MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUI

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIUn factor deosebit de important n procesele de formare a amestecului, n cele de ardere i de transfer de cldur la motoarele diesel (n special la cele cu injecie direct) l reprezint micrile organizate ale aerului din cilindrul motorului diesel.n fluidul din interiorul unui cilindru se ntlnesc dou tipuri de micri:micri dirijate (de vitez medie w);micri dezordonate (de vitez w);cele dou categorii de micri suprapunndu-se, genernd o micare rezultant de vitez w.

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIComponentele vitezei fluidului motor dup direciile ortogonalersawawsawt1wt1wtwrgbwgOMODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIMicrile fluidului motor n cilindru este organizat astfel:micarea axial (squish), n plan normal pe axa cilindrului (de vitez wr);micarea tangenial (micare de rotaie sau swirl), n plan perpendicular pe axa cilindrului.Micrii tangeniale i se asociaz o vitez unghiular (s).Viteza micrii de swirl (ws) prezint interes la sfritul cursei de comprimare, atunci cnd influena micrilor organizate ale fluidului n cilindru au un rol important n formarea amestecului dintre ncrctura proaspt i combustibilul injectat n cilindru.MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIReprezentarea micrii de squish.

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIPentru determinarea acestei viteze se aplic teoria conservrii momentului cinetic (J()), n ipoteza n care fluidul motor este asociat cu un solid rigid de forma unui cilindru n micare de rotaie n jurul axei sale, iar forele de frecare ce apar n cadrul acestui proces se neglijeaz.Astfel:

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIunde este densitatea constant a fluidului motor; xp() deplasarea instantanee a pistonului, dat de relaia:

unde:x0 nlimea camerei de ardere din chiulas;xc nlimea camerei de ardere cup din piston;D diametrul cilindrului;Dc diametrul camerei cup; raportul D/Dc; = R / L alungirea bielei;R raza de manivel;L lungimea bielei; unghiul de manivel.

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIn cazul particular al sfritului procesului de admisie (xp=S), prin aplicarea teoremei conservrii momentului cinetic se obine:

cu precizarea c:m reprezint masa ncrcturii proaspete;wsa viteza medie a ncrcturii proaspete prin orificiul oferit de supapa de admisie; unghiul curentului de fluid proaspt fa de scaunul supapei;indicele a admisie;indicele c comprimare.

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIValoarea care intereseaz este cea de la sfritul procesului de comprimare, pentru care ecuaia de conservare utilizat anterior este:

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIn timpul cursei de comprimare:

Interpretnd relaia de mai sus se observ c viteza unghiular de swirl este dependent de timp, de turaia motorului i de geometria camerei de ardere i a pistonului.

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIPresupunnd c exist premisa indentitii constructive i funcionale dintre cilindrul motor testat experimental i cel al motorul real, pe baza ecuaiei momentului cinetic:

relaie din care se obine viteza de swirl la un moment dat (t) ca fiind:

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIRezultatele analitice sunt redate n figurile de mai jos, n care se observ dependena de turaie i de geometria camerei de ardere a vitezei unghiulare de swirl.

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIDependena micrii de swirl de turaia motorului i geometria camerei de ardere

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIForma de tip cup a camerei din pistonul motorului cu injecie direct conduce la generarea micrii de squish, micare rapid a aerului spre centrul cilindrului, ce determin o structur optim a micrii generale a fluidului motor n interiorul cilindrului.Pentru determinarea vitezei acestui tip de micare radial, considerm un element infinitezimal de fluid, care se deplaseaz n intervalul de timp dt pe distana dx n timpul cursei de comprimare, fiind situat ntre raza curent r i raza R, unghiul la centru fiind d.

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIExpresia vitezei radiale se obine prin raportarea debitului volumic la aria suprafetei prin care are loc curgerea:

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIDependena micrii de squish de geometria camerei de ardere

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIDeoarece turbulena are un efect major asupra procesului de ardere i asupra transferului de cldur, este necesar ca studiul micrii generale a fluidului motor n interiorul unui cilindru, s fie asociat cu fenomenul de generare a turbulenei.Pentru studiul fenomenului sunt utilizate diverse metode, din care cele mai uzuale sunt:metodele experimentale prin utilizarea unui termo-anemometru cu fir cald sau anemometria laser-doppler;metodele experimentale bazate pe vizualizarea curgerii fluidului n cilindru;metodele teoretice predictive prin crearea i utilizarea modelelor matematice ale curgerii fluidului n cilindru.

MODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIMODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIMODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUIMODELAREA MICRII FLUIDULUI MOTOR IN INTERIORUL CILINDRULUI