Analisi gasodinamica del sistema di scarico. Sistemi di scarico dei motori a combustione interni. Processo di dinamica del gas e materiali di consumo della produzione del motore a combustione interna del pistone con una sovrapposizione

In parallelo, lo sviluppo dei devastanti sistemi di scarico, i sistemi sviluppati, denominati convenzionalmente come "silenziatori", ma progettati non tanto per ridurre il livello di rumore del motore operativo, quanto modificare le sue caratteristiche di potenza (potenza del motore o la sua coppia). Allo stesso tempo, il compito del rumore di cucitura è andato al secondo piano, tali dispositivi non sono ridotti e non possono ridurre significativamente il rumore di scarico del motore, e spesso migliorarlo.

Il lavoro di tali dispositivi è basato su processi risonanti all'interno dei "silenziatori" stessi, possiedono, come qualsiasi corpo vuoto con le proprietà del risonatore del gamepholts. A causa delle risonanze interne del sistema di scarico, due problemi paralleli sono risolti contemporaneamente: la pulizia del cilindro è migliorata dai residui della miscela combustibile nel tatto precedente, e il riempimento del cilindro è una porzione fresca del combustibile miscela per il prossimo tatto di compressione.
Il miglioramento della pulizia del cilindro è dovuto al fatto che il pilastro del gas nel collettore laureato, che ha segnato una certa velocità durante la produzione di gas nel tatto precedente, a causa di inerzia, come un pistone nella pompa, continua a succhiare Fuori i resti dei gas dal cilindro anche dopo che la pressione del cilindro viene fornita con pressione nel collettore laureato. Allo stesso tempo, si verifica un altro effetto indiretto: a causa di questo pompaggio minore aggiuntivo, la pressione nel cilindro diminuisce, che influisce favorevolmente il successivo tatto di spurgo - nel cilindro cade un po 'più di una miscela appena combustibile di quanto possa ottenere se il La pressione del cilindro era uguale all'atmosfera.

Inoltre, l'ondata di restituzione della pressione gas di scarico, riflessa dalla confusione (cono posteriore del sistema di scarico) o miscela (diaframma dinamico) installato nella cavità di silenzio, tornando alla finestra di scarico del cilindro al momento della sua chiusura, in aggiunta "raks" un combustibile fresco miscela in un cilindro, ancora più aumentando il suo ripieno.

Qui è necessario capire chiaramente che non si tratta del movimento reciproco dei gas nel sistema di scarico, ma del processo oscillatorio dell'onda all'interno del gas stesso. Il gas si sposta solo in una direzione - dalla finestra di scarico del cilindro nella direzione dell'uscita all'uscita del sistema di scarico, prima con scherzi acuti, la cui frequenza è uguale al fatturato del veicolo, quindi gradualmente l'ampiezza di questi I jolt sono ridotti, nel limite che si trasforma in un movimento laminare uniforme. E "Lì e qui" le onde di pressione stanno camminando, la cui natura è molto simile alle onde acustiche nell'aria. E la velocità di queste vibrazioni di pressione è vicina alla velocità del suono nel gas, tenendo conto delle sue proprietà - principalmente densità e temperatura. Naturalmente, questa velocità è in qualche modo diversa dal valore noto della velocità del suono nell'aria, in condizioni normali pari a circa 330 m / s.

Parlando rigorosamente, i processi che fluiscono nei sistemi di scarico di DSV non sono correttamente chiamati puri acustici. Piuttosto, obbediscono alle leggi usate per descrivere le onde d'urto, anche se deboli. E questo non è più gas standard e termodinamica, che è chiaramente impilato nel quadro dei processi isotermici e adiabatici descritti dalle leggi e dalle equazioni di Boyla, Mariotta, Klapaireer, e altri come loro.
Mi sono imbattuto in questa idea alcuni casi, la testimonianza di cui ero io stesso. L'essenza di loro è la seguente: Resonance Dudges di motori ad alta velocità e da corsa (Avia, Corte e Auto), lavorando alle modalità processate, in cui i motori sono a volte deselezionati fino a 40.000-45.000 giri / min e ancora più alti, Iniziano "navigando" - sono letteralmente negli occhi cambiando la forma, "Pinpoint", come se non è fatto di alluminio, ma dalla plastilina, e anche azzrettamente arrosto! E succede sul picco risonante del "gemello". Ma è noto che la temperatura dei gas di scarico all'uscita della finestra di scarico non supera i 600-650 ° C, mentre il punto di fusione del puro alluminio è leggermente più alto - circa 660 ° C, e le sue leghe e altro ancora. Allo stesso tempo (la cosa principale!), Non il tubo del megafono di scarico, adiacente direttamente alla finestra di scarico, è più spesso sciolto e deformato, dove sembrerebbe la temperatura più alta, e le peggiori condizioni di temperatura, ma la regione del confusione di cono inversa, a cui il gas di scarico raggiunge una temperatura molto più piccola, che diminuisce grazie alla sua espansione all'interno del sistema di scarico (ricorda le leggi di base della dinamica del gas), e inoltre, questa parte del silenziatore è solitamente soffiata dall'incidente flusso d'aria, cioè Inoltre raffreddato.

Per molto tempo non riuscivo a capire e spiegare questo fenomeno. Tutto cadde in posizione dopo aver colpito accidentalmente il libro in cui sono stati descritti i processi delle onde d'urto. C'è una sezione speciale di dinamica del gas, il cui corso è letto solo su rubinetti speciali di alcune università che stanno preparando tecnici esplosivi. Qualcosa di simile avviene (e studiato) nell'aviazione, dove mezzo secolo fa, all'alba dei voli supersonici, hanno anche incontrato alcuni fatti inspiegabili di distruzione del design del aliante dell'aeromobile al momento della transizione supersonica.

Uso di risonanza tubi di scarico Sui modelli del motore di tutte le classi ti consentono di aumentare drasticamente i risultati sportivi della concorrenza. Tuttavia, i parametri geometrici dei tubi sono determinati, come regola, con il metodo di prova ed errore, poiché finora non vi è alcuna chiara comprensione e chiara interpretazione dei processi che si verificano in questi dispositivi Gas-Dynamic. E nelle poche fonti di informazioni in questa occasione, sono fornite conclusioni contrastanti che hanno un'interpretazione arbitraria.

Per uno studio dettagliato dei processi nei tubi di uno scarico personalizzato, è stata creata un'installazione speciale. Si compone di un supporto per motori in esecuzione, un motore adattatore - un tubo con raccordi per la selezione della pressione statica e dinamica, due sensori piezoelettrici, oscilloscopio a due raggi C1-99, una telecamera, un tubo di scarico risonante dal R-15 Motore con un "telescopio" e un tubo fatto in casa con superfici nere e isolamento termico aggiuntivo.

Le pressioni nei tubi nell'area di scarico sono state determinate come segue: il motore è stato visualizzato su revisioni risonanti (26000 giri / min), i dati dei sensori piezoelettrici collegati agli occhiatori dei sensori piezoelettrici sono stati visualizzati sull'oscilloscopio, la frequenza della spazzata di che è sincronizzato con la frequenza di rotazione del motore e l'oscillogramma è stato registrato sul film.

Dopo che il film si manifesta in uno sviluppatore a contrasto, l'immagine è stata trasferita alla trazione sulla scala della schermata dell'oscilloscopio. I risultati per il tubo dal motore R-15 sono mostrati nella figura 1 e per un tubo fatto in casa con isolamento termico nero e aggiuntivo - in figura 2.

Scheduli:

P Dyn - Pressione dinamica, P pressione statica. OSO - Apertura della finestra di scarico, NMT - Punto morto inferiore, il collegamento è la chiusura della finestra di scarico.

L'analisi delle curve consente di identificare la distribuzione della pressione sull'ingresso del tubo di risonanza nella funzione della fase di rotazione dell'albero motore. Aumentando la pressione dinamica dal momento in cui la finestra di scarico viene scoperta con il diametro dell'ugello di uscita 5 mm avviene per R-15 circa 80 °. E il suo minimo è entro 50 ° - 60 ° dal fondo del punto morto alla massima spurgo. Aumento della pressione nell'onda riflessa (dal minimo) al momento della chiusura della finestra di scarico è di circa il 20% del valore massimo del ritardo R. nell'azione dell'onda di scarico riflessa - da 80 a 90 °. Per la pressione statica, è caratterizzato da un aumento del "plateau" del 22 ° C sul grafico fino a 62 ° dall'apertura della finestra di scarico, con un minimo di 3 ° dal fondo del punto morto. Ovviamente, in caso di utilizzo di un tubo di scarico simile, le fluttuazioni di spurgo si verificano a 3 ° ... 20 ° dopo il fondo del punto morto, e senza alcun tipo di 30 ° dopo che l'apertura della finestra di scarico è stata precedentemente pensata.

