8. На основі проведених досліджень рекомендується:

- застосовувати в теплових двигунах глуху вихрову камеру з відцентровим розпилювачем і завихрювачем повітря. Завихрювач повітря доцільно використовувати для управління розподілом пари палива в камері згоряння;

- комп'ютерну програму математичного моделювання сумішоутворення і методи розрахунку застосовувати при проектуванні вихрової камери згоряння розпиленого палива;

- виконати розробку вихрової камери згоряння для двигуна великої потужності з метою підвищення ККД. Конструктивна схема повинна дозволяти виконання розрахункових форми і розмірів вихрової камери і розпилювання палива. Вихрова камера повинна поєднуватися з відцентровим розпилювачем палива.

Публікації автора:

1. Коваль В.П., Аль Русан А.А. Термогазодинамика глухой вихревой камеры заполняемой через торцевые входные каналы // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2002. – № 1, с.59-66.

2. Коваль В.П., Аль Русан А.А. Движение испаряющихся капель в глухой вихревой камере сгорания поршня дизельного ДВС // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2002. – № 4, с. 59-66.

3. Заяв. № 2000042217 Україна, МКИ F02B 23/04. Камера згоряння дизельного ДВЗ./ Коваль В.П., Аль Русан А.А. Заявл. 18.04.2000. Рішення про видачу патенту від 16.03.2003.

4. Пат. 44935 Україна, МКИ F02M 69/04. Форсунка дизельного двигуна внутрішнього згоряння. В.П. Коваль, А.А. Аль Русан. – № 2000095202, заяв. 08.09.2000; Опубл. 15.03.2002, Бюл. №3.

5. Аль Русан А.А. Аэродинамика и тепломассообмен глухой вихревой камеры сгорания жидкого топлива. IV Міжнародна молодіжна науково-практична конференція "Людина і космос". Збірник тез, Дніпропетровськ, НЦАОМУ, 2002. – с. 100.

Аль Русан А.А. Об’ємне сумішоутворення у вихровій камері згоряння, що заповнюється. Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 – технічна теплофізика і промислова теплоенергетика. Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2003.

З використанням гіпотези незалежності від координат ефективної в’язкості і теплопровідності закрученого потоку проінтегровані рівняння газодинаміки в формі Нав’є-Стокса і одержаний розподіл швидкостей, тиску і температури в глухій вихровій камері з вхідною решіткою в торцевій стінці.

Побудовано математичну модель руху і випаровування краплин палива, які вприскуються пневмомеханічним розпилювачем по вісі камери. Визначено розподіл пари палива по радіусу камери і її форма за умови однакового відношення мас пари і повітря. Розроблено методи розрахунку вихрової камери, відцентрового розпилювача і завихрювача повітря. Експериментальні дослідження вихрової камери виконані на високошвидкісному дизелі з діаметром поршня 82 мм, ходом 75 мм при стисненні 19,3.

Вихрова камера, газодинаміка, розпилювання, випаровування, об’ємне згоряння.

Al Rousan А.А. Volume mixing in bottom-poured vortical combustion chamber. The manuscript.

Thesis of candidate's degree by speciality 05.14.06 - technical thermal physics and industrial heat- and power engineering. National metallurgical academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2003.

With use of a hypothesis of independence from coordinates of effective viscosity and temperature conductivity of the twirled flow the aerodynamics equation in Navie - Stocks form is solved and velocity, pressure and temperature distribution in the solid vortical chamber with an entrance lattice in an end face of the piston is received.

The mathematical model of fuel drops movement and evaporation, which are injected by a pneumomechanical spray on an axis of the chamber, is constructed. The distribution of fuel vapour on radius of the chamber and its form under condition of the identical relation of vapour and air weights is determined. The methods of the vortical chamber computation are developed, centrifugal spray and swirler of air. The experimental researches of vortical chamber are executed on a high-speed diesel engine with a diameter of the piston of 82 mm, course of 75 mm at a degree of compression 19,3.

Diesel engine, vortical chamber, aerodynamics, pneumatic spraying, evaporation, volumetric combustion.

Аль Русан А.А. Объемное смесеобразование в заполняемой вихревой камере сгорания. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 – техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2003.

С использованием гипотезы о независимости от координат эффективной вязкости закрученного потока проинтегрированы уравнения газодинамики в форме Навье-Стокса и получено распределение скоростей, давления и температуры в заполняемой вихревой камере. Средняя скорость уплотнения воздуха dr/dt и относительная скорость dr/rdt определяющие для вращательной и радиальной скоростей. Определены траектория частиц, путь и время пребывания в камере, эффективные числа Рейнольдса и Прандтля.

Экспериментально исследовано сопротивление входной решетки в зависимости от числа Рейнольдса и расстояния поршня от головки.

Построена математическая модель движения и испарения капель топлива в вихревой камере. Численные расчеты позволяют определить траекторию капли, изменение диаметра и температуры. Температура испаряющихся капель в зависимости от температуры воздуха в камере сгорания сравнивается с экспериментальными данными для равновесной температуры капли. Время пребывания капли 90 мкм в объеме камеры диаметром 50 мм высотой 7 мм при вращательной скорости воздуха 22,8 м/с и радиальной 35,2 м/с составляет 1,2 мс. Исследовано влияние скорости сжатия и скорости воздуха, типа распылителя (струйный, штифтовой, центробежный) на движение и испарение капель. Изменение диаметра капель вследствие испарения позволяет установить концентрацию паров по радиусу при известной интегральной функции распределения диаметров капель распылителя топлива. В расчетах используется однопараметрическое распределение. Распределение паров топлива по радиусу вихревой камеры используется при выборе ее формы.

Предложена глухая вихревая камера с входной решеткой в торце и впрыскиванием топлива через соосный с ней распылитель с завихрителем воздуха. Управление рабочим процессом осуществляется посредством выбора размеров камеры, завихрителя и распылителя.

Разработаны методы расчета вихревой камеры, центробежного распылителя, завихрителя сжатого воздуха. Размеры выбираются из условия обеспечения объемного смесеобразования и сжигания топлива.

Экспериментальные исследования выполнены на дизеле СН-6Д-11 с диаметром поршня 80 мм, ходе поршня 75 мм, степени сжатия 19,3 при числах оборотов 1800-3000 об/мин, мощности 1,5-4 кВт.