1 / 54

Motori 12. predavanje

Motori 12. predavanje. ORGANIZACIJA STRUJANJA U CILINDRU. ZADACI: Priprema strujanja za vrlo brzo miješanje goriva i zraka radi pripreme gorive smjese (kod dizelskih motora) Priprema strujanja za brzo progorijevanje gorive smjese (kod Ottovih motora)

florence-marcus
Download Presentation

Motori 12. predavanje

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Motori 12. predavanje

  2. ORGANIZACIJA STRUJANJA U CILINDRU

  3. ZADACI: • Priprema strujanja za vrlo brzo miješanje goriva i zraka radi pripreme gorive smjese (kod dizelskih motora) • Priprema strujanja za brzo progorijevanje gorive smjese (kod Ottovih motora) • Priprema strujanja za dovod stehiometrijske smjese u područje električne iskre kod Ottovih motora koji rade sa siromašnom gorivom smjesom • Stvaranje velikih struktura strujanja iz kojih će se crpiti energija za generiranje turbulencije potrebne za intenziviranje procesa prijenosa mase i energije

  4. VRIJEME TRAJANJA PROCESA IZGARANJA

  5. Turbulentno strujanje Trenutna brzina strujanja Trenutna brzina strujanja gdje je uT turbulentna komponenta brzine. Kao mjera za intenzitet turbulencije često se koristi turbulentna kinetička energija (TKE) Turbulentna komponenta brzine Prosječna brzina strujanja Trenutni profil razdiobe turbulentne komponente brzine Prosječna brzina strujanja Turbulentna komponenta brzine Trenutna brzina strujanja Trenutni pretpostavljeni profil (kugla) razdiobe turbulentne komponente brzine za homogenu turbulenciju

  6. Turbulentna energijska kaskada Glavno strujanje s velikom kinetičkom energijom Nastale velike turbulentne strukture s oduzetom kinetičkom energijom od glavne struje Nastale manje turbulentne strukture s podijeljenom kinetičkom energijom Sve manje turbulentne strukture s podijeljenom kinetičkom energijom U krajnjem stupnju se kinetička energija u molekularnom trenju pretvara u toplinu (pojačane vibracije sudarenih molekula)

  7. Značaj turbulencije • Turbulentne strukture pojačavaju efekte prijenosa mase po dubini volumena i time pojačavaju efekte miješanja para goriva i zraka pri stvaranju i homogenizaciji gorive smjese. Isto tako prilikom izgaranja turbulencija pomaže u transportu reaktanata i produkata kemijskih reakcija. • Prilikom izgaranja turbulentno strujanje jako deformira frontu plamena, čime joj povećava površinu. Pri jednolikoj brzini širenja fronte plamena (istoj brzini izgaranja), brzina progaranja gorive smjese je proporcionalna veličini površine fronte plamena. Pojačana turbulencija prema tome povećava brzinu izgaranja gorive smjese. • Pojačana izmjena mase turbulencijom pojačava izmjenu topline putem pojačanog transporta osjetne topline. Ovaj je proces intenzivniji od procesa provođenja topline kroz mirujući plin. • Svi ovi efekti su izuzetno poželjni za brzo odvijanje procesa u motoru. • Negativna posljedica turbulencije je u pojačanom prijenosu topline na stjenke prostora izgaranja.

  8. POŽELJNA STRATEGIJA STRUJANJA U CILINDRU • Zbog utjecaja turbulentne energijske kaskade, kinetička energija glavne struje se vrlo brzo pretvara u toplinu. • Da bi se dulje vrijeme tijekom procesa održala potrebna kinetička energija strujanja, potrebno je da strukture strujanja budu čim veće s čim većim sadržajem kinetičke energije. • Druga mogućnost da imamo na raspolaganju intenzivno strujanje, postoje mogućnosti da se takvo strujanje stvori ili pojača tijekom procesa kompresije.

  9. NAČINI ODREĐIVANJA POLJA STRUJANJA U CILINDRU • Metode numeričkih simulacija, • Eksperimentalne metode. Za mjerenja brzine strujanja koriste se optičke metode, obzirom da one unose najmanje poremećaje u područje mjerenja. Tehnike koje se danas koriste su: • PIV (Particle Imaging Velocimetry) tehnika za određivanje cijele slike strujanja u ravnini, metodom svjetlosnog presjeka. • Laserska Doppler Anemometrija (LDA) za određivanje brzine strujanja u jednoj točki prostora.