Questi studi del tubo casalingo differiscono dai dati R-15. Aumento della pressione dinamica fino a 65 ° dall'apertura della finestra di scarico è accompagnata da un minimo situato a 66 ° dopo il fondo del punto morto. Allo stesso tempo, l'aumento della pressione dell'onda riflessa dal minimo è di circa il 23%. Il caricamento nell'azione dei gas di scarico è inferiore, che è probabilmente dovuto alla temperatura crescente nel sistema isolati termicamente, ed è di circa 54 °. Le oscillazioni di spurgo sono contrassegnate a 10 ° dopo il fondo del punto morto.

Confrontando la grafica, si può notare che la pressione statica nel tubo isolante termico al momento della chiusura della finestra di scarico è inferiore a R-15. Tuttavia, la pressione dinamica ha un massimo di un'onda riflessa di 54 ° dopo la chiusura della finestra di scarico, e in R-15, questo massimo spostata da 90 "! Le differenze sono associate alla differenza nei diametri dei tubi di scarico: su R-15, come già accennato, il diametro è 5 mm e sul calore isolato - 6,5 mm. Inoltre, a causa della geometria più avanzata del tubo R-15, il coefficiente di restauro della pressione statica è di più.

Il coefficiente di efficienza del tubo di scarico risonante dipende in gran parte dai parametri geometrici del tubo stesso, dalla sezione trasversale del tubo di scarico del motore, del regime di temperatura e delle fasi di distribuzione del gas.

L'uso del controllo attraversi e la selezione del regime di temperatura del tubo di scarico risonante consentirà di spostare la pressione massima dell'onda di gas di scarico riflessa nel momento in cui la finestra di scarico è chiusa e quindi aumenterà bruscamente la sua efficienza.

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Pubblicato da http://www.allbest.ru/

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Gou VPO "Ural State Technical University - Upi che prende il nome dal primo presidente della Russia B.N. Yeltsin "

Per i diritti del manoscritto

Tesi

per il grado di candidato di scienze tecniche

Dinamica del gas e trasferimento di calore locale nel sistema di ingresso pistone DVS.

Carpentieri Leonid Valerevich.

Consigliere scientifico:

medico Physico-Mathematical Audience,

professore Zhilkin B.P.

Ekaterinburg 2009.

sistema di aspirazione della dinamica del gas del motore del pistone

La tesi è costituita da Amministrazione, cinque capitoli, conclusione, un elenco di riferimenti, inclusi 112 nomi. È riportato su 159 pagine della composizione del computer nel programma MS Word ed è dotato di disegni di testo 87 e 1 tavolo.

Parole chiave: dinamica del gas, pistone DVS, sistema di aspirazione, profilazione trasversale, materiali di consumo, Trasferimento di calore locale, coefficiente di trasferimento del calore locale istantaneo.

L'oggetto dello studio era il flusso d'aria non stazionario nel sistema di aspirazione del motore del pistone combustione interna.

L'obiettivo del lavoro è quello di stabilire i modelli di cambiamenti nelle caratteristiche del gas-dinamico e termico del processo di ingresso nel motore a combustione interna del pistone da fattori geometrici e regime.

Si mostra che posizionando gli inserti profilati, è possibile confrontare con un canale tradizionale del round costante, per acquisire una serie di vantaggi: un aumento del flusso del volume dell'aria che entra nel cilindro; Aumentando la ripida del VS dal numero di rivoluzioni albero motore n nell'intervallo operativo della frequenza di rotazione presso l'inserto "triangolare" o la linearizzazione della spesa caratteristica nell'intera gamma dei numeri di rotazione dell'albero, nonché la soppressione delle pulsazioni ad alta frequenza del flusso d'aria nel canale di ingresso .

Differenze significative nei modelli di modifica dei coefficienti dei coefficienti di trasferimento del calore dalla velocità w in stazionario e il flusso di aria pulsante dell'aria nel sistema di ingresso dei DV sono stabiliti. L'approssimazione dei dati sperimentali è stata ottenuta equazioni per il calcolo del coefficiente di trasferimento del calore locale nel tratto di ingresso del FEA, sia per il flusso stazionario che per un flusso di pulsazione dinamico.

introduzione

1. Stato del problema e impostazione degli obiettivi dello studio

2. Descrizione dei metodi sperimentali di installazione e misurazione

2.2 Misurazione della velocità di rotazione e angolo della rotazione dell'albero motore

2.3 Misura del consumo istantaneo di aria di aspirazione

2.4 Sistema per misurare i coefficienti di trasferimento del calore istantaneo

2.5 Sistema di raccolta dei dati

3. Processo di ingresso della dinamica del gas e dei materiali di consumo nel motore a combustione interna in varie configurazioni di sistema di aspirazione

3.1 Dinamica del gas del processo di aspirazione senza tenere conto dell'effetto dell'elemento del filtro

3.2 Influenza dell'elemento filtrante sulla dinamica del gas del processo di aspirazione in varie configurazioni di sistema di aspirazione

3.3 Consumabili e analisi spettrali del processo di ingresso con varie configurazioni di sistema di aspirazione con diversi elementi del filtro

4. Il trasferimento di calore nel canale di aspirazione del motore del pistone della combustione interna

4.1 Calibrazione del sistema di misurazione per determinare il coefficiente di trasferimento del calore locale

4.2 Coefficiente di trasferimento del calore locale nel canale di ingresso del motore a combustione interna in modalità degominamento

4.3 Coefficiente di trasferimento di calore locale istantaneo nel canale di ingresso del motore a combustione interna

4.4 Influenza della configurazione del sistema di ingresso del motore a combustione interna sul coefficiente di trasferimento del calore locale istantaneo

5. Domande di applicazione pratica dei risultati del lavoro

5.1 Design costruttivo e tecnologico

5.2 Risparmio energetico e risorse

Conclusione

Bibliografia

Elenco dei designazioni di base e delle abbreviazioni

Tutti i simboli sono spiegati quando vengono utilizzati per la prima volta nel testo. Quanto segue è solo un elenco delle solo le designazioni più consumabili:

d -Diamoter di tubi, mm;

d E è un diametro equivalente (idraulico), mm;

F - superficie della superficie, m 2;

i - Forza attuale e;

G - flusso di massa d'aria, kg / s;

L - lunghezza, m;

l è una caratteristica dimensione lineare, m;

n è la velocità di rotazione dell'albero motore, min -1;

p - Pressione atmosferica, PA;

R - Resistenza, Ohm;

T - temperatura assoluta, a;

t - La temperatura sulla scala Celsius, o c;

U - tensione, in;

V - portata d'aria, m 3 / s;

w - portata d'aria, m / s;

Un coefficiente di aria in eccesso;

g - Angolo, grandine;

L'angolo di rotazione dell'albero motore, grandine., P.K.V.;

Coefficiente di conduttività termica, w / (m k);

Coefficiente di viscosità cinematica, m 2 / s;

Densità, kg / m 3;

Tempo, s;

Coefficiente di resistenza;

Tagli di base:

p.k.v. - rotazione dell'albero motore;

DVS - motore a combustione interna;

NMT - Punto morto superiore;

Nmt - punto morto inferiore

ADC - Convertitore analogico-digitale;

BPF - Trasformazione di Fourier veloce.

Numeri:

Re \u003d wd / - numero di Rangeld;

NU \u003d D / - Numero di Nusselt.

introduzione

Il compito principale nello sviluppo e nel miglioramento dei motori a combustione interna del pistone è migliorare il riempimento del cilindro con una nuova carica (o in altre parole, un aumento del coefficiente di riempimento del motore). Attualmente, lo sviluppo dei DVS ha raggiunto un tale livello che il miglioramento di qualsiasi indicatore tecnico ed economico almeno sulla decima quota della percentuale con materiali minimi e costi temporanei è un risultato reale per i ricercatori o gli ingegneri. Pertanto, per raggiungere l'obiettivo, i ricercatori offrono e utilizzare una varietà di metodi tra i più comuni possono essere distinti seguendo i seguenti: dinamici (inerzia) riduzione, turbocompressione o soffiatori d'aria, canale di ingresso della lunghezza variabile, regolazione del meccanismo e fasi di distribuzione del gas, ottimizzazione della configurazione del sistema di aspirazione. L'uso di questi metodi consente di migliorare il riempimento del cilindro con una nuova carica, che a sua volta aumenta la potenza del motore e i suoi indicatori tecnici ed economici.

