Концепция интегрирования моделирования и испытаний ДВС.
Одной из основных задач инженера ДВС является разработка и выпуск совершенных и высокоэкономичных поршневых ДВС. Для решения этой важнейшей задачи необходимы исследования рабочего процесса, прочностных и динамических параметров на этапе проектирования. В свою очередь рабочий процесс определяет конструктивные параметры двигателя, количественно отражает физическую сущность теплового двигателя - преобразование химической энергии топливовоздушной смеси в механическую работу. Основные параметры рабочего процесса, давление, температура и состав рабочего вещества в цилиндре, - исходные для дальнейших расчетов двигателя на прочность, термонапряженность, надежность. Сложность физико-химических процессов, происходящих в цилиндре поршневой машины, затрудняет построение адекватной методики термодинамического расчета рабочего процесса. Это, прежде всего, связано с недостаточной ясностью в физике механизма распространения пламени и условий теплопередачи между рабочим веществом и конструктивными элементами двигателя. Значительные трудности вызывает моделирование газодинамики впускных и выпускных органов двигателя.
Методы расчета рабочего процесса поршневого двигателя можно разделить на два больших класса — аналитические и численные. Анал. методы анализа раб, пр-са в силу разного рода допущений, идеализирующих пр-сы, протекающие в цилиндре, не позволяют построить адекватную мат. модель дв-ля и дают в основном качественные оценки его технико-экономических показателей.
Этот недостаток аналитических моделей в особой степени проявился в последнее десятилетие в связи с возросшей актуальностью проблемы загрязнения атмосферы городов токсичными выбросами двигателей автомобильного транспорта. Разработка малотоксичных рабочих процессов поршневых двигателей тесным образом связана с математическим моделированием процессов образования токсичных компонентов, что невозможно сделать, основываясь на аналитических методах. Использование численных методов моделирования, ориентированных на применение ЭВМ, значительно расширяет возможности математического моделирования, включая в модель факторы, не учитываемые ранее: реальный закон теплопередачи, диссоциация продуктов сгорания, кинетический механизм образования их отдельных компонент и другие, имеющие достаточно обоснованное физическое толкование.
Важным преимуществом численных моделей является их гибкость и возможность постановки и решения на их основе той или иной задачи оптимизации рабочего процесса, а также возможность создания системы автоматизированного проектирования двигателя, центральным элементом которой является математическая модель его рабочего процесса.
Другими словами, численное моделирование позволяет нам определять значения параметров, которые мы не можем измерить при проведении реального эксперимента, т.к. это либо тяжело, либо дорого, либо просто невозможно (например, расход воздуха через двигатель). После испытания имитационной модели и оценке полученных результатов, проводят реальный эксперимент, который и позволяет нам сделать вывод об адекватности созданной нами модели.