Оптимальную стратегию впрыска топлива для отечественных роторно-поршневых двигателей рассчитали в ТНЦ СО РАН
Ученые Томского научного центра СО РАН в кооперации с коллегами из Пекинского технологического университета провели численные и экспериментальные исследования процессов смесеобразования и сжигания топливно-воздушной смеси, необходимые для разработки отечественных роторно-поршневых двигателей различного назначения. Результаты получены в ходе реализации гранта РНФ № 21-79-00170 и опубликованы в журнале первого квартиля Fuel.
– Сейчас одной из актуальных задач является создание отечественных передовых роторно-поршневых двигателей разного назначения, преимуществами которых являются простота конструкции, компактные размеры, меньшая масса, низкий уровень шума и вибраций. В этом проекте в качестве топлива был использован синтез-газ, который можно производить из различного сырья, являющийся переходным звеном на пути к водородной энергетике, – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории физической активации ТНЦ СО РАН Сергей Замбалов.
Как поясняют авторы исследования, традиционно выделяют два способа инжекторной подачи топлива: внешний и внутренний. При внешнем способе топливо поступает во впускной коллектор, смешивается с воздухом и подается в камеру сгорания. При непосредственном впрыске топливо сразу поступает в камеру в определенном количестве с минимальной задержкой.
Ученые исследовали новую концепцию двойного впрыска топлива, смысл которой заключается в объединении преимуществ обоих методов: одна часть топлива подается в впускной коллектор на такте впуска, другая часть поступает непосредственно в камеру сгорания на такте сжатия. Использование такой технологии в роторно-поршневых двигателях требует оптимизации для выбранного вида топлива.
Численное моделирование процессов смесеобразования, воспламенения и горения смеси проводилось с использованием синтез-газа, состоящего из водорода и монооксида углерода в соотношении один к одному. Согласно полученным результатам, оптимальная стратегия двойного впрыска топлива для заданных условий заключается в подаче основной части топлива во впускной коллектор (75-90 %). Такая стратегия позволяет увеличить эффективность преобразования топлива до 5–7 % и снизить удельное потребление на 4-6 %, по сравнению с использованием только одного из видов впрыска.
– Расчетные данные получили экспериментальное подтверждение со стороны китайских коллег. Группа ученых под руководством профессора Чангвэй Джи из Пекинского технологического университета является одной из самых авторитетных в мире в области исследований технологических аспектов перспективных двигателей и сжигания различных видов топлива. Наше сотрудничество началось чуть более года назад, когда наши публикации вызвали интерес и получили отклик. Помимо научных публикаций, мы планируем реализацию совместных проектов по линии различных грантовых конкурсов и программ Министерств науки и высшего образования России и Китая, – отметил Сергей Доржиевич.
Исследования и разработки ученых ТНЦ СО РАН могут быть востребованы в при создании отечественных роторно-поршневых компактных двигателей мощностью до 20 лошадиных сил, необходимых для малых беспилотных летательных аппаратов, садовой техники, лодочных моторов, генераторов электричества. На прошедшем Международном военно-техническом форуме «Армия–2023» наметились перспективы контактов с заинтересованными промышленными партнерами.