Tuttavia, l'uso della maggior parte dei metodi in esame richiede in modo significativo investimenti materiali e una significativa modernizzazione della progettazione del sistema di ingresso e del motore nel suo complesso. Pertanto, uno dei più comuni, ma non più semplice, fino ad oggi, i metodi di aumento del fattore di riempimento è quello di ottimizzare la configurazione del percorso di ingresso del motore. In questo caso, lo studio e il miglioramento del canale di ingresso del motore è più spesso effettuato dal metodo di modellazione matematica o spurgisce statiche del sistema di aspirazione. Tuttavia, questi metodi non possono fornire risultati corretti al livello moderno di sviluppo del motore, poiché, come è noto, il processo reale nei percorsi del gas-aria dei motori è una scadenza a getto d'inchiostro a gas tridimensionale attraverso lo slot della valvola in un parzialmente riempito spazio del cilindro del volume variabile. Un'analisi della letteratura ha mostrato che le informazioni sul processo di aspirazione in modalità dinamica reale è praticamente assente.

Pertanto, i dati di scambio di gas-dinamico e di scambio di calore affidabili e corretti per il processo di aspirazione possono essere ottenuti esclusivamente negli studi su modelli dinamici di DVS o motori reali. Solo tali dati esperti possono fornire le informazioni necessarie per migliorare il motore al livello attuale.

Lo scopo del lavoro è quello di stabilire i modelli di modificare le caratteristiche del gas-dinamico e termico del processo di riempimento del cilindro con una nuova carica del motore a combustione interna del pistone da fattori geometrici e regime.

La novità scientifica delle principali disposizioni del lavoro è che l'autore per la prima volta:

Le caratteristiche di frequenza di ampiezza degli effetti di pulsazione derivanti dal flusso nel collettore di aspirazione (tubo) del motore del pistone;

Un metodo per aumentare il flusso d'aria (in media del 24%) che entra nel cilindro utilizzando inserti profilati nel collettore di aspirazione, che porterà ad un aumento della potenza del motore;

Sono stabiliti i modelli di cambiamenti nel coefficiente di trasferimento istantaneo del trasferimento di calore nel tubo di ingresso del motore del pistone;

Si dimostra che l'uso di inserti profilato riduce il riscaldamento della carica fresca all'inserimento di una media del 30%, che migliorerà il riempimento del cilindro;

Generalizzati sotto forma di equazioni empiriche I dati sperimentali ottenuti sul trasferimento di calore locale del flusso pulsante dell'aria nel collettore di aspirazione.

L'accuratezza dei risultati si basa sull'affidabilità dei dati sperimentali ottenuti dalla combinazione di metodologie di ricerca indipendenti e confermate dalla riproducibilità dei risultati sperimentali, il loro buon accordo a livello di esperimenti di prova con questi autori, nonché l'uso di a Complesso dei moderni metodi di ricerca, selezione delle apparecchiature di misurazione, dei suoi test sistematici e del suo targeting.

Significato pratico. I dati sperimentali ottenuti creano la base per lo sviluppo di metodi di ingegneria per il calcolo e la progettazione di sistemi di inchiostro di inchiostro, ed espandere anche le rappresentazioni teoriche sulla dinamica del gas e il trasferimento del calore dell'aria locale durante l'assunzione del motore del pistone. I risultati individuali del lavoro sono stati apportati all'attuazione dell'impianto Ural Diesel Motor LLC nella progettazione e nella modernizzazione dei motori 6dm-21L e 8DM-21L.

Metodi per determinare la portata del flusso dell'aria pulsante nel tubo di ingresso del motore e dell'intensità del trasferimento di calore istantaneo in esso;

Dati sperimentali sulla dinamica del gas e un coefficiente di trasferimento di calore istantaneo del calore nel canale di ingresso del canale di ingresso nel processo di aspirazione;

I risultati della generalizzazione dei dati sul coefficiente locale del trasferimento di calore aereo nel canale di ingresso dei DVS sotto forma di equazioni empiriche;

Approvazione del lavoro. I principali risultati degli studi esposti nella tesi riportati e sono stati presentati presso le "conferenze di segnalazione dei giovani scienziati", Ekaterinburg, UGTU-UPI (2006 - 2008); Dipartimento di seminari scientifici "Ingegneria del calore teorico" e "Turbine e motori", Ekaterinburg, UGTU-UPI (2006 - 2008); Conferenza scientifica e tecnica "Migliorare l'efficienza centrali elettriche Wheel e Crawler Machines ", Chelyabinsk: Chelyabinsk Maglione militare Automobile Comunist Party School (Istituto militare) (2008); Conferenza scientifica e tecnica "Sviluppo dell'ingegneria in Russia", San Pietroburgo (2009); sul Consiglio scientifico e tecnico sotto Ural Diesel Motor Plant LLC, Ekaterinburg (2009); Sul Consiglio scientifico e tecnico per la tecnologia OJSC NII Autotractor, Chelyabinsk (2009).

Il lavoro di dissertazione è stato eseguito presso i dipartimenti "Teorica ingegneria del calore e" turbine e motori ".

1. Revisione dello stato attuale dello studio dei sistemi di ingresso dell'entrata del pistone

Ad oggi, vi sono un gran numero di letteratura, in cui sono considerate la performance costruttiva di vari sistemi di motori a pistoni della combustione interna, in particolare, sono considerati individuali elementi dei sistemi di ingresso dei sistemi di inchiostro. Tuttavia, non vi è praticamente alcuna ravenzione delle soluzioni di progettazione proposte analizzando la dinamica del gas e il trasferimento del calore del processo di ingresso. E solo nelle singole monografie forniscono dati sperimentali o statistici sui risultati dell'operazione, confermando la fattibilità di una o un'altra prestazione costruttiva. A questo proposito, si può sostenere che fino a poco tempo fa, l'attenzione insufficiente è stata prestata allo studio e all'ottimizzazione dei sistemi di ingresso dei motori a pistoni.

Negli ultimi decenni, in connessione con il serraggio dei requisiti economici e ambientali per i motori a combustione interna, i ricercatori e gli ingegneri stanno iniziando a prestare maggiore e maggiore attenzione al miglioramento dei sistemi di aspirazione come la benzina e motori diesel, credendo che le loro caratteristiche di performance dipendano in gran parte dalla perfezione dei processi che si verificano nei percorsi del gas-aria.

1.1 Elementi di base dei sistemi di ingresso dell'entrata del pistone

Il sistema di aspirazione del motore del pistone, in generale, è costituito da un filtro dell'aria, un collettore di aspirazione (o un tubo di ingresso), teste del cilindro che contengono canali di aspirazione e uscita, nonché il meccanismo della valvola. Ad esempio, nella figura 1.1, viene visualizzato un diagramma del sistema di aspirazione del motore diesel YMZ-238.

Fico. 1.1. Schema del sistema di aspirazione del motore diesel YMZ-238: 1 - collettore di aspirazione (tubo); 2 - Guarnizione in gomma; 3.5 - Ugelli di collegamento; 4 - Guarnizione stimata; 6 - Tubo; 7 - Filtro dell'aria

La scelta dei parametri strutturali ottimali e delle caratteristiche aerodinamiche del sistema di aspirazione sono predeterminati ottenendo un flusso di lavoro efficiente e alto livello Indicatori di uscita dei motori a combustione interna.

Considera brevemente ogni elemento composito del sistema di aspirazione e delle sue funzioni principali.

La testata del cilindro è uno degli elementi più complessi e importanti del motore a combustione interna. Dalla corretta selezione della forma e delle dimensioni degli elementi principali (prima di tutto, la perfezione dei processi di riempimento e miscelazione è in gran parte dipende dalla dimensione delle valvole di aspirazione e di scarico).

Le teste del cilindro sono realizzate principalmente con due o quattro valvole sul cilindro. I vantaggi del design a due fiamme sono la semplicità della tecnologia di produzione e del regime di progettazione, in massa e valore strutturali più piccoli, il numero di parti mobili nel meccanismo di trasmissione, sui costi di manutenzione e riparazione.

I vantaggi delle strutture a quattro flappati consiste nel miglioramento dell'uso dell'area limitata dal circuito del cilindro, per le aree di passaggio della valvola Gorlovin, in un processo di scambio di gas più efficiente, in una minore tensione termica della testa a causa di una più uniforme Stato termico, nella possibilità di posizionamento centrale dell'ugello o delle candele, che aumenta l'uniformità delle parti dello stato termico del gruppo del pistone.

Esistono altri disegni di teste del cilindro, ad esempio, con tre valvole di ingresso e una o due laurea per cilindro. Tuttavia, tali schemi vengono applicati relativamente rari, principalmente in motori altamente affiliati (corse).

L'influenza del numero di valvole sulla dinamica del gas e il trasferimento di calore nel percorso di ingresso non è generalmente praticamente non studiato.

Gli elementi più importanti della testata del cilindro dal punto di vista della loro influenza sulla dinamica del gas e sulla procedura di ingresso del calore nel motore sono i tipi di canali di ingresso.

