Плотников Леонид Валерьевич – кандидат технических наук, доцент кафедры «Турбины и двигатели».
Екатеринбург
Leonid V. Plotnikov
Бродов Юрий Миронович – доктор технических наук, заведующий кафедрой турбин и двигателей.
Екатеринбург
Yurii M. Brodov
Жилкин Борис Прокопьевич – доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника».
Екатеринбург
Boris P. Zhilkin
Осипов Леонид Евгеньевич – аспирант.
Екатеринбург
Leonid E. Osipov
Десятов Константин Олегович – магистрант.
Екатеринбург
Konstantin O. Desyatov
ЦЕЛЬ. На основе спектрального анализа оценить влияние установки турбины турбокомпрессора на аэромеханику пульсирующих потоков газа в выпускной системе двигателя и предложить способ управления аэродинамическими и теплообменными характеристиками нестационарных потоков газа за счет создания эффекта эжекции в выпускной системе.
МЕТОДЫ. Лабораторный эксперимент на натурной модели поршневого двигателя был выбран для достижения поставленной цели. Спектральный анализ гармонических зависимостей использовался для оценки изменения структуры газовых потоков в выпускной системе. Математическое моделирование рабочего цикла дизельных двигателей применялся для оценки потенциальных положительных эффектов от применения системы эжекции в выпускном тракте дизеля. Системы трехмерного твердотельного моделирования применялись для эскизных (инженерных) проработок новых (модернизированных) конструкций систем выпуска.
РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описаны лабораторное оборудование, измерительная система и методы обработки данных. Приводится описание граничных условий в ходе проведения экспериментальных исследований. Производится сравнение аэромеханических и теплообменных характеристик нестационарных потоков в выпускной системе двигателя с турбокомпрессором и без него. Показаны качественные и количественные отличия в аэромеханике и теплофизике процессов. Предложен способ аэромеханического совершенствования выпускной системы за счет создания эжекции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Выявлено, что турбина турбокомпрессора оказывает значимое влияние на аэромеханические характеристики потоков в выпускной системе. Наблюдается значимое снижение максимальной скорости потока в выпускном тракте (до 3 раз) при установке турбокомпрессора. Происходит снижение расходных характеристик через выпускную систему с турбонаддувом (в пределах 30 %). Установлено, что эффект эжекции в выпускной системе двигателя приводит к стабилизации течения, росту расхода газа на 6-12 %, снижению удельного расхода топлива в среднем на 1 % и улучшению показателей надежности на 1,11-1,74 %.
THE PURPOSE. To On the basis of spectral analysis, to evaluate the effect of installing a turbocharger turbine on the aeromechanics of pulsating gas flows in the engine exhaust system and to propose a method for controlling the aerodynamic and heat transfer characteristics of unsteady gas flows by creating an ejection effect in the exhaust system.
METHODS. A laboratory experiment on a full-scale piston engine model was chosen to achieve this goal. Spectral analysis of harmonic dependences was used to assess changes in the structure of gas flows in the exhaust system. Mathematical modeling of the operating cycle of diesel engines was used to assess the potential positive effects of the use of an ejection system in the exhaust tract of a diesel engine. Three-dimensional solid modeling systems were used for sketch (engineering) studies of new (modernized) exhaust system designs.
RESULTS. The article describes laboratory equipment, measuring system and data processing methods. A description of the boundary conditions in the course of experimental research is given. Comparison of aeromechanical and heat exchange characteristics of unsteady flows in the exhaust system of an engine with and without a turbocharger is carried out in the article. The qualitative and quantitative differences in aeromechanics and thermal physics of processes are shown. The proposed method of aeromechanical improvement of the exhaust system by creating an ejection.
CONCLUSION. It was revealed that the turbine of a turbocharger has a significant effect on the aeromechanical characteristics of flows in the exhaust system. A significant decrease in the maximum flow rate in the exhaust tract (up to 3 times) is observed when installing a turbocharger. There is a decrease in flow characteristics through the turbocharged exhaust system (within 30%). It was found that the ejection effect in the engine exhaust system leads to stabilization of the flow, an increase in gas consumption by 6-12%, a decrease in specific fuel consumption by an average of 1% and an improvement in reliability indicators by 1.11-1.74%.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.