Меню раздела

Динамический метод расчета


В настоящее время в конструкторской и исследовательской практике гидродинамический или динамический метод расчета широко используют для расчета рабочих процессов в то-пливных системах.
Критериальный метод не позволяет учитывать физическую сторону протекающих процессов, а лишь дает возможность определить некоторые интегральные оценки параметров топливоподачи. Статический метод расчета в результате принятых допущений не позволяет воспроизводить сложные волновые процессы, точно определять остаточное давление, появление разрывов сплошности, подвпрыскиваний и т. д. Кроме того, реализация статического расчета с описанными уточнениями уже не отличается существенной простотой по сравнению с динамическим расчетом.
Динамический метод расчета позволяет учесть конечную скорость распространения возмущения в объеме топлива, т.е. его инерционность, а также инерционность движущихся деталей.
Уравнения, описывающие движение топлива в нагнетательном трубопроводе. Течение топлива в нагнетательном трубопроводе описывается уравнениями движения и неразрывности для одномерного нестационарного потока сжимаемой вязкой жидкости.
Третий член уравнения движения является результатом замены членов уравнения Навье-Стокса, учитывающих вязкость, некоторым фиктивным фактором потерь на трение.
Для упрощения решения величину к считают не зависящей от времени и оценивают по соотношениям для стационарного течения, например, (47) и (48).
Учитывая, что скорость движения топлива значительно меньше скорости звука (и«а\ и изменение плотности топлива мало, пренебрегаем членами иди/дх и идр/дх.
Вводя согласно определению ск( рость звука а2 = Ар/Ар в уравнение неразрывности системы (52), дифференцируя его по координате и вычитая из уравнения движения, продифференцированного по времени, получаем.
Уравнения (53), (54) можно решить различными способами, однако в любом случае их необходимо дополнить краевыми условиями. При постановке граничных условий учитывают интенсивность нагнетания топлива плунжером, утечки, перепуск топлива, дросселирование в распыливающих отверстиях и т.п., т. е. особенности насоса и форсунки и их влияние на движение топлива в нагнетательной магистрали.
Уравнения для постановки граничных условий со стороны насоса. При выводе этих уравнений, так же как и при выводе аналогичных уравнений для процесса у форсунки, принимают следующие допущения. Считают, что давление за нагнетательным клапаном р^ равно давлению на входе в трубопровод (то же у форсунки для рф). Мгновенные значения скорости в дросселирующих сечениях определяют по формулам для стационарного истечения. При этом не учитывают объем пред-соплового канала, трение в направляющих клапана и иглы. В случае решения уравнений численными .методами принимают, что на расчетном шаге по времени клапан и игла двигаются равно-ускоренно. Влиянием теплообмена пренебрегают.
Процесс описывается уравнениями динамического равновесия клапана и сохранения массы (объема) топлива. Для более точного учета происходящих процессов последнее записывают отдельно для над-плунжерной полости и полости клапана. В зависимости от этапов процесса топливоподачи вид уравнений меняется. Запишем их для наиболее общего случая, а частный вид их будем получать, исключая для каждого этапа подачи те или иные члены.
Сжатие топлива в надплунжерной полости определяется движением плунжера, истечением через впускное, отсечное окна и в полость нагнетательного клапана через щель сечением между разгрузочным пояском и корпусом клапана, а также движением клапана и утечками. Согласно принятым обозначениям (см. также рис. 180) первое уравнение сохранения будет иметь вид.
Соответственно давление сжатия в полости объемом Кн определяется поступающим через щель клапана топливом, движением клапана и истечением в трубопровод.
В первом приближении коэффициенты расходов могут быть приняты постоянными, однако в действительности они изменяются в зависимости от площади сечений и Ар (рис. 181). Вообще члены уравнений (55) и (56) должны быть записаны с учетом возможности обратного течения.
Сохраним для краткости их исходный вид, имея в виду, что их разность берется по модулю, а знак меняется на противоположный.
Уравнения для постановки граничных условий со стороны форсунки. Границей нагнетательного трубопровода можно считать карман распылителя, если подводящие каналы имеют диаметр, равный диаметру трубопровода. Для форсунки можно записать уравнение сохранения массы (объема) топлива. Его баланс определяется поступлением из трубопровода, истечением в цилиндр, изменением объема кармана при движении иглы, сжимаемостью.
Эффективное сечение распылителя может быть представлено с учетом двух последовательных дросселирующих сечений, т.е. 1/(Цр/р) = 1/(ц2/2) + 1/(ц^/с), и является функцией подъема иглы хи. В отличие от гидравлической статической характеристики форсунки подъем иглы не может быть определен однозначно через 2Ф, а должен быть найден для данного момента времени при совместном решении всех уравнений, описывающих процесс в топливной системе. Вместе с тем для уточнения расчета необходимо контролировать изменение в зависимости от режимов истечения, т. е. от значений Ке и К.
Представление силы, действующей на конус иглы от давления топлива, в виде последнего члена уравнения (60) следует считать приближенным. Для более точной ее оценки необходимо решить задачу о течении вязкой жидкости в запирающих конусах. При этом возможно как ламинарное, так и турбулентное течение. Это существенно усложняет весь расчет, поэтому ограничиваются представлением силы в форме уравнения (60) или ей подобной. Приравнивая выражения для 0ф через распиливающие отверстия и распылитель в целом, получаем соотношение для давления в предсопловом канале.
Процесс у форсунки также делят на несколько характерных этапов, для каждого из которых уравнение (59) может быть упрощено, а уравнение (60) может отсутствовать (если игла на седле или на упоре).