Uno dei modi per ottimizzare il processo di riempimento è il profilazione dei canali di ingresso nella testina del cilindro. Esiste un'ampia varietà di forme di profilazione al fine di garantire il movimento direzionale della nuova carica nel cilindro del motore e migliorare il processo di miscelazione, sono descritti nel più dettagliato.

A seconda del tipo di processo di miscelazione, i canali di aspirazione vengono eseguiti da un solo funzionale (disgustabile), fornendo solo riempimento con cilindri con aria o due funzioni (tangenziale, vite o altro tipo) utilizzati per l'ingresso e la carica dell'aria di torsione nel Cilindro e camera di combustione.

Ci rivolgiamo alla questione delle caratteristiche della progettazione di collezionisti di aspirazione di motori a benzina e diesel. Un'analisi della letteratura mostra che il collettore di aspirazione (o il tubo di inchiostro) viene prestata poca attenzione, ed è spesso considerato solo come una pipeline per la fornitura di aria o miscela di carburante nel motore.

Filtro dell'aria È parte integrante del sistema di ingresso del motore del pistone. Va notato che in letteratura, più attenzione viene prestata la progettazione, i materiali e la resistenza degli elementi del filtro e allo stesso tempo l'effetto dell'elemento filtrante su indicatori di gas-dinamica e calore scambiati, nonché la spesa Le caratteristiche del sistema di combustione interno del pistone, non sono praticamente considerate.

1.2 Dinamica del gas di flusso in canali di ingresso e metodi per studiare il processo di ingresso nel motore del pistone

Per una comprensione più accurata dell'essenza fisica dei risultati ottenuti da altri autori, sono delineati simultaneamente con i metodi teorici e sperimentali utilizzati, poiché il metodo e il risultato sono in una singola comunicazione organica.

I metodi per lo studio dei sistemi di ingresso dei KHOS possono essere suddivisi in due grandi gruppi. Il primo gruppo include l'analisi teorica dei processi nel sistema di ingresso, compresa la loro simulazione numerica. Al secondo gruppo, disegneremo tutti i modi per studiare sperimentalmente il processo di ingresso.

La scelta dei metodi di ricerca, le stime e la regolazione dei sistemi di aspirazione è determinata dal set di obiettivi, nonché materiali esistenti, possibilità sperimentali e calcolati.

Ad oggi, non ci sono metodi analitici che consentono di essere abbastanza accurati di stimare il livello di intensità del gas nella camera di combustione, nonché risolvere problemi privati \u200b\u200bassociati a una descrizione del movimento nel percorso di aspirazione e alla scadenza del gas da il gap della valvola nel vero processo non insufficiente. Ciò è dovuto alle difficoltà di descrivere il flusso tridimensionale dei gas sui canali curvilinei con ostacoli improvvisi, una complessa struttura del flusso spaziale, con un'uscita del gas a getto attraverso lo slot della valvola e uno spazio parzialmente riempito di un cilindro a volume variabile, l'interazione di flussi tra loro, con le pareti del cilindro e il fondo mobile del pistone. La determinazione analitica del campo di velocità ottimale nel tubo di ingresso, nello slot della valvola ad anello e la distribuzione dei flussi nel cilindro è complicata dalla mancanza di metodi accurati per la valutazione delle perdite aerodinamiche derivanti da una nuova carica nel sistema di ingresso e quando il gas nel cilindro e fluiscono attorno alle sue superfici interne. È noto che nel canale ci sono zone instabili della transizione del flusso dalla laminata alla modalità di flusso turbolenta, la regione della separazione dello strato limite. La struttura del flusso è caratterizzata da variabili entro il tempo e il luogo di Reynolds, il livello di non stazionarità, intensità e scala della turbolenza.

Molti lavori multidirezionali sono dedicati alla modellazione numerica del movimento della carica dell'aria sull'ingresso. Producono la modellazione del flusso di aspirazione del vortice dell'ingresso dell'ingresso dell'ingresso della valvola di ingresso, il calcolo del flusso tridimensionale nei canali di ingresso della testata del cilindro, modellando il flusso nella finestra di ingresso e il motore Cilindro, un'analisi dell'effetto dei flussi di flusso diretto e vorticoso sul processo di miscelazione e studi calcolati dell'effetto della torsione della carica nel cilindro diesel la grandezza delle emissioni di ossidi di azoto e indicatori di ciclo dell'indicatore. Tuttavia, solo in alcune opere, la simulazione numerica è confermata dai dati sperimentali. E unicamente su studi teorici è difficile giudicare l'accuratezza e il grado di applicabilità dei dati. Va inoltre opportuno sottolineare che quasi tutti i metodi numerici mirano principalmente allo studio dei processi nel design già esistente dell'ingresso del sistema di ingresso dell'intensità dei DVS per eliminare le sue carenze e non sviluppare nuove e efficaci soluzioni di progettazione.

In parallelo, i metodi analitici classici per il calcolo del flusso di lavoro nel motore e i processi di scambio di gas separato vengono applicati. Tuttavia, nei calcoli del flusso di gas nelle valvole in ingresso e scarico e canali, vengono utilizzate principalmente le equazioni del flusso stazionario unidimensionale, prendendo l'attuale quasi-stazionario. Pertanto, i metodi di calcolo in esame sono stimati esclusivamente (approssimativi) e quindi richiedono una raffinatezza sperimentale in laboratorio o su un motore reale durante i test di banco. I metodi per il calcolo dello scambio di gas e i principali indicatori dinamici del gas del processo di ingresso in una formulazione più difficile si stanno sviluppando nei lavori. Tuttavia, danno anche solo informazioni generali sui processi discussi, non formano una rappresentazione sufficientemente completa di tassi di cambio gas dinamico e di calore, poiché si basano su dati statistici ottenuti in modellazione matematica e / o spurve statiche del tratto di ingresso di l'inchiostro e sui metodi di simulazione numerica.

I dati più accurati e affidabili sul processo di ingresso nel motore del pistone possono essere ottenuti nello studio sui motori reali.

Per i primi studi della carica nel cilindro del motore sulla modalità di prova dell'albero, gli esperimenti classici di Ricardo e il denaro possono essere attribuiti. Riccardo ha installato una girante nella camera di combustione e ha registrato la sua velocità di rotazione quando viene controllato l'albero del motore. L'anemometro ha fissato il valore medio della velocità del gas per un ciclo. Ricardo ha introdotto il concetto di "Vortex Ratio", corrispondente al rapporto della frequenza della girante, misurava la rotazione del vortice e l'albero motore. Il cass ha installato la piastra nella camera di combustione aperta e ha registrato l'effetto sul flusso d'aria. Esistono altri modi per utilizzare i piatti associati a sensori tenati o induttivi. Tuttavia, l'installazione dei piatti deforma il flusso rotante, che è lo svantaggio di tali metodi.

La ricerca moderna delle dinamiche del gas direttamente sui motori richiede utensili speciali Misure che sono in grado di lavorare in condizioni avverse (rumore, vibrazioni, elementi rotanti, alta temperatura e pressione quando la combustione del carburante e nei canali di scarico). In questo caso, i processi dei DVS sono ad alta velocità e periodica, quindi le apparecchiature di misurazione e i sensori devono avere una velocità molto elevata. Tutto ciò complica notevolmente lo studio del processo di ingresso.

Va notato che al momento, i metodi di ricerca naturale sui motori sono ampiamente utilizzati, sia per studiare il flusso d'aria nel sistema di ingresso e il cilindro del motore, e per l'analisi dell'effetto della formazione del vortice sull'ingresso per la tossicità di gas di scarico.

Tuttavia, studi naturali, dove allo stesso tempo un gran numero di fattori diversi agisce, non consentono di penetrare i dettagli del meccanismo di un fenomeno separato, non consentire di utilizzare attrezzature complesse di alta precisione. Tutto questo è il prerogativo degli studi di laboratorio che utilizzano metodi complessi.

I risultati dello studio delle dinamiche del gas del processo di aspirazione, ottenuto nello studio sui motori sono piuttosto dettagliati nella monografia.

Di questi, il più grande interesse è l'oscillogramma di cambiamenti nella portata d'aria nella sezione di ingresso del canale di ingresso del motore del C10.5 / 12 (D 37) dell'impianto del trattore Vladimir, che viene presentato nella Figura 1.2.

Fico. 1.2. Parametri di flusso nella sezione Input del canale: 1 - 30 S -1, 2 - 25 S -1, 3 - 20 S -1

La misurazione della portata d'aria in questo studio è stata effettuata utilizzando un termoemometro che funziona in modalità DC.

Ed qui è opportuno prestare attenzione al metodo molto della termoemometria, che, grazie a una serie di vantaggi, ha ricevuto tale diffusa gas-dinamica di vari processi nella ricerca. Attualmente, ci sono vari schemi di termoamemometri a seconda dei compiti e del campo di ricerca. La teoria più dettagliata della termoenemometria è considerata in. Si dovrebbe anche notare un'ampia varietà di progetti di sensori di termoemomote, che indicano l'uso diffuso di questo metodo in tutte le aree dell'industria, compresa l'ingegneria.

Considera la questione dell'applicabilità del metodo della termoenemometria per studiare il processo di ingresso nel motore del pistone. Pertanto, le piccole dimensioni dell'elemento sensibile del sensore del termoemometro non formano cambiamenti significativi nella natura del flusso del flusso d'aria; L'elevata sensibilità degli anemometri consente di registrare fluttuazioni con piccole ampiezze e alte frequenze; La semplicità dello schema hardware consente di registrare facilmente il segnale elettrico dall'uscita del termoemometro, seguito dalla sua elaborazione su un personal computer. Nella termomemometria, viene utilizzata nelle modalità di dimensionamento dei sensori da uno, due o tri-componenti. Un filo o un filo di metalli refrattari con uno spessore di 0,5-20 μm e una lunghezza di 1-12 mm vengono solitamente utilizzati come elemento sensibile del sensore del termoemometro, fissato su gambe di cromo o cromatura. Quest'ultimo passa attraverso un tubo in porcellana a due, a tre vie o a quattro grasse, che viene messo sulla custodia in metallo che sigilla dalla svolta, la custodia in metallo, oked nella testa del blocco per lo studio dello spazio intra-cilindro o in condotte per determinare i componenti medi e ondulazione della velocità del gas.

E ora torna all'oscilogramma mostrato nella figura 1.2. Il grafico richiama l'attenzione sul fatto che presenta un cambiamento nella portata dell'aria dall'angolo di rotazione dell'albero motore (P.K.V.) solo per il tatto di aspirazione (? 200 gradi. P.K.V.), mentre le informazioni di riposo su altri orologi come informati sono stati "ritagliati". Questo oscillogramma è ottenuto per la frequenza di rotazione dell'albero motore da 600 a 1800 min -1, mentre è in motori moderni La gamma di velocità operative è molto più ampia: 600-3000 min -1. L'attenzione è attratta dal fatto che la portata nel tratto prima di aprire la valvola non è zero. A loro volta, dopo aver chiuso la valvola di aspirazione, la velocità non viene ripristinata, probabilmente perché nel percorso c'è un flusso alternativo ad alta frequenza, che in alcuni motori viene utilizzato per creare un dinamico (o inertigo).

Pertanto, è importante per capire il processo nel suo complesso, i dati sulla variazione della portata dell'aria nel tratto di ingresso per l'intero flusso di lavoro del motore (720 gradi, PKV) e nell'intero intervallo operativo della frequenza di rotazione dell'albero motore. Questi dati sono necessari per migliorare il processo di ingresso, alla ricerca di modi per aumentare la grandezza di una nuova tassa inserita nei cilindri del motore e creare sistemi dinamici del super superilchay.

Consideriamo brevemente le caratteristiche di dinamico sovraccaricato nel pistone DVS, che viene effettuato diversi modi. Non solo le fasi di distribuzione del gas, ma anche la progettazione di percorsi di aspirazione e di laurea influenzano il processo di aspirazione. Il movimento del pistone quando il tatto di aspirazione conduce a una valvola di aspirazione aperta alla formazione dell'onda di sospensione. A una pipeline di aspirazione aperta, questa ondata di pressione si verifica con una massa di aria ambiente fissa, riflessa da esso e si muove al tubo di ingresso. L'apprezzata fluttuata della colonna Air nella pipeline di ingresso può essere utilizzata per aumentare il riempimento di cilindri con carica fresca e, ottenendo così una grande quantità di coppia.

Con una forma diversa di superchard dinamico - superiore inerziale, ogni canale di ingresso del cilindro ha il proprio tubo di risonatore separato, l'acustica di lunghezza corrispondente collegata alla camera di raccolta. In tali tubi di risonatore, l'onda di compressione proveniente dai cilindri può diffondersi indipendentemente l'uno dall'altro. Quando si coordina la lunghezza e il diametro dei singoli tubi di risonatore con fasi della fase di distribuzione del gas, l'onda di compressione, riflessa nell'estremità del tubo di risonatore, ritorna attraverso la valvola di ingresso aperta del cilindro, garantisce così il miglior riempimento.

La riduzione risonante si basa sul fatto che nel flusso d'aria nella pipeline di ingresso a una certa velocità di rotazione dell'albero motore ci sono oscillazioni risonanti causate dal movimento alternativo del pistone. Questo, con il layout corretto del sistema di aspirazione, porta ad un ulteriore aumento della pressione e un ulteriore effetto adesivo.

Allo stesso tempo, i metodi Dynamic Boost menzionati funzionano in una gamma ristretta di modalità, richiedono un'impostazione molto complessa e permanente, poiché le caratteristiche acustiche del motore sono cambiate.

Inoltre, i dati della dinamica del gas per l'intero flusso di lavoro del motore possono essere utili per ottimizzare il processo di riempimento e ricerche per aumentare il flusso d'aria attraverso il motore e, di conseguenza, il suo potere. Allo stesso tempo, l'intensità e la scala della turbolenza del flusso d'aria, che sono generati nel canale di ingresso, nonché il numero di vortici formati durante il processo di ingresso.

Il rapido flusso di carica e la turbolenza su larga scala nel flusso d'aria offrono una buona miscelazione di aria e carburante e, quindi, completa combustione con una bassa concentrazione di sostanze nocive nei gas di scarico.

Uno dei modi per creare i vortici nel processo di aspirazione è l'uso di un lembo che condivide il percorso di aspirazione in due canali, uno dei quali può sovrapporsi, controllando il movimento della carica della miscela. Esistono un gran numero di versioni di progettazione per fornire la componente tangenziale del movimento del flusso per organizzare i vortici direzionali nella pipeline di ingresso e nel cilindro del motore
. Lo scopo di tutte queste soluzioni è creare e gestire vortici verticali nel cilindro del motore.

Ci sono altri modi per controllare la carica di riempimento. Il design di un canale di aspirazione a spirale viene utilizzato nel motore con un diverso gradino di giri, luoghi piatti sulla parete interna e i bordi taglienti all'uscita del canale. Un altro dispositivo per la regolazione della formazione del vortice nel cilindro del motore è una molla a spirale installata nel canale di ingresso e rigidamente fissato da un'estremità prima della valvola.

Pertanto, è possibile notare la tendenza dei ricercatori per creare grandi turbine di diverse direzioni di distribuzione sull'ingresso. In questo caso, il flusso d'aria deve contenere principalmente turbolenze su larga scala. Ciò porta ad un miglioramento della miscela e successiva combustione del carburante, sia in benzina che in motori diesel. E di conseguenza, il consumo specifico di carburante e le emissioni di sostanze nocive con gas spesi sono ridotti.

Tuttavia, nella letteratura non ci sono informazioni sui tentativi di controllare la formazione del vortice utilizzando la profilazione trasversale - una modifica nel modulo sezione trasversale Canale, ed è noto per influenzare fortemente la natura del flusso.

Dopo quanto precede, si può concludere che in questa fase della letteratura c'è una significativa mancanza di affidabile e informazioni complete Secondo la dinamica del gas del processo di aspirazione, vale a dire: cambiare nella portata dell'aria dall'angolo della rotazione dell'albero motore per l'intero flusso di lavoro del motore nel campo operativo della frequenza di rotazione dell'albero motore; L'effetto del filtro sulla dinamica del gas del processo di aspirazione; La scala della turbolenza avviene durante l'assunzione; L'influenza della nonstazionalità idrodinamica sui materiali di consumo nel tratto di ingresso di DVS, ecc.

L'attività urgente è cercare i metodi per aumentare il flusso d'aria attraverso i cilindri del motore con raffinatezza minima del motore.

Come già notato sopra, i dati di ingresso più completi e affidabili possono essere ottenuti da studi su motori reali. Tuttavia, questa direzione di ricerca è molto complessa e costosa, e per una serie di questioni è quasi impossibile, pertanto, i metodi combinati di studiare i processi in ICC sono stati sviluppati dagli sperimentatori. Considerare diffuso da loro.

Lo sviluppo di un insieme di parametri e metodi di calcolo e studi sperimentali è dovuto al gran numero di descrizioni analitiche complete della progettazione del sistema di ingresso del motore del pistone, della dinamica del processo e del movimento della carica nei canali di ingresso e del cilindro.

I risultati accettabili possono essere ottenuti quando uno studio congiunto del processo di aspirazione su un personal computer utilizzando metodi di modellazione numerica e sperimentalmente attraverso spurghe statiche. Secondo questa tecnica, sono stati fatti molti studi diversi. In tali lavori, sia la possibilità di simulazione numerica dei flussi di vortice nel sistema di ingresso del sistema di inchiostro, seguito dal test dei risultati utilizzando una spurgo in modalità statica su un'installazione di ispezione, o un modello matematico calcolato è sviluppato in base ai dati sperimentali ottenuti in modalità statica o durante il funzionamento delle singole modifiche dei motori. Sottolineiamo che la base di quasi tutti questi studi sono presi dati sperimentali ottenuti dall'aiuto di soffiaggio statico del sistema di ingresso del sistema di inchiostro.

Considera un modo classico per studiare il processo di aspirazione usando un anemometro del portico. Con labbra fisse della valvola, produce una spurgo del canale di test con vario secondo consumo d'aria. Per spurgo, vengono utilizzate teste di cilindri reali, cast dal metallo, o ai loro modelli (in legno pieghevole, gesso, da resine epossidiche, ecc.) Assemblato con valvole che guidano le linee e le selle del bush. Tuttavia, come test comparativi descritti, questo metodo fornisce informazioni sull'effetto della forma del percorso, ma la girante non risponde all'azione dell'intero flusso di aria nella sezione trasversale, che può portare a un errore significativo durante la stima del intensità della carica nel cilindro, che è confermata matematicamente e sperimentalmente.

Un altro metodo ampliato di studiare il processo di riempimento è un metodo utilizzando un reticolo nascosto. Questo metodo differisce dal precedente dal fatto che il flusso d'aria rotante assorbito viene inviato alla carenatura sulla lama della griglia nascosta. In questo caso, il flusso rotante viene rubato, e un momento del jet è formato sulle lame, che è registrato dal sensore capacitivo nella grandezza dell'angolo di rotazione di Torcion. Il flusso nascosto, dopo aver attraversato la griglia, scorre attraverso una sezione aperta alla fine della manica nell'atmosfera. Questo metodo consente di valutare esattamente il canale di aspirazione per gli indicatori di energia e dall'entità delle perdite aerodinamiche.

Anche nonostante il fatto che i metodi di ricerca sui modelli statici diano solo l'idea più generale delle caratteristiche del processo di scambio dinamico e del calore del processo di ingresso, rimangono pertinenti a causa della loro semplicità. I ricercatori stanno sempre più utilizzando questi metodi solo per la valutazione preliminare delle prospettive di sistemi di aspirazione o conversione già esistenti. Tuttavia, per una comprensione completa e dettagliata della fisica dei fenomeni durante il processo di ingresso di questi metodi non è chiaramente abbastanza.

Uno dei modi più accurati ed efficienti per studiare il processo di ingresso nel motore sono esperimenti su installazioni speciali e dinamiche. Sotto il presupposto che le caratteristiche e le caratteristiche di scambio dinamico e di calore della carica nel sistema di ingresso sono funzioni di solo parametri geometrici e fattori di regime per lo studio, è molto utile utilizzare un modello dinamico - installazione sperimentale, che più spesso rappresenta un modello di motore monodimensionale su vari modalità ad alta velocitàAgire testando l'albero motore da una fonte di energia estranea e dotato di diversi tipi di sensori. In questo caso, è possibile stimare l'efficacia totale da determinate soluzioni o la loro efficacia è elemento. In generale, tale esperimento è ridotto per determinare le caratteristiche di flusso in vari elementi del sistema di aspirazione (valori istantanei di temperatura, pressione e velocità), variando l'angolo della rotazione dell'albero motore.

Pertanto, il modo più ottimale di studiare il processo di ingresso, che dà dati completi e affidabili è la creazione di un modello dinamico singolo-cilindroso del motore del pistone, guidato alla rotazione da una fonte di energia estranea. In questo caso, questo metodo consente di indagare sia di scambiatori di gas dinamico e di calore del processo di riempimento nel motore a combustione interna del pistone. L'uso di metodi termoemenemometrici consentirà di ottenere dati affidabili senza un effetto significativo sui processi che si verificano nel sistema di aspirazione del modello di motore sperimentale.

1.3 Caratteristiche dei processi di scambio termico nel sistema di ingresso del motore del pistone

Lo studio dello scambio di calore nel motore a combustione interno del pistone è iniziata infatti dalla creazione delle prime macchine da lavoro - J. Lenoara, N. Otto e R. Diesel. E ovviamente alla fase iniziale attenzione speciale È stato pagato allo studio dello scambio di calore nel cilindro del motore. I primi lavori classici in questa direzione possono essere attribuiti.

Tuttavia, solo il lavoro svolto da V.I. Greevik, divenne una solida base, che si è rivelata possibile costruire la teoria dello scambio di calore per i motori del pistone. La monografia in questione è dedicata principalmente al calcolo termico dei processi intra-cilindri nell'OI. Allo stesso tempo, può anche trovare informazioni sugli indicatori di calore scambiati nel processo di ingresso di interesse per noi, vale a dire, vi sono dati statistici sulla grandezza del riscaldamento della carica nuova, nonché le formule empiriche per calcolare i parametri a L'inizio e la fine del tatto di aspirazione.

Inoltre, i ricercatori hanno iniziato a risolvere più compiti privati. In particolare, V. Nusselt ha ricevuto e pubblicato una formula per il coefficiente di trasferimento del calore in un cilindro del motore del pistone. N. Il brillante della sua monografia ha chiarito la formula di Nusselt e ha dimostrato chiaramente che in ciascun caso (tipo di motore, metodo di miscelazione della formazione, del tasso di velocità, del biombo del livello) i coefficienti di trasferimento del calore locale devono essere chiariti dai risultati degli esperimenti diretti.

Un'altra direzione nello studio dei motori del pistone è lo studio dello scambio di calore nel flusso di gas di scarico, in particolare, ottenendo dati sul trasferimento di calore durante un flusso di gas turbolento nel tubo di scarico. Un gran numero di letteratura è dedicato alla risoluzione di questi compiti. Questa direzione è abbastanza ben studiata sia in condizioni di eliminazione statica che in materia di nonstazionalità idrodinamica. Ciò è dovuto principalmente al fatto che, migliorando il sistema di scarico, è possibile aumentare significativamente gli indicatori tecnici ed economici del motore a combustione interna del pistone. Nel corso dello sviluppo di questo settore, sono stati condotti molti lavori teorici, comprese soluzioni analitiche e modellizzazione matematica, nonché molti studi sperimentali. Come risultato di uno studio così completo del processo di rilascio, è stato proposto un gran numero di indicatori che caratterizzano il processo di rilascio per il quale è possibile valutare la qualità della progettazione del sistema di scarico.

Lo studio dello scambio di calore del processo di aspirazione è ancora insufficiente attenzione. Ciò può essere spiegato dal fatto che gli studi nel campo dell'ottimizzazione dello scambio termico nel cilindro e il tratto di scarico sono stati inizialmente più efficaci in termini di miglioramento della competitività del motore del pistone. Tuttavia, attualmente lo sviluppo del settore del motore ha raggiunto un tale livello che un aumento dell'indicatore del motore almeno alcuni decimi per percento è considerato un grave risultato per i ricercatori e gli ingegneri. Pertanto, tenendo conto del fatto che le direzioni di miglioramento di questi sistemi sono principalmente esauste, attualmente sempre più specialisti sono alla ricerca di nuove opportunità per migliorare i flussi di lavoro dei motori del pistone. E uno di tali direzioni è lo studio dello scambio di calore durante l'ingresso nell'ingresso.

Nella letteratura sullo scambio di calore nel processo di aspirazione, il lavoro può essere distinto sullo studio dell'influenza dell'intensità del flusso del vortice dell'ingresso sullo stato termico delle parti del motore (testa del cilindro, aspirazione e valvola di scarico, superfici del cilindro). Queste opere sono di grande natura teorica; Basato sulla risoluzione delle equazioni di Lities-Stokes non lineari e di Fourier-Ostrogradsky, nonché la modellazione matematica usando queste equazioni. Tenendo conto di un gran numero di presupposti, i risultati possono essere presi come base per studi sperimentali e / o essere stimati in calcoli ingegneristici. Inoltre, queste opere contengono studi sperimentali per determinare i flussi di calore non stazionari locali in una camera di combustione diesel in un'ampia gamma di intensità dell'aria dell'ingresso dell'intensità.