  10. METODE NUMERIČKIH SIMULACIJA

  11. Izračunata polja strujanja na usisnom ventilu

  12. Primjer diskretizacije područja strujanja na usisnom ventilu za potrebe numeričkih simulacija Može se zapaziti značajno veća gustoća mreže u području oko rubova usisnog ventila

  13. Rezultat numeričkih simulacija za strujanje pri usisu

  14. Injektor Usisni kanal Usisni ventil Cilindar Rezultat numeričkih simulacija za transport kapljica ubrizganog goriva kod Ottovog motora tijekom usisa

  15. EKSPERIMENTALNE METODE

  16. Eksperimentalno mjerenje strujnica plina (zeleno) Prikazana su dva pogleda na usisnom kanalu s koljenom od 90o (poprijeko i u ravnini zakrivljenosti). Radi optičkog pristupa dijelovi su izrađeni iz pleksiglasa

  17. Laser Svjetlosna ravnina Cilindrična leća Svjetlosni rez Fotoaparat s vremenom ekspozicije t Trag čestice na snimci, duljina x Brzina strujanja Princip određivanja polje brzine strujanja po PIV metodi PIV - Particle Imaging Velocimetry

  18. Slika strujanja u cilindru dobivena "svjetlosnim rezom" odnosno PIV tehnikom PIV (Particle Image Velocimetry)

  19. Primjer strujanja na ventilu pri usisu Stvorene strukture strujanja imaju vrlo mali životni vijek zbog jakog utjecaja turbulentne disipacije kinetičke energije

  20. Protok plina s dodanim česticama (BaO ili TiO2) Signal fotoosjetnika Računalo d (poznato) t (izmjereno) Fotoosjetnik Vrijeme Laserske zrake Mjerni volumen Laser Reflektirano difuzno svijetlo Reflektirano difuzno svijetlo Braggova ćelija za dijeljenje snopa svijetla Princip mjerenja po LDA tehnici

  21. Svijetla ploha Tamno polje Tamno polje Svijetla ploha PRINCIP DJELOVANJA LDA MJERENJA BRZINE STRUJANJA Prolaskom bijele čestice kroz osvjetljene plohe, one će zabljesnuti i njihovo svijetlo će detektirati fotoosjetilo. Brzina strujanja u smjeru okomitom na ravnine svijetlih ploha dobiti će se dijeljenjem njihova razmaka x s vremenskim intervalom između dva uzastopna impulsa.

  22. Laser Cilindar Sustav za pozicioniranje Primjer izvedbe uređaja za lasersko mjerenje brzine strujanja po LDA tehnici (Laser Doppler Anemometry)

  23. ORGANIZIRANO MASIVNO STRUJANJE U CILINDRU

  24. VRSTE ORGANIZIRANOG STRUJANJA U CILINDRU MOTORA Prevrtanje (Tumble) Radni medij rotira kao tijelo oko poprečne osi cilindra Primjena samo kod OM s direktnim ubrizgavanjem Preljevno strujanje (Squish, Quetsch) Radni medij se preljeva tijekom kompresije zbog promjene omjera volumena Primjena kod OM i DM Vrtlog (Swirl, Drall) Radni medij rotira kao tijelo oko uzdužne osi cilindra Primjena kod OM i DM

  25. Vrtložno strujanje

  26. Mjerenje intenziteta vrtloga

  27. Parametri vrtloga Intenzitet (ili omjer) vrtloga ns - brzina vrtnje vrtloga n - brzina vrtnje motora ns Kinetička energija vrtloga Moment inercije vrtloga

  28. Vrtložni usisni kanal Tangencijalni usisni kanal Usisni kanali za generiranje vrtloga

  29. Pojačanje intenziteta vrtloga Premještanjem vrtložne strukture u udubljenje u klipu smanjuje se moment inercije vrtloga i zbog očuvanja kinetičke energije povećava se kutna brzina

  30. Promjena geometrije strujanja u cilindru Smanjeno opterećenje, leptir (6) u pomoćnom kanalu je pritvoren i usis se obavlja preko jednog ventila uz stvaranje vrtloga oko uzdužne osi cilindra Povećano opterećenje, leptir (6) u pomoćnom kanalu je otvoren i usis se obavlja preko oba ventila uz stvaranje prevrtanja struje u cilindru

  31. Vrtlog Prevrtanje Kombinacije strujanja kod Ottovih motoraa s direktnim ubrizgavanjem

  32. PRELJEVNO STRUJANJE U CILINDRU MOTORA V'1, m'1 V1, m1 V'2, m'2 V2, m2 Tijekom kompresije dolazi do promjene omjera volumena iznad čela klipa (koji se smanjuje tijekom kompresije) i volumena u udubljenju klipa (koji ostaje konstantan tijekom kompresije).

