МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВИХРЕВЫХ АППАРАТАХ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЯ ВОЗДУХОМ

Введение. Расчет эффективных показателей вихревого эжектора, применяемого в системе питания дизеля воздухом, является актуальной задачей, поскольку позволяет существенно уменьшить время на определение рациональных конструктивных параметров на стадии проектирования. Перспективным направлением, позволяющим с высокой физической адекватностью, «из первых принципов», моделировать аэродинамические процессы в вихревых аппаратах, является один из модификаций метода динамики частиц. Цель исследования – моделирование газодинамики в проточной части вихревого эжектора.

Материалы и методы. В статье рассматривается способ имитационного математического моделирования эжектрующего и эжектируемого потоков в вихревом эжекторе. Предложенная модификация метода динамики частиц позволяет с помощью простых законов классической динамики описывать аэродинамические процессы, а при помощи программных средств системы Delphi 7 моделировать их. Приводятся дифференциальные уравнения, которые решаются методом Рунге-Кутта второго порядка. В результате решения определяются траектории движения элементов воздуха в вихревом эжекторе, позволяющие оценить эффективные показатели вихревых аппаратов.

Результаты. Для исследования модели разработана программа с возможностью в окне интерфейса задавать геометрические параметры вихревого эжектора, выводить на экран текущие значения параметров процесса.

Обсуждение и заключение. Предложенная математическая модель и реализующая ее компьютерная программа позволяют количественно оценить эффективность вихревых аппаратов на этапе их проектирования. Преимущество предлагаемой математической модели заключается в более точном расчете параметров вихревого потока от конструкции вихревого эжектора и физических свойств эжектирующего и эжектируемого потоков.

Прозрачность финансовой деятельности: автор не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

1. Лашко В.А., Бердник А.Н. Пути совершенствования систем газотурбинного наддува комбинированных поршневых двигателей // Вестник ТОГУ. Хабаровск. 2010. № 4 (18). С. 91–100.

2. Лущенко В.А., Хасанов Р.Р., Хайруллин А.Х., Гуреев В.М. Исследование работы элементов турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания // Известия высших учебных заведений. Машиностроение М., МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2017. № 12 (693). С. 20–29.

3. Тузов Л.В., Бережнев В.И. Анализ теплонапряженности судовых дизелей // Вестник ГУМРФ СПб. 2012. № 4 (16). С. 18–25.

4. Шабалин Д.В., Рослов С.В., Килунин И.Ю., Смолин А.А. Стабилизация параметров надувочного воздуха с целью обеспечения оптимальных значений коэффициента избытка воздуха в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов работы дизеля // Омский научный вестник. 2014. № 3. С. 102–105.

5. Шабалин Д.В. Повышение эффективности рабочего цикла дизеля оптимизацией температуры заряда воздуха // Сборник научных трудов ВА МТО им. генерала армии А.В. Хрулёва. СПб: ВУНЦ СВ «ВАМТО», 2017. С. 34 – 40. Инв. № 45707.

6. Мырзахметов Б.А., Кадыров Ж.Н., Кочетков А.В. Силовые энергетические установки // Военный вестник. 2011. № 3. С. 27–29.

7. Малозёмов А.А. Математическая модель двигателя на основе системы дифференциальных уравнений энергетического и массового балансов // Научный вестник. Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин. Челябинск: ЧВВАКИУ, 2006. Выпуск 18. С. 8–15.

8. Селиванов Н.И. Потенциальные тяговые характеристики тракторов на снежном покрове // Вестник КрасГАУ: науч.-техн. журн. 2005. Вып. 7. С. 200–207.

9. Prabakaran J., Vaidyanathan S. Effect of orifice and pressure of counter flow vortex tube // Indian Journal of Science and Technology. 2010. Vol. 3, № 4. pp. 374–376.

10. Пиралишвили Ш.А., Гурьянов А.И., Иванов Р.И. Разработка инфракрасного газового горелочного устройства на базе вихревого эжектора // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). Самара. 2007. № 2. С. 82–86.

11. Кукис В.С., Шабалин Д.В. Физико-математическая модель вихревых труб для регулирования температуры наддувочного воздуха // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2015. № 1. С. 129–133.

12. Богомолов С.В., Кузнецов К.В. Метод частиц для системы уравнений газовой динамики // Математическое моделирование. 1998. Т. 10. № 7. С. 93–100.

13. Monaghan J. Smoothed Particle Hydrodynamics // Annu. Rev. Astron. Astrophys. 1992. Vol. 30. P. 543-574.

14. Бровченко И.А. Применение методов частиц в задачах с неструктурированными сетками // Математичні машини і системи. 2010. № 3. С. 111– 115.

15. Малышев В.Л., Марьин Д.Ф., Моисеева Е.Ф., Гумеров Н.А., Ахатов И.Ш. Ускорение молекулярно-динамического моделирования неполярных молекул при помощи GPU // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2014. № 3(1). С. 126–133.

16. Тарасов Д.С., Изотова Е.Д., Алишева Д.А., Акберова Н.И. GPAMM – программный пакет для расчетов молекулярной динамики на графических процессорах // Математическое моделирование. 2009. Т. 21. № 3. С. 31–40.

17. Кураев А.А., Рак А.О., Колосов С.В., Короновский А.А., Храмов А.Е. Быстрый алгоритм численного интегрирования уравнений движения крупных частиц в приборах СВЧ // Журнал технической физики. 2014. Т. 84. № 3. С. 8–13.

18. Hafner J. Atomic-Scale Computation Materials Science // Acta Mater. 2000. Vol. 48. Pp. 71-92.

19. Ахметов Ю.М., Зангиров Э.И. Численное моделирование течения газа в вихревых устройствах // Вестник УГАТУ. 2016. Т. 20. № 2(72). С. 66– 73.

20. Wu Y.T., Ding Y., Ji Y.B. Experimental research on vortex tube // Journal of Chemical Industry and Engineering. 2005. Vol. 56. Pp. 41–44.

21. Богомолов С.В., Кузнецов К.В. Метод частиц для системы уравнений газовой динамики // Математическое моделирование. 1998. Т. 10. № 7. С. 93–100.

22. Юрченко Д. Численное моделирование течения в вихревой трубе с использованием ANSYS Fluent // ANSYS Advantage. 2009. № 11. C. 35–37.