Il suddetto scambio di calore funziona nel processo di ingresso più spesso non influisce sull'influenza delle dinamiche del gas sull'intensità locale del trasferimento di calore, che determina la dimensione del riscaldamento delle tensioni di carica e temperatura fresche nel collettore di aspirazione (tubo). Ma, come è ben noto, l'entità del riscaldamento del nuovo carico ha un effetto significativo sul consumo di massa di carica fresca attraverso i cilindri del motore e, di conseguenza, il suo potere. Inoltre, una diminuzione dell'intensità dinamica del trasferimento di calore nel percorso di ingresso del motore del pistone può ridurre la tensione della temperatura e quindi aumenterà la risorsa di questo elemento. Pertanto, lo studio e la risoluzione di questi compiti è un compito urgente per lo sviluppo dell'edificio motore.

Dovrebbe essere indicato che attualmente per i calcoli di ingegneria utilizzano i dati di spurgo statici, che non è corretto, poiché la non-stazionarità (flusso Pulsatura) influisce fortemente il trasferimento di calore nei canali. Studi sperimentali e teorici indicano una differenza significativa nel coefficiente di trasferimento del calore nelle condizioni non contestative da un caso stazionario. Può raggiungere un valore di 3-4 volte. La ragione principale per questa differenza è la ristrutturazione specifica della struttura del flusso turbolente, come mostrato in.

È stabilito che a seguito dell'effetto sul flusso della nonstazionalità dinamica (accelerazione del flusso), si svolge nella struttura cinematica, portando a una diminuzione dell'intensità dei processi di scambio termico. Inoltre, il lavoro è stato rilevato che l'accelerazione del flusso conduce a un aumento di 2-3-allarme nelle tendenze tangenti abbronzanti e successivamente quanto la diminuzione dei coefficienti di trasferimento del calore locale.

Pertanto, per il calcolo della dimensione del riscaldamento della carica fresca e la determinazione delle sollecitazioni della temperatura nel collettore di aspirazione (tubo), è necessario che i dati sul trasferimento di calore locale istantaneo siano necessari in questo canale, poiché i risultati delle spurgie statiche possono portare a errori gravi ( Più del 50%) nel determinare il coefficiente di trasferimento del calore nel tratto di aspirazione inaccettabile anche per i calcoli ingegneristici.

1.4 Conclusioni e impostazione degli obiettivi dello studio

Sulla base di quanto sopra, possono essere disegnate le seguenti conclusioni. Caratteristiche tecnologiche Il motore a combustione interna è in gran parte determinato dalla qualità aerodinamica del percorso di aspirazione come elementi interi e individuali: il collettore di aspirazione (tubo di aspirazione), il canale nella testata del cilindro, i suoi piatti del collo e della valvola, le camere di combustione nella parte inferiore del pistone.

Tuttavia, è attualmente il focus sull'ottimizzazione del design del canale nella testata del cilindro e dei sistemi di riempimento del cilindro complessi e costosi con una nuova tassa, mentre si può presumere che solo mediante il collettore di assunzione di profilatura può essere influenzato da gas-dinamico, calore Materiali di consumo di scambio e motore.

Attualmente, vi sono un'ampia varietà di mezzi e metodi di misurazione per uno studio dinamico del processo di input di ingresso, e la complessità metodologica principale consiste nel loro scelta corretta e usare.

Sulla base dell'analisi di cui sopra dei dati di letteratura, possono essere formulate le seguenti attività di dissertazione.

1. Per stabilire l'effetto della configurazione del collettore di aspirazione e della presenza dell'elemento filtrante sulle dinamiche del gas e sui materiali di consumo del motore del pistone della combustione interna, nonché rivelare i fattori idrodinamici dello scambio di calore del flusso pulsante con Le pareti del canale del canale di ingresso.

2. Sviluppare un metodo per aumentare il flusso d'aria attraverso un sistema di ingresso del motore del pistone.

3. Trova i modelli principali dei cambiamenti nel trasferimento di calore locale istantaneo nel percorso di ingresso del motore del pistone nelle condizioni di nonstazionalità idrodinamica nel classico canale cilindrico, e anche scoprire l'effetto della configurazione del sistema di aspirazione (inserti profilati e filtri dell'aria) Su questo processo.

4. Per riassumere i dati sperimentali su un coefficiente di trasferimento di calore istantaneo del calore nel collettore di ingresso dell'entrata del pistone.

Per risolvere le attività per sviluppare le tecniche necessarie e creare una configurazione sperimentale sotto forma di un modello di utensile del motore del pistone, dotato di un sistema di controllo e di misurazione con raccolta automatica e elaborazione dei dati.

2. Descrizione dei metodi sperimentali di installazione e misurazione

2.1 Installazione sperimentale per lo studio dell'ingresso dell'entrata

Le caratteristiche dei processi di aspirazione studiata sono il loro dinamismo e la loro frequenza a causa di una vasta gamma di rotazione del motore dell'albero motore del motore e una violazione dell'armonia di questo periodico associata alla disidratazione del movimento del pistone e cambia la configurazione del percorso di aspirazione nella zona assemblea della valvola. Gli ultimi due fattori sono interconnessi con l'azione del meccanismo di distribuzione del gas. Riprodurre tali condizioni con una precisione sufficiente può solo con l'aiuto di un modello di campo.

Poiché le caratteristiche del gas-dinamico sono funzioni dei parametri geometrici e dei fattori di regime, modello dinamico Deve corrispondere al motore di una certa dimensione e di lavorare in modalità caratteristiche ad alta velocità del test dell'albero motore, ma già da una fonte di energia estranea. Sulla base di questi dati, è possibile sviluppare e valutare l'efficacia totale di determinate soluzioni volte a migliorare il percorso di aspirazione nel suo complesso, oltre a separatamente da diversi fattori (costruttivi o regime).

Per lo studio della dinamica del gas e del processo di trasferimento del calore nel motore del pistone della combustione interna, un'installazione sperimentale è stata progettata e fabbricata. È stato sviluppato sulla base del modello del motore 11113 VAZ - OKA. Quando si crea l'installazione, i dettagli del prototipo sono stati utilizzati, vale a dire: asta di collegamento, dito del pistone, pistone (con raffinatezza), meccanismo di distribuzione del gas (con raffinatezza), puleggia dell'albero motore. La figura 2.1 mostra una sezione longitudinale dell'installazione sperimentale e nella figura 2.2 è la sua sezione trasversale.

Fico. 2.1. Signora tagliata dell'impianto sperimentale:

1 - Accoppiamento elastico; 2 - dita in gomma; 3 - Rod cervicale; 4 - Cervix nativo; 5 - guancia; 6 - NUT M16; 7 - Contrappeso; 8 - NUT M18; 9 - cuscinetti indigeni; 10 - Supporti; 11 - cuscinetti asta di collegamento; 12 - asta; 13 - Dito del pistone; 14 - Pistone; 15 - cylinder sleeve; 16 - Cilindro; 17 - Base del cilindro; Supporti per 18 anni; 19 - anello fluoroplast; 20 - Piastra di riferimento; 21 - esagono; 22 - Guarnizione; 23 - Valvola di ingresso; 24 - Valvola di laurea; 25 - Albero di distribuzione; 26 - Puleggia dell'albero a camme; 27 - Puleggia dell'albero motore; 28 - cintura dentata; 29 - ROLLER; 30 - supporto tenditore; 31 - Bullone tenditore; 32 - Maslenka; 35 - Motore asincrono

Fico. 2.2. Sezione trasversale dell'installazione sperimentale:

3 - Rod cervicale; 4 - Cervix nativo; 5 - guancia; 7 - Contrappeso; 10 - Supporti; 11 - cuscinetti asta di collegamento; 12 - asta; 13 - Dito del pistone; 14 - Pistone; 15 - cylinder sleeve; 16 - Cilindro; 17 - Base del cilindro; Supporti per 18 anni; 19 - anello fluoroplast; 20 - Piastra di riferimento; 21 - esagono; 22 - Guarnizione; 23 - Valvola di ingresso; 25 - Albero di distribuzione; 26 - Puleggia dell'albero a camme; 28 - cintura dentata; 29 - ROLLER; 30 - supporto tenditore; 31 - Bullone tenditore; 32 - Maslenka; 33 - Inserire profilato; 34 - Canale di misurazione; 35 - Motore asincrono

Come si può vedere da queste immagini, l'installazione è un modello naturale del motore a combustione interno monocilindrico della dimensione 7.1 / 8.2. Torque S. motore asincrono Trasmesso attraverso un accoppiamento elastico 1 con sei dita in gomma 2 sull'albero motore del design originale. La frizione utilizzata è in grado di compensare significativamente l'inconscebilità del composto degli alberi del motore asincrono e dell'albero motore dell'impianto, nonché per ridurre i carichi dinamici, specialmente quando si avvia e si fermano il dispositivo. L'albero motore a sua volta è costituito da una canna di collegamento Cervix 3 e due colli indigeni 4, che sono collegati l'uno con l'altro con le guance 5. La canna cervice viene premuta con tensione nella guancia e fissata utilizzando i dadi 6. Per ridurre le vibrazioni alle guance sono fissati con bulloni anti-test 7. Il movimento assiale dell'albero motore ostacola il dado 8. L'albero motore ruota nei cuscinetti a rotazione chiusi 9 fissati nei supporti 10. Due cuscinetti di rotolamento chiuso 11 sono installati su un collo asta di collegamento, su cui L'asta di collegamento 12 è montata. L'uso di due cuscinetti in questo caso è associato alla dimensione del pianerottolo dell'asta di collegamento. All'asta di collegamento con un dito del pistone 13, il pistone 14 è montato sul manicotto in ghisa 15, premuto nel cilindro in acciaio 16. Il cilindro è montato sulla base 17, che è posizionato sul cilindro supporti 18. Un ampio L'anello fluoroplastico 19 è installato sul pistone, anziché tre acciaio standard. L'uso della manica di ghisa e dell'anello fluoroplastico offre un forte calo dell'attrito in paia di pistone - manica e fasce elastiche - manica. Pertanto, l'installazione sperimentale è in grado di lavorare un breve periodo (fino a 7 minuti) senza un sistema di lubrificazione e sistema di raffreddamento sulle frequenze operative della rotazione dell'albero motore.