  33. Tijekom kompresije dolazi do promjene omjera volumena iznad čela klipa (koji se smanjuje tijekom kompresije) i volumena u udubljenju klipa (koji ostaje konstantan tijekom kompresije). Obzirom da je u nekom položaju klipa tlak u cijelom volumenu jednak, omjeri masa će odgovarati omjerima volumena. Zbog toga će se tijekom kompresije javiti preljevno strujanje iz prostora iznad čela klipa u udubljenje u klipu. Ovo je strujanje najintenzivnije prije nego klip dospije u položaj GMT, otprilike u trenutku kada se vrši ubrizgavanje goriva kod dizelskog motora, što je posebno pogodno jer upravo tada trebamo intenzivno strujanje radi ubrzavanja stvaranja gorive smjese.

  34. Preljevno strujanje Ovo se strujanje generira tijekom kompresije u cilindru

  35. Promjena aksijalne wa i radijalne brzine wrpreljevnog strujanja tijekom kompresije za različite omjere Bpromjera udubljenja i promjera cilindra, te različite visine iznad čela klipa h0 pri GMT

  36. Izvedbe prostora izgaranja za preljevno strujanje

  37. Izvedbe prostora izgaranja za preljevno strujanje

  38. Promjena brzine preljevnog strujanja tijekom kompresije za različite omjere promjera udubljenja u klipu DB i promjera cilindra B

  39. Izvedbe prostora izgaranja kod DM s direktnim ubrizgavanjem goriva a) M udubljenje (napušteno), b)  prostor izgaranja

  40. Vrtložna komora Koristi se za intenziviranje pripreme gorive smjese kod DM za osobna vozila (danas se polako napušta)

  41. Promjena tlaka u glavnom prostoru izgaranja pZ i u vrtložnoj komori pV i brzine prestrujavanja wE tijekom kompresije

  42. Izvedbe prostora izgaranja s indirektnim ubrizgavanjem goriva a) pretkomora, b) vrtložna komora

  43. Rezultat numeričke simulacije prestrujavanja kod vrtložne komore

  44. Intenzitet vrtloga i broj mlazova goriva Intenzivniji vrtlog ide uz manji broj mlazova

  45. PRIJELAZ TOPLINE

  46. PRIJELAZ TOPLINE IZMEĐU RADNOG MEDIJA I STJENKI Načini prijenosa topline između radnoga medija i stjenki prostora izgaranja su: • Provođenje topline kroz sloj plinovitog radnog medija do stjenke (zanemarivi udio u ukupnom prijenosu topline), • Prijenos topline zračenjem kroz sloj plina, uglavnom od fronte plamena i plamičaka na stjenku (samo tijekom izgaranja), • Konvektivni prijelaz topline između radnog medija i stjenke (najveći dio prijenosa topline). Prijenos topline se najčešće zamjenjuje odgovarajućim konvektivnim prijelazom topline:

  47. Za potrebe numeričkih simulacija procesa po 0-D modelu često se koriste različite korelacije za trenutni koeficijent prijelaza topline. To su: • Korelacija po prof. Woschniu (umirovljenom profesoru TU Muenchen) iz 1976. uz naknadne dopune korelacije. Ova korelacija je najpoznatija, no iziskuje odvojeno istovremeno izračunavanje procesa motora bez paljenja. Korelacija je detaljno opisana u prijevodu skripte prof. Woschnija. • Korelacija po prof. Hohenbergu iz 1979. je mnogo jednostavnija za izračunavanje i dovoljno točna: W/(m2K) gdje je Vc trenutni volumen u m3, pc tlak u bar, Tc temperatura u K i csr srednja stapna brzina u m/s.

  48. Ottov motor Dizelski motor Koeficijent prijelaza topline tijekom procesa motora

  49. Iz slika se vidi da je koeficijent prijelaza topline najveći u fazi samoga izgaranja i intenzivnoga strujanja. Uzrok tome je intenzivni prijenos topline zračenjem tijekom izgaranja i pojačani konvektivni prijenos topline zbog intenziviranog turbulentnog strujanja kao posljedice intenzivnoga generiranja turbulencije pri lokalnim ekspanzijama produkata nastalih izgaranjem gorive smjese. Ove spoznaje su usmjerile i samu konstrukciju kod velikih sporohodnih dvotaktnih motora na način da se iz procesa gubi čim manje topline u fazi izgaranja, kako bi se ona sačuvala za pretvorbu u mehanički rad tijekom ekspanzije. Posljedica toga su motori s vrlo dugim stapajem u usporedbi s promjerom cilindra. Ove izmjene nisu tako intenzivno provedene kod brzohodnijih motora da se izbjegne preveliko povećanje inercijskih sila

More Related