Matematické modelování oběhu přeplňovaných pístových motorů

Garant předmětu:

Jan Macek

Přednášející:

Jan Macek

Cvičící:

Jan Macek

Předmět zajišťuje:

ústav automobilů, spalovacích motorů a kolejových vozidel

Anotace:

Garant: Jan Macek

Zvládnout základy termodynamické simulace složitých systémů s aerodynamickými ději při 1-D nestacionárním proudění. Pochopit důvody a způsob získání empirických doplnění popisu spalovacích motorů. Zvládnout základy optimalizace oběhu.

Požadavky:

Termodynamika a dynamika plynů, dynamika a numerická matematika (alespoň pro obyčejné DR) v rozsahu alespoň magisterského studia FS ČVUT.

Osnova přednášek:

1. Úvod - základy termodynamické simulace nestacionárních dějů v motorech, lagrangeovský a eulerovský přístup, obecný vztah pro zákon zachování v leibnizovské formě. Základní prvek modulárního modelu s využitím MKO - podklad formulace zákonů zachování s konvekcí, difusí a zdrojovými členy.

2. Zákon zachování pro hmotnost látek: popis chemické stechiometrie a kinetiky. Zákon zachování hybnosti.

3. Konstitutivní vztahy - rovnice stavu a jejich derivace. Entalpie a vnitřní energie reagujících směsí. Zákon zachování energie.

4. Formulace rovnice pro společný tlak vícezónového modelu. Princip inverzního algoritmu pro vyhodnocení průběhu hoření.

5. Obecná formulace soustavy obyčejných DR pro 0-D model - příklad OBEH. Numerické metody a specifické vlastnosti pravých stran zákonů zachování (stiffness).

6. Dosazení do pravých stran ODR:

- hoření - určení počátku spontánního hoření (zejména průtahu vznětu), semiempirický model s Vibeho funkcemi, určení jejich parametrů, detonační spalování

- prostup tepla stěnami (přestupní součinitel, tepelné odpory stěn, výpočet teploty stěn)

- průtoky ventily.

Mechanická účinnost motoru - výpočet ztrát.

7. Průtok a účinnost turbiny, model turbodmychadla v 0-D a 1-D.

Příklady výstupů pro výfukový systém a turbodmychadlo (interpretace výsledků.

8. Soustava rovnic pro 1-D nestacionární proudění a její vlastnosti. Charakteristiky, řešení Cauchyho úlohy.

9. Vznik nestacionární rázové vlny. Pojem slabého řešení, důležitost MKO. Okrajové podmínky. Nestacionární sdílení tepla v polomasivu, typy okrajových úloh. Iterační řešení okrajové podmínky 3. druhu při proměnlivé teplotě i součiniteli přestupu tepla.

10 Další příklady interpretace výstupů

adiabatický motor a motor bez chlazení, rozbor hoření, rozbor naplnění válce, pomůcky pro odhad dynamických jevů a vnitřního chlazení. Jak kalibrovat model při omezených znalostech z experimentů.

11. Přechodové režimy, podrobné simulace a simulace v reálném čase. Dynamika mechanismů motoru. Dopravní zpoždění a pístové toky. Regulátory.

Osnova cvičení:

Není.

Cíle studia:

Zvládnout základy termodynamické simulace složitých systémů s aerodynamickými ději při 1-D nestacionárním proudění. Pochopit důvody a způsob získání empirických doplnění popisu spalovacích motorů. Zvládnout základy optimalizace oběhu.

Studijní materiály:

Macek, J.: MMM.ppt - knihovna U 12 120

Macek, J., Kliment, V.: Spalovací turbiny, turbodmychadla a ventilátory. ČVUT v Praze 2006, ISBN 80-01-03529-8

Poznámka:

Další informace:

https://studium.fs.cvut.cz/studium/u12120/W21O001_Matematicke_modelovani_obehu_SM/

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

V tomto semestru se předmět nerozvrhuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: