Mathematical modeling of the chemical kinetics of the processes of fuel ignition in the combustion chamber of a diesel engine on start modes


Cite item

Full Text

Abstract

The article presents results of calculation and theoretical research, aimed at ensuring the compliance of diesel engines with the requirements of regulatory technical documents for starting characteristics. In course of the study, the mathematical model of chemical kinetics, ignition processes and fuel combustion in the combustion chamber was developed. Model can be used for predicting diesel engine starting characteristics. Model was realized as separate software. The developed mathematical model is implemented in the three-dimensional gas-dynamic model of processes in combustion chamber. In the course of the fuel combustion reactions chemical kinetics computational studies on diesel start-up modes, it was determined, that to ensure ignition of fuel in combustion chamber, required gases local temperature should be at least 1350 K. The permissible proportion of carbon oxide in the gases, produced by intake air heater, should not exceed 40 %. It is shown, that increase of compression ration, at a constant gas temperature, has little effect on the chemical kinetics of pre-flame processes and combustion reaction rate. It is revealed, that temperature of the combustion chamber walls has a prevailing effect on the possibility of fuel ignition. The wall temperatures have been determined, to which it is necessary to heat the diesel engine using pre-start heating and start facilitate tools for various environmental temperatures, crankshaft rotational speeds, compression ratios and concentration of the intake air heater combustion products. The developed mathematical model and software are used in current research and development work of the South Ural State University to create new and modernize existing diesel engines of various types, produced by Chelyabinsk tractor plant.

About the authors

V. N Bondar'

South Ural State University (National Research University)

PhD in Engineering

A. A Malozyomov

South Ural State University (National Research University)

DSc in Engineering

V. S Kukis

South Ural State University (National Research University)

DSc in Engineering

E. A Omel'chenko

Omsk branch of the Military Academy of logistics n.a. general Andrey V. Khrulyov

Email: idem74@mail.ru
PhD in Engineering

G. A Malozyomov

South Ural State University (National Research University)

References

  1. Купершмидт В.Л. Улучшение пусковых качеств дизелей // Тр. НАТИ. Вып. 200. М.: ОНТИ НАТИ, 1968. С. 15-22.
  2. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизации процесса сгорания в дизелях. Харьков: Вища школа, 1980. 169 с.
  3. Hiroyasu H., Kadota T., Arai M. Development and use of a spray combustion modeling to predict diesel engine efficiency and pollutant emissions // Bull. JSME. 1983. Vol. 26. No 214. P. 576-583.
  4. Pitz W., Cernansky N., Dryer F., Egolfopoulos F. Development of an experimental database and chemical kinetic models for surrogate gasoline fuels // SAE Paper 2007-01-0175. 2007. P. 1-25.
  5. Burcat A., McBride B. Ideal gas thermodynamic data for combustion and air-pollution use // Techno Report TAE. No 697. 1993.
  6. Потехин В.М. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки. М.: Химиздат, 2007. 944 с.
  7. McBride B., Gordon S., Reno M. Coefficients for calculating thermodynamic and transport properties of individual // NASA Report TM-4513, 1993. 250 p.
  8. Daubert T., Danner R. Physical and thermodynamic properties of pure chemicals: Data compilations. Taylor & Fransis, 1994. 142 р.
  9. Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Моделирование систем. Практикум по компьютерному моделированию. СПб.: БХВ-Петербург, 2007. 352 с.
  10. Petzold L.R. A description of DASSL: A differential/algebraic system solver // Scientific Computing, 1983. P. 65-68.
  11. Малоземов А.А. Барельеф-термохимия: свидетельство о государственной регистрации № 2018616031, Российская Федерация. Опубликовано 21.05.2018. Бюл. № 6.
  12. Fritzson P. Principles of object-oriented modeling and simulation with Modelica 3.3: A cyber-physical approach. New-York: Wiley, 2014. 1252 p.
  13. OpenModelica. Режим доступа: https://open­mo­delica.org (дата обращения 24.10.2018).
  14. OpenFOAM Foundation. Режим доступа: www.openfoam.com (дата обращения 24.10.2018).
  15. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977. 735 с.
  16. Senecal P., Schmidt D., Nouar I., Rutland C. Modeling high-speed viscous liquid sheet atomization // International Journal of Multiphase Flow. 1999. No 25. P. 1073-1097.
  17. O’Rourke P. Collective drop effects on vaporizing liquid sprays // PhD thesis. Princeton University. Princeton. 1981.
  18. Crowe C., Sommerfeld M., Tsuji Y. Multiphase flows with droplets and particles. CRC Press LLC, 1998. 509 p.
  19. Bai C., Gosman A. Development of Methodology for Spray Impingement Simulation // SAE paper 950283. 1995.
  20. Malozemov A.A. Development of software for calculation and optimization of diesel operating processes and fuel supply // International Conference on Industrial Engineering 2015. Procedia Engineering. 2015. No 129. Elsevier Ltd. P. 724-730.
  21. Семенов Н.Н. Самовоспламенение и цепные реакции // Успехи химии. 1967. № 36. С. 3-22.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2018 Bondar' V.N., Malozyomov A.A., Kukis V.S., Omel'chenko E.A., Malozyomov G.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».