Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора
технических наук. Тула, 2011. – 40 с. Специальность: 05.04.02 -
Тепловые двигатели
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Малиованов
Михаил Вениаминович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Дунаев Валерий Александрович
доктор технических наук, профессор Лобов Николай Владимирович
доктор технических наук, профессор Марков Владимир Анатольевич
Ведущее предприятие ОАО «АК «Туламашзавод», г. Тула. Цель исследования: развитие теории, обеспечивающей определение параметров поршневых двигателей как единой динамической системы и направленной на повышение эффективности их функционирования.
В соответствии с целью были сформулированы задачи исследования: Анализ и классификация математических моделей, коммерческих программных продуктов, применяемых для исследования процесса функционирования ПДВС на установившихся и переходных режимах, а также определение основных направлений интеграции существующих подходов.
Разработка иерархической системы моделей ПДВС различных уровней сложности и пакета программ, обеспечивающих комплексное описание процесса функционирования поршневого двигателя во времени на установившихся и переходных режимах.
Установление закономерностей, определяющих связь параметров ПДВС с его статическими и динамическими характеристиками.
Разработка методики проектировочных расчетов, позволяющей определить структуру и параметры ПДВС, обеспечивающие выполнение требований к характеристикам двигателя как на установившихся, так и на переходных режимах функционирования.
Разработка предложений по сокращению затрат машинного времени, связанных с расчетом функционирования ПДВС, за счет рационального применения математических моделей.
Методы исследования: теоретико-экспериментальные, базирующиеся на методах классической термодинамики, тепломеханики, гидромеханики, вычислительной гидрогазодинамики, теории рабочих процессов ПДВС, статистического анализа и вычислительной математики, а также известных и апробированных на практике экспериментальных методах исследования ПДВС. Объекты исследования: двигатель ВАЗ-2111, малоразмерный многоцелевой одноцилиндровый дизельный двигатель ТМЗ-450Д, производства ОАО «АК «Туламашзавод». Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана иерархическая система динамических моделей ПДВС различных уровней сложности, обеспечивающая комплексное описание процесса функционирования поршневого двигателя с требуемой точностью в реальном времени.
Разработан унифицированный подход к математическому описанию и исследованию функционирования газовых и гидравлических систем ПДВС с рабочим телом, подчиняющимся различным уравнениям состояния, в требуемой пространственной постановке.
По результатам теоретических исследований процесса функционирования ПДВС как единой динамической системы установлены закономерности влияния параметров газовоздушного тракта, системы топливоподачи, системы автоматического регулирования частоты вращения, подвески двигателя на статические и динамические характеристики ПДВС.
Предложена методика проектировочных расчетов, позволяющая
найти структуру и параметры ПДВС, обеспечивающие выполнение требований к характеристикам двигателя как на установившихся, так и на переходных режимах функционирования, и разработаны на ее основе предложения по повышению эффективности работы дизеля в составе электроагрегата. Практическая ценность результатов. Основные практические результаты заключаются в следующем:
Разработанное математическое, программное и методическое обеспечение позволяет ускорить процесс разработки ПДВС с учетом переходных режимов его работы, а также заменить дорогостоящие натурные эксперименты на вычислительные.
В результате вычислительных экспериментов показано, что использование разработанной системы динамических моделей позволяет повысить точность моделирования переходных режимов работы ПДВС по сравнению с традиционными подходами за счет более полного учета внутрициклового и межциклового изменения показателей работы двигателя.
Показана возможность существенного сокращения затрат машинного времени, связанных с расчетом функционирования ПДВС, за счет рационального применения и комбинации математических моделей. Научные положения, выносимые на защиту:
Иерархическая система динамических моделей ПДВС различных уровней сложности, обеспечивающая комплексное описание процесса функционирования поршневого двигателя с требуемой точностью в реальном времени.
Унифицированный подход к математическому описанию и исследованию функционирования газовых и гидравлических систем ПДВС с рабочим телом, подчиняющимся различным уравнениям состояния, в требуемой пространственной постановке.
Принципы сокращения затрат машинного времени, связанных с расчетом функционирования ПДВС, за счет рационального применения математических моделей.
Анализ закономерностей влияния параметров двигателя на статические и динамические характеристики ПДВС по результатам вычислительных экспериментов на динамических моделях.
Методика проектировочных расчетов, позволяющая найти структуру и параметры ПДВС, обеспечивающие выполнение требований к характеристикам двигателя как на установившихся, так и на переходных режимах функционирования. Достоверность научных положений подтверждена:
– использованием фундаментальных уравнений механики, тепломеханики, гидрогазодинамики, а также современных численных методов реализации соответствующих математических моделей;
– сопоставлением результатов расчетов с результатами, полученными другими авторами при рассмотрении модельных (тестовых) задач;
– сопоставлением результатов расчетов с экспериментальными данными ОАО «АК «Туламашзавод» при исследовании натурных объектов;
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Дунаев Валерий Александрович
доктор технических наук, профессор Лобов Николай Владимирович
доктор технических наук, профессор Марков Владимир Анатольевич
Ведущее предприятие ОАО «АК «Туламашзавод», г. Тула. Цель исследования: развитие теории, обеспечивающей определение параметров поршневых двигателей как единой динамической системы и направленной на повышение эффективности их функционирования.
