Обзорный анализ методов вычислительной гидродинамики и численных методов для двигателей внутреннего сгорания, работающих на дизельном топливе и биотопливах

В последние годы запасы нефтяного топлива резко сократились, а природоохранные органы во всем мире ввели строгие требования к выбросам двигателей внутреннего сгорания. Даже незначительное повышение эффективности и снижение выбросов могут обеспечить существенные преимущества. Движение жидкости внутри камеры сгорания играет важную роль и рассматривается как ключевой параметр управления процессом сгорания. Система подачи топлива или впускная система двигателя с искровым зажиганием (SI) подготавливает и регулирует воздушно-топливную смесь. В двигателях SI эта система способна создавать крупномасштабное движение и турбулентность до момента воспламенения. В двигателях с воспламенением от сжатия (CI) впускная система формирует вихревое и кувырковое движение, а форма камеры создает прищемляющее течение, регулируя направление и качество воздуха; система впрыска дизельного топлива управляет характеристиками распыления, включая дальность проникновения, распыление, дробление и испарение капель. В течение последних трех десятилетий исследователи прилагали значительные усилия для разработки многомерных кодов вычислительной гидродинамики (CFD), предназначенных для прогнозирования течения в двигателе, что позволяет сократить сроки и стоимость его разработки. Чтобы быть надежным и приемлемым инструментом, численный анализ камеры сгорания и ее гидродинамики должен обеспечивать точное прогнозирование выбросов и параметров сгорания за минимально возможное время. В статье рассматриваются методы численного анализа и результаты CFD-моделирования двигателей CI, работающих на дизельном топливе и биотопливах. Также анализируются результаты и точность различных методов CFD.