Моделирование воспламенения и горения топлива в условиях форкамерно-факельного зажигания

С. С. Сергеев

ГНЦ ФГУП «НАМИ», Москва

Аннотация: Статья посвящена разработке математической модели и алгоритма ее реализации для численных исследований физико-химических процессов, сопровождающих воспламенение топлива в двигателях с форкамерно-факельным зажиганием. Такой тип зажигания в настоящее время является предметом активных исследований ввиду его возможности существенно улучшить показатели двигателя, особенно при работе в составе гибридной силовой установки. Предложен новый подход к моделированию рабочего процесса двигателя с форкамерно-факельным зажиганием, заключающийся в комбинации сеточного метода контрольных объемов, явного задания параметров турбулентности, а также сквозного расчета системы «предкамера-основная камера сгорания» на базе метода фиктивных областей. Это позволяет значительно упростить геометрию расчетной области и подготовку расчетной модели, снизить время вычислений за счет малого количества ячеек в расчетной области. Для настройки модели факельного зажигания требуется калибровка только одного эмпирического параметра (при известном поле турбулентности). Моделирование проводится в сквозной постановке: предкамера, соединительный канал и основная камера сгорания рассматриваются в виде единой расчетной области. Объем предкамеры выделяется на основе метода фиктивных областей. Сетка для основной камеры сгорания подвижная. Расчеты местных параметров потока производятся на основе метода контрольных объемов с применением разнесенных сеток для компонент вектора скорости и скалярных переменных. Программа может быть применена для предварительного планирования трехмерных расчетов рабочего процесса или их проверки в случае отсутствия экспериментальных данных (на стадии эскизного/концептуального проектирования). Результаты расчетов могут быть использованы в качестве исходных данных для оценки вероятности возникновения детонации. Возможно применение модели для калибровки блока управления двигателем.

Ключевые слова: метод контрольных объемов, распространение пламени, форкамерно-факельное зажигание, предкамерное зажигание.

Поступила в редакцию: 17.06.2025
Исправленный вариант: 17.06.2025
Принята в печать: 08.09.2025

DOI: 10.20948/mm-2026-01-06