В соответствии с целью были сформулированы задачи исследования: Анализ и классификация математических моделей, коммерческих программных продуктов, применяемых для исследования процесса функционирования ПДВС на установившихся и переходных режимах, а также определение основных направлений интеграции существующих подходов.
Разработка иерархической системы моделей ПДВС различных уровней сложности и пакета программ, обеспечивающих комплексное описание процесса функционирования поршневого двигателя во времени на установившихся и переходных режимах.
Установление закономерностей, определяющих связь параметров ПДВС с его статическими и динамическими характеристиками.
Разработка методики проектировочных расчетов, позволяющей определить структуру и параметры ПДВС, обеспечивающие выполнение требований к характеристикам двигателя как на установившихся, так и на переходных режимах функционирования.
Разработка предложений по сокращению затрат машинного времени, связанных с расчетом функционирования ПДВС, за счет рационального применения математических моделей.
Методы исследования: теоретико-экспериментальные, базирующиеся на методах классической термодинамики, тепломеханики, гидромеханики, вычислительной гидрогазодинамики, теории рабочих процессов ПДВС, статистического анализа и вычислительной математики, а также известных и апробированных на практике экспериментальных методах исследования ПДВС. Объекты исследования: двигатель ВАЗ-2111, малоразмерный многоцелевой одноцилиндровый дизельный двигатель ТМЗ-450Д, производства ОАО «АК «Туламашзавод». Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана иерархическая система динамических моделей ПДВС различных уровней сложности, обеспечивающая комплексное описание процесса функционирования поршневого двигателя с требуемой точностью в реальном времени.
Разработан унифицированный подход к математическому описанию и исследованию функционирования газовых и гидравлических систем ПДВС с рабочим телом, подчиняющимся различным уравнениям состояния, в требуемой пространственной постановке.
По результатам теоретических исследований процесса функционирования ПДВС как единой динамической системы установлены закономерности влияния параметров газовоздушного тракта, системы топливоподачи, системы автоматического регулирования частоты вращения, подвески двигателя на статические и динамические характеристики ПДВС.
Предложена методика проектировочных расчетов, позволяющая
найти структуру и параметры ПДВС, обеспечивающие выполнение требований к характеристикам двигателя как на установившихся, так и на переходных режимах функционирования, и разработаны на ее основе предложения по повышению эффективности работы дизеля в составе электроагрегата. Практическая ценность результатов. Основные практические результаты заключаются в следующем:
Разработанное математическое, программное и методическое обеспечение позволяет ускорить процесс разработки ПДВС с учетом переходных режимов его работы, а также заменить дорогостоящие натурные эксперименты на вычислительные.
В результате вычислительных экспериментов показано, что использование разработанной системы динамических моделей позволяет повысить точность моделирования переходных режимов работы ПДВС по сравнению с традиционными подходами за счет более полного учета внутрициклового и межциклового изменения показателей работы двигателя.
Показана возможность существенного сокращения затрат машинного времени, связанных с расчетом функционирования ПДВС, за счет рационального применения и комбинации математических моделей. Научные положения, выносимые на защиту:
Иерархическая система динамических моделей ПДВС различных уровней сложности, обеспечивающая комплексное описание процесса функционирования поршневого двигателя с требуемой точностью в реальном времени.
Унифицированный подход к математическому описанию и исследованию функционирования газовых и гидравлических систем ПДВС с рабочим телом, подчиняющимся различным уравнениям состояния, в требуемой пространственной постановке.
Принципы сокращения затрат машинного времени, связанных с расчетом функционирования ПДВС, за счет рационального применения математических моделей.
Анализ закономерностей влияния параметров двигателя на статические и динамические характеристики ПДВС по результатам вычислительных экспериментов на динамических моделях.
Методика проектировочных расчетов, позволяющая найти структуру и параметры ПДВС, обеспечивающие выполнение требований к характеристикам двигателя как на установившихся, так и на переходных режимах функционирования. Достоверность научных положений подтверждена:
– использованием фундаментальных уравнений механики, тепломеханики, гидрогазодинамики, а также современных численных методов реализации соответствующих математических моделей;
– сопоставлением результатов расчетов с результатами, полученными другими авторами при рассмотрении модельных (тестовых) задач;
– сопоставлением результатов расчетов с экспериментальными данными ОАО «АК «Туламашзавод» при исследовании натурных объектов;