Динамика изменения показателя политропы в такте расширения дизеля

Исследована задача достижения оптимальной продолжительности такта рабочего хода поршня дизельного двигателя в процессе расширения и получения максимального коэффициента полезного действия. Для этого выдвинута гипотеза о насосном действии поршня на поток расширяющихся газов в такте рабочего хода дизельного двигателя внутреннего сгорания в процессе движения поршня от верхней к нижней мертвой точке. Отмечается, что в некоторый момент скорость потока расширяющихся газов оказывается равной скорости, с которой этот же поток затормаживается движущимся поршнем. Равенство этих скоростей приводит к образованию линии разрыва потока, оказывая существенное влияние на характер изменения показателя политропы — значение показателя становится равным единице: n = 1, что указывает на достижение оптимальной длительности такта рабочего хода двигателя и соответствует максимальной мощности, которая может быть снята в цикле работы дизеля. Опытным путем получена связь начального p₁ и конечного p₂ давлений в цилиндре в процессе расширения газа со скоростью потока газов и скоростью затормаживания этого потока вследствие насосного действия поршня. Составлено уравнение неразрывности газового потока для процесса расширения газов в цилиндре ДВС при закрытых органах газообмена. На основании этого уравнения получено численное значение ускорения свободного падения в цилиндре ДВС: g_ф ≈ 8,7 м/с² < g, что подтверждает насосное действие поршня. Получены теоретическая и графическая зависимости показателя политропического процесса от скорости потока расширяющихся газов, позволяющие выполнять расчет показателя политропы и устанавливать период релаксации газов, указывающий на достижение оптимальной продолжительности такта рабочего хода поршня.

1. Шевцов Ю. Д. Исследование теплового баланса ДВС для разработки интеллектуальных систем управления в двигателях транспортных средств / Ю. Д. Шевцов, А. Д. Ниров, Л. Н. Дудник, М. М. Журавлев // Электронный сетевой политематический журнал «Научные труды КубГТУ». — 2023. — № 6. — C. 63–77.

2. Смоленский В. В. Особенности изменения показателя политропы в ДВС на режиме холостого хода / В. В. Смоленский, Н. М. Смоленская, Д. А. Павлов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. — 2016. — Т. 18. — № 4–5. — C. 938–943.

3. Ерыганов А. В. Определение степени сжатия дизеля по результатам индицирования рабочего процесса/ А. В. Ерыганов, Р. А. Варбанец // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2017. — № 1. — С. 44–49.

4. Кочергин В. И. Использование характеристик термодинамических процессов для оценки технического состояния дизельных энергетических установок / В. И. Кочергин, С. П. Глушков, Е. С. Зинченко // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2024. — Т. 16. — № 1. — С. 141–153. DOI: 10.21821/2309-5180-2024-16-1-141-153.

5. Ведрученко В. Р. Индицирование как метод регулирования и диагностирования параметров рабочего процесса дизельного двигателя / В. Р. Ведрученко, В. В. Крайнов, Е. С. Лазарев, П. В. Литвинов //Омский научный вестник. —2017. —№ 2 (152). — С. 40–44.

6. Использование показателя политропы процесса расширения газов в цилиндре судового дизеля в качестве диагностического параметра [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.allbest.ru/ (дата обращения: 03.05.2024).

7. Орлик А. С. Двигатели внутреннего сгорания: cистемы поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / А. С. Орлик, М. Г. Круглов, С. И. Ефимов [и др.]; под общ. ред. А. С. Орлика, М. Г. Круглова. — М.: Машиностроение, 1985. — 456 с.

8. Шароглазов Б. А. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов / Б. А. Шароглазов, М. Ф. Фарафонтов, В. В. Клементьев. — Челябинск: Изд-во Южно-Уральского гос. ун-та, 2004. — 344 с.

9. Гущин А. М. Автоматизация расчета показателей политропы в цилиндрах тепловозного ДВС / А. М. Гущин, Е. В. Рябко, А. В. Сацюк, А. А. Бондарь // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. —2020. —№ 58. —С. 78–83.

10. Цирлин А. М. Задачи и результаты оптимизационной термодинамики / А. М. Цирлин. — М.: Директ-Медиа,2015. — 220 с.

11. Розонер Л. И. Оптимальное управление термодинамическими процессами /Л. И. Розонер, М. Цирлин // Автоматика и телемеханика. — 1983. — № 1. — С. 70–79.

12. Белоконь Н. И. Термодинамика /Н. И. Белоконь. — М.: Государственное энергетическое изд-во, 1954. — 424с.

13. Кириллин В. А. Техническая термодинамика: учебник для вузов / В. А. Кириллин, В. В. Сычев, А. Е. Шейндлин. — М.: Издательский дом МЭИ, 2016. — 496 с.

14. Седов Л. И. Механика сплошной среды / Л. И. Седов. — М.: Наука, 1970. — Т. 1. — 492 с.

15. Babaelahi M. A new thermal model based on polytropic numerical simulation of Stirling engines / M. Babaelahi, H. Sayyaadi // Applied Energy. — 2015. — Vol. 141. — Pp. 143–159. DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.12.033.

16. Гущин А. М. Исследование политропного процесса в цилиндре ДВС /А. М. Гущин., Е. В. Рябко, А. А. Бондарь// Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. — 2019. — № 52. — С. 91–98.

17. Толмачева А. В. Политропические процессы в нижней термосфере / А. В. Толмачева, Г. И. Григорьев // Химическая физика –2021. — Т. 40. — № 5. — С. 91–98. DOI: 10.31857/S0207401X21050125.

18. Абакумов М В. Ударные волны разрежения в численных решениях задач газовой динамики /М. В. Абакумов, С. И. Мухин, Ю. П. Попов, Д. В. Рогожин // Математическое моделирование. — 2008. — Т. 20. — № 1. — С. 48–61.

19. Белонучкин В. Е. Краткий курс термодинамики / В. Е. Белонучкин. — М.: МФТИ, 2010. — 164 с.

20. Дизели: Справочник / Под ред. В. А. Ваншейдта, Н. Н. Иванченко, Л. К. Коллерова. — Л.: Машиностроение, 1977. — 470 с.

21. Квасников И. А. Термодинамика и статистическая физики: в 3 т. / И. А. Квасников. — М.: Едиториал, УРСС, 2002. — Т. 1: Теория равновесных систем. — 240 с.

22. Андрусенко С. Е. Механизмы управления рабочим процессом дизельного двигателя / С. Е. Андрусенко, О. Е. Андрусенко, В. В. Колыванов, Ю. И. Матвеев // Научные проблемы водного транспорта. — 2021. — № 68. — С. 98–108. DOI: 10.37890/jwt.v68.206.

23. Литвиненко В. П. Концептуальная оценка результатов исследований по оптимизации использования тепловой энергии в судовых дизелях, работающих по комбинированному циклу / В. П. Литвиненко // Энергетические установки и технологии. — 2023. — Т. 9. — № 2. — С. 16–25.

24. Круглов М. Г. Газовая динамика комбинированных двигателей внутреннего сгорания: учебное пособие / М. Г. Круглов, А. А. Меднов. — М.: Машиностроение, 1988. — 360 с.