<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Marine engineering and technologies</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Marine engineering and technologies</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">2073-1574</issn>
   <issn publication-format="online">2225-0352</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">31487</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.24143/2073-1574-2017-2-54-59</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>SHIP POWER PLANTS AND PROPULSION SYSTEMS</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">ENTROPY CALCULATION OF THE BODY IN THE CYLINDER DIESEL</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>РАСЧЕТ ЭНТРОПИИ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ЦИЛИНДРЕ ДИЗЕЛЯ</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Александровская</surname>
       <given-names>Надежда Игоревна </given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Alexandrovskaya</surname>
       <given-names>Nadezhda Igorevna </given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>a.nadegda@gmail.com</email>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Варбанец</surname>
       <given-names>Роман Анатольевич </given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Varbanets</surname>
       <given-names>Roman Anatolievich </given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>roman.varbanets@gmail.com</email>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-2"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Ерыганов</surname>
       <given-names>Алексей Валериевич </given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Yeryganov</surname>
       <given-names>Alexey Valerievich </given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>office@onmu.odessa.ua</email>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-3"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Одесский национальный морской университет</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Odessa National Maritime University</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-2">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Одесский национальный морской университет, Украина</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Odessa National Maritime University, Ukraine</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-3">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Одесский национальный морской университет</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Odessa National Maritime University</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <issue>2</issue>
   <fpage>54</fpage>
   <lpage>59</lpage>
   <self-uri xlink:href="https://vestnik.astu.ru/en/nauka/article/31487/view">https://vestnik.astu.ru/en/nauka/article/31487/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>При использовании метода численного моделирования рабочих процессов дизелей параметры рабочего тела описываются тремя уравнениями: первого закона термодинамики, массового баланса и состояния, которые записываются в виде системы дифференциальных уравнений и решаются совместно на каждом шаге расчета. При неизменной угловой скорости вращения коленчатого вала ω в качестве независимой переменной удобно брать угол поворота коленчатого вала φ. При решении системы относительно давления р , температуры T ц и массы G становится возможным рассчитать для рабочего тела и энтропию s . Для достижения нормальной точности моделирования рабочего процесса изохорную теплоемкость газов cv не полагают постоянной, т. к. это приводит к достаточно большим погрешностям. Достаточной точностью обладают зависимости, в которых cv определяется многочленом второй степени абсолютной температуры рабочего тела. Предложенная методика была опробована численным моделированием рабочего процесса двухтактного дизеля MAN-B&amp;W 6S26MC (6ДКРН 26/98) и четырехтактного 6ЧН 25/34-2. Из результатов моделирования следует, что рабочие процессы 2-х- и 4-хтактного двигателя в координатах T - s не отличаются. При этом рабочие процессы двигателей в T - s координатах имеют качественное сходство с теоретической диаграммой в осях T - s двигателя, работающего по циклу Тринклера. Результаты моделирования позволяют сделать вывод о том, что в осях T - s область, соответствующая процессу сжатия, горения и расширения продуктов сгорания, имеет качественное сходство для реальных и идеализированных процессов. Это позволяет предположить, что возможным является создание таких показателей качества, которые дают возможность оценить отличие реального цикла от идеального и выработать рекомендации по совершенствованию процесса.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>When using the method of numerical modeling for working processes in diesel engines, parameters are described by three equations: the first law of thermodynamics, mass balance and Clapeyron equation. They are combined in a system of differential equations and solved together at each step of the modeling. If the angular velocity ω of crankshaft is the same, it’s convenient to take a crankshaft angle φ as the argument. If the system is solved with reference to pressure p , temperature T ц and mass G it’s also possible to determine entropy s of working medium. In order to achieve acceptable accuracy of modeling the isochoric heat capacity cv cannot be considered as constant value as it results big calculating error. In order to avoid this, it’s enough to determine cv by quadratic polynomial of absolute temperature of working medium. The offered procedure was checked by numerical modeling of working process of two-stroke engine MAN-B&amp;W 6S26MC and four stroke engine 6 ChN 25/34-2. Results showed that working processes of two- and four-stroke engines in T - s coordinates are looking identically. Moreover, the working processes of engines in T - s coordinates have the likeness of kind with theoretical diagram of Sabathe cycle. This suggests that it’s possible to create quality indexes in order to assess the difference between theoretical and real processes and work out recommendations for process improving.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>рабочий процесс</kwd>
    <kwd>численное моделирование</kwd>
    <kwd>энтропия</kwd>
    <kwd>изохорная теплоемкость</kwd>
    <kwd>показатели качества</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>working process</kwd>
    <kwd>numerical modeling</kwd>
    <kwd>entropy</kwd>
    <kwd>isochoric heat capacity</kwd>
    <kwd>quality rating</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p>Состояние проблемы Для расчета рабочих процессов уже традиционно используется метод численного моделирования, в соответствии с которым параметры рабочих процессов описываются тремя уравнениями: первого закона термодинамики, массового баланса и состояния, которые записываются в дифференциальной форме и решаются совместно на каждом шаге расчета. Для расчета рабочих процессов при постоянной угловой скорости вращения коленчатого вала ω в качестве независимой переменной удобно брать угол поворота коленчатого вала φ. Уравнения, описывающие рабочий процесс в цилиндре, имеют вид где cv - удельная массовая теплоемкость газов в цилиндре при постоянном объеме, Дж/(кг × К); G - масса газов в цилиндре, кг; Tц - температура газов в цилиндре, К; V - объем цилиндра, м3; р - давление газов в цилиндре, Па; u - удельная внутренняя энергия газов в цилиндре, Дж/кг; Qн - низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг; qц - цикловая подача топлива, кг; xц - относительное количество сгоревшего топлива; Qw - количество теплоты, полученное газами в результате теплообмена со стенками цилиндра, Дж; iв - удельная энтальпия воздуха в ресивере, Дж/кг; Gn - масса воздуха, прошедшего через впускные органы, кг; im - удельная энтальпия газов, прошедших через выпускные органы, Дж/кг; Gm - масса газов, прошедших через выпускные органы, кг; R - газовая постоянная смеси (287 Дж/(кг × К)) [1]. Как видно, данная система уравнений записана относительно давления р, температуры Tц и массы G. При этом закон изменения объема цилиндра V от времени известен, т. к. угловая скорость вращения коленчатого вала ωD постоянна. Постановка задачи и используемые зависимости Зная величины G, Tц и р, представляется возможным рассчитать и энтропию s, выразив ее из первого начала термодинамики: , где δq - количество теплоты, подведенное к 1 кг рабочего тела, Дж/кг; s - удельная энтропия рабочего тела, Дж/(кг · К); v - удельный объем рабочего тела, м3/кг; , или , где ρ - плотность рабочего тела, кг/м3. Для достижения нормальной точности моделирования рабочего процесса не рекомендуется полагать изохорную теплоемкость газов cv постоянной, т. к. это приводит к достаточно большим погрешностям. Достаточной точностью обладают зависимости, в которых cv определяется многочленом второй степени абсолютной температуры рабочего тела, где А0, А1, А2 - постоянные коэффициенты: . В этом случае После интегрирования получаем , где Тц0 и ρ0 - температура и плотность рабочего тела в начальный момент времени. Достаточную точность для определения cv имеет уже проверенная зависимость, предложенная в работе [2]: , где r - относительное количество «чистых» продуктов сгорания в газах. При расчете процесса продувки газы представляются смесью, состоящей из воздуха и «чистых» продуктов сгорания. Использована схема двухфазного вытеснения: в течение первого периода вытесняется только зона остаточных газов, затем происходит мгновенное перемешивание остаточных газов и воздуха и начинается второй период продувки. Строго говоря, при данной (как и при любой послойной) схеме продувки значение удельной энтропии будет разным для каждой компоненты заряда цилиндра. В данном случае предлагается определять значение среднее по цилиндру. Закон сгорания топлива можно описать полуэмпирической зависимостью И. И. Вибе: , где mz - показатель процесса сгорания, определяющий характер его развития; φн - угол начала горения топлива, рад; φz - интервал угла поворота кривошипа, на котором сгорает 99,9 % впрыснутого топлива, рад. Коэффициент отдачи тепла от газов к стенкам цилиндра можно определять по хорошо зарекомендовавшей себя зависимости G. Hohenberg [3], Вт/(м2 · К): , где Sp - ход поршня, м. Результаты моделирования Предложенная методика была опробована численным моделированием рабочего процесса дизелей MAN-B&amp;W 6S26MC (6ДКРН 26/98) и 6ЧН 25/34-2. Двухтактный дизель 6S26MC, выпускаемый Брянским машиностроительным заводом по лицензии фирмы MAN-B&amp;W, имеет ход поршня Sp = 0,98 м, диаметр цилиндра D = 0,26 м, количество цилиндров - 6, эффективную мощность Ne = 2 190 кВт при частоте вращения n = 250 мин-1. На рис. 1 и 2 представлены результаты моделирования его рабочего процесса в осях p - V и T - s соответственно. Расхождение между рассчитанными и экспериментальными значениями таких параметров, как максимальное давление сгорания, давления сжатия, эффективная мощность, не превысило 4 %. Рис. 1. Рабочий цикл двигателя MAN-B&amp;W 6S26MC в осях p - V Рис. 2. Рабочий цикл двигателя MAN-B&amp;W 6S26MC в осях T - s Дизель 6ЧН 25/34-2, который выпускался Первомайским машиностроительным заводом, - среднеоборотный, четырехтактный, нереверсивный, тронковый с газотурбинным наддувом. Количество цилиндров - 6, номинальная мощность - 335 кВт, номинальная частота вращения - 500 мин-1, диаметр цилиндра - 0,25 м, ход поршня - 0,34 м. Результаты моделирования рабочего процесса двигателя 6ЧН 25/34-2 приведены на рис. 3 и 4. Рис. 3. Рабочий цикл двигателя 6ЧН25/34-2 в осях p - V Рис. 4. Рабочий цикл двигателя 6ЧН 25/34-2 в осях T - s Выводы Как видно из рис. 2 и 4, рабочие процессы двигателей в координатах T - s не отличаются. Следует отметить, что рабочие процессы двигателей в T - s координатах имеют качественное сходство с теоретической диаграммой в осях T - s двигателя, работающего по циклу Тринклера (рис. 5): Рис. 5. Теоретический цикл поршневого двигателя при изохорно-изобарном подводе теплоты Тот факт, что в осях T - s область, соответствующая процессу сжатия, горения и расширения продуктов сгорания, имеет качественное сходство для реальных и идеализированных процессов, позволяет предположить, что возможным является создание таких показателей качества, которые позволяют оценить отличие реального цикла от идеального и выработать рекомендации по совершенствованию процесса.</p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">1. Гончар Б. М. Численное моделирование рабочего процесса дизелей: дис. … д-ра техн. наук. Л.: ЦНИДИ, 1969. 280 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">1. Gonchar B. M. Chislennoe modelirovanie rabochego processa dizeley: dis. … d-ra tehn. nauk. L.: CNIDI, 1969. 280 s.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">2. Красовский О. Г., Иванченко Н. Н. Обобщённые зависимости для определения параметров рабочего процесса дизелей с высоким наддувом // Энергомашиностроение. 1974. № 1. C. 12-15.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">2. Krasovskiy O. G., Ivanchenko N. N. Obobschennye zavisimosti dlya opredeleniya parametrov rabochego processa dizeley s vysokim nadduvom // Energomashinostroenie. 1974. № 1. C. 12-15.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">3. Hohenberg G. Berechnung des Gasseitigen Wärmeüberganges in Dieselmotoren // Motortechnische Zeitschrift (MTZ). 1980. 41. № 7/8. P. 321-326.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">3. Hohenberg G. Berechnung des Gasseitigen Wärmeüberganges in Dieselmotoren // Motortechnische Zeitschrift (MTZ). 1980. 41. № 7/8. P. 321-326.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