Tutti i principali elementi fissi dell'impianto sperimentale sono fissati sulla piastra di base 20, che, con due esagoni, 21 è attaccato alla tabella di laboratorio. Per ridurre la vibrazione tra l'esagono e la piastra di supporto c'è una guarnizione di gomma 22.

Il meccanismo di impianto sperimentale tempistica è preso in prestito dall'auto VAZ 11113: una testina di blocco viene utilizzata un assemblaggio con alcune modifiche. Il sistema è costituito da una valvola di ingresso 23 e una valvola di scarico 24, che sono controllate utilizzando un albero a camme 25 con puleggia 26. La puleggia dell'albero a camme è collegato alla puleggia dell'albero motore 27 con una cinghia dentata 28. Sull'albero motore dell'albero di installazione posizionato due Pulegge per semplificare l'albero a camme per il sistema di tensione della cinghia di trasmissione. La tensione della cinghia è controllata dal rullo 29, che è installato sul rack 30 e il bullone del tenditore 31. Masliner 32 sono stati installati per la lubrificazione dei cuscinetti dell'albero a camme, l'olio, di cui la gravità arriva ai cuscinetti scorrevoli dell'albero a camme.

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Trascrizione.

1 Per i diritti del manoscritto Mashkis Makhmud A. Modello matematico della dinamica del gas e dei processi di scambio di calore in sistemi di aspirazione e di scarico della specialità DVS "Motori termici" Abstract dell'autore della dissertazione sulla concorrenza di un grado scientifico di candidato di scienze tecniche San Pietroburgo 2005

2 Caratteristiche generali del lavoro La rilevanza della tesi nelle attuali condizioni del ritmo accelerato dello sviluppo del motore, nonché le tendenze dominanti nell'intensificazione del flusso di lavoro, subordinatamente alla crescente dell'economia, è stata prestata una maggiore attenzione alla riduzione La creazione della creazione, finendo e modifica dei tipi di motori disponibili. Il fattore principale che riduce significativamente sia i costi temporanei che materiali, in questo compito è l'uso delle moderne macchine di elaborazione. Tuttavia, il loro uso può essere efficace solo se l'adeguatezza dei modelli matematici creati di processi reali che determinano il funzionamento del sistema di combustione interna. Particolarmente acuto in questa fase dello sviluppo del moderno edificio del motore è il problema del fissaggio del calore dei dettagli del Gruppo Cylinda (CPG) e delle teste del cilindro, inestricabilmente associate ad un aumento della potenza aggregata. I processi dello scambio di calore convettivo locale istantaneo tra il fluido di lavoro e le pareti dei canali a gas-aria (GVK) non sono ancora sufficientemente studiati e sono uno dei luoghi stretti della teoria dei DVS. A tale proposito, la creazione di metodi di calcolo affidabili e sperimentalmente sono stati esperti per lo studio dello scambio di calore convettivo locale in GVK, che consente di ottenere stime affidabili della temperatura e dello stato di Stato di DVS della temperatura e del calore, è un problema urgente. La sua decisione consentirà di effettuare una ragionevole scelta di soluzioni di progettazione e tecnologia, per aumentare scientifici livello tecnico Il design, fornirà un'opportunità per ridurre il ciclo di creazione del motore e ottenere un effetto economico riducendo il costo e i costi per i motori sperimentali. Lo scopo e gli obiettivi dello studio L'obiettivo principale del lavoro di dissertazione è risolvere il complesso di compiti teorici, sperimentali e metodologici, 1

3 relativi alla creazione di nuovi modelli e metodi matematici della raffineria per il calcolo dello scambio di calore convettivo locale nel GVK del motore. Conformemente allo scopo del lavoro, i seguenti compiti di base sono stati risolti, una vasta estensione determinata e una sequenza metodologica di prestazioni di lavoro: 1. condurre l'analisi teorica del flusso di flusso non stazionario in GVK e valutando le possibilità di utilizzo la teoria dello strato limite nel determinare i parametri dello scambio di calore convettivo locale nei motori; 2. Sviluppo di un algoritmo e implementazione numerica sul computer per il problema del flusso imperioso del fluido di lavoro negli elementi del sistema di rilascio di aspirazione del motore multi-cilindro nella formulazione nonstativa per determinare le velocità, la temperatura e la pressione utilizzata Come condizioni al contorno per l'ulteriore soluzione del problema della dinamica della dinamica e dello scambio di calore nelle cavità del motore GVK. 3. Creare una nuova metodologia per il calcolo dei campi di velocità istantanee da parte degli organismi di lavoro del GVK in formulazione tridimensionale; 4. Sviluppo modello matematico Scambio di calore convettivo locale in GVK utilizzando le basi della teoria dello strato limite. 5. Controllare l'adeguatezza dei modelli matematici dello scambio di calore locale in GVK confrontando i dati sperimentali e calcolati. L'implementazione di questa attività complessa consente di raggiungere l'obiettivo principale del lavoro - la creazione di un metodo di ingegneria per il calcolo dei parametri locali dello scambio di calore convettivo in GVK motore a gasolio. La rilevanza del problema è determinata dal fatto che la soluzione dei compiti consentirà di svolgere una ragionevole selezione di soluzioni di progettazione e tecnologica presso la fase di progettazione del motore, aumentare il livello tecnico scientifico del design, ridurrà il ciclo di creazione del motore e Per ottenere un effetto economico riducendo il costo e i costi per la finitezza sperimentale del prodotto. 2.

4 La novità scientifica del lavoro di tesi è che: 1. Per la prima volta, è stato utilizzato un modello matematico, combinando razionalmente la rappresentazione midimensionale dei processi di gas-dinamica nel sistema di aspirazione e di scarico del motore con una rappresentazione tridimensionale di flusso di gas in GVK per calcolare i parametri dello scambio di calore locale. 2. La base metodologica per la progettazione e la finitura del motore a benzina è sviluppata aumentando e chiariscando i metodi per il calcolo dei carichi termici locali e lo stato termico degli elementi della testata del cilindro. 3. I nuovi dati calcolati e sperimentali sui flussi di gas spaziale nei canali di ingresso e scarico del motore e la distribuzione tridimensionale della temperatura nel corpo della testa dei cilindri del motore a benzina sono ottenuti. L'accuratezza dei risultati è garantita dall'applicazione dei metodi approvati di calcolo dell'analisi e degli studi sperimentali, sistemi generali di equazioni che riflettono leggi fondamentali Conservazione di energia, massa, impulso con pertinenti condizioni iniziali e confine, moderni metodi numerici per l'attuazione dei modelli matematici, l'uso di ospiti e altri atti regolatoriali, corrispondenti alla laurea degli elementi del complesso di misurazione in uno studio sperimentale, come bene come un coordinamento soddisfacente dei risultati della modellizzazione e dell'esperimento. Il valore pratico dei risultati ottenuti è che l'algoritmo e un programma per il calcolo del ciclo operativo chiuso di un motore a benzina con una rappresentazione unidimensionale di processi antidimensionali nei sistemi di aspirazione e del motore di scarico, nonché un algoritmo e a Programma per il calcolo dei parametri di scambio termico in GVK della testa della testa del cilindro del motore a benzina in produzione tridimensionale, consigliato per l'implementazione. I risultati della ricerca teorica, confermati 3

5 esperimenti, consentono di ridurre in modo significativo il costo della progettazione e di finire i motori. Approvazione dei risultati del lavoro. Le principali disposizioni del lavoro di tesi sono state riportate presso seminari scientