Нова математична модель дозволить створювати ефективні і економічні двигуни
Споконвіку, створюючи нові двигуни або їх вузли, інженери виготовляли досвідчені зразки останніх, на яких перевірялася правильність використаних підходів та інженерних рішень. Але використання нової комп'ютерної математичної моделі, розробленої дослідниками з університету Алабами, що дозволить обійтися без дорогого етапу багаторазового виготовлення дослідних зразків двигунів. Математична модель дає в руки інженерів інструмент, що дозволяє проектувати і перевіряти роботу паливних та інших систем двигунів внутрішнього згоряння, використовуючи лише числові математичні методи.
Чин-Пін Чен (Chien-Pin Chen), керівник відділу машинобудування університету Алабами, і його команда, створюючи математичну модель, вирішили одну з найбільш складних задач - задачу створення так званого сурогатного палива, палива, має спрощений склад, поведінку і властивості якого можна без особливої праці представити у вигляді математичних функцій.
До складу сурогатного палива входять всього три компоненти. Для порівняння, до складу звичайного палива, такого як бензин і дизельне паливо, входить близько сотні компонентів. Сурогатне паливо не є якимось віртуальним паливом, його, використовуючи відповідні хімічні сполуки, які легко приготувати в потрібних кількостях у будь-хімічної лабораторії. Але дослідників в першу чергу цікавило математичне представлення фізичних і хімічних властивостей сурогатного палива, і як виявилося згодом, змінюючи коефіцієнти поліномів цих математичних функцій, можна отримати досить точне представлення будь-якого реально існуючого палива, від ракетного палива до класичного бензину і новим бензино-етаноловий сумішей типу E85.
Отримавши в своє розпорядження механізм математичного опису палива, Чен і його команда змогли використати ці дані в різних видах розрахунків. У двигунах сучасних автомобілів форсунки інжекторів впорскують і розпилюють паливо в камеру згоряння в точно задані моменти часу. Розміри, склад і властивості крапель палива, температура і тиск у камері згоряння, всі ці дані можуть бути виражені в числовому вигляді і використані розробленою математичною моделлю.
Дослідники, використовуючи свою модель, вже продемонстрували як крапельки палива, впрыснутые інжекторами від різних виробників, ведуть себе в камері згоряння, як вони випаровуються і наскільки ефективно вони згоряють. "Ми вже виміряли роботу багатьох типів інжекторів і збираємося видати рекомендації деяким автовиробникам, які дозволять їм зробити свої двигуни ще більш економічними" - розповідає Чен.
Висока точність математичного моделювання дозволила звернути увагу на такі явища як турбуленція в потоках палива, явище, яке неможливо або дуже важко вивчити в реальності. Виявляється, що зменшення турбулентних потоків в момент упорскування палива інжектором сприяє більш рівномірному згорянню палива в камері, що дозволяє отримати велику потужність і значно збільшити термін життя поршневої системи двигуна.
"Нашою основною метою є пошук нових способів ефективного спалювання палива, що дозволить отримати більшу потужність двигуна, зменшити споживання палива і зменшити кількість шкідливих викидів у навколишнє середовище", - розповів Чен.