О квазиравновесности заряда в камере сгорания

Для начала ответим на вопрос, в какой степени можно считать ядро потока квазиравновесным?

Под равновесностью заряда понимают идентичность термодинамических параметров газа Р и Т в любой точке пространства КС в любой момент времени, т.е. . Квазиравновесность предполагает приблизительное выполнение данных условий.

Известно, что все возмущения в потоке распространяются с местной скоростью звука (с такой же скоростью и выравнивается поле давлений): , которая по условиям среднецикловой температуры составляет порядок 500 м/с (при Т = 700 К, a = 530 м/с).

Сделаем оценку для самого крупного ДВС: за характерный размер примем D = 1 м; тогда D t = D/а – время распространения возмущения составит величину D t» 2×10^-3 с.

Примем угловую скорость вращения коленчатого вала 100 об/мин. Угол поворота вала, за который поле давлений должно выровняться, составит: , т.е. величина не превышает точности определения углов поворота коленчатого вала в эксперименте, значит, по давлению заряд можно считать квазиравновесным.

Различные термо- и газодинамические процессы в камере сгорания вызывают повышение степени турбулентности потока, число Тu в процессе сгорания может возрастать до 0,2…0,6 [2]. Процесс сгорания в дизеле вызывает мелкомасштабную высокочастотную турбулентность, частотные характеристики которой на порядки выше частоты повторения циклов. Значит, заряд быстро перемешивается, а поле температур выравнивается. Следовательно, заряд можно считать квазиравновесным и по температуре.

Следует правда оговориться, что для КС бензиновых двигателей это гораздо менее справедливо (см. § 1.1), поскольку во время процесса сгорания в камере имеется минимум две значимые зоны – сгоревшего и несгоревшего топлива, температуры рабочего тела в которых отличаются друг от друга до 400…1000 К. Поэтому для бензиновых ДВС считать заряд квазиравновесным можно посчитать лишь в первом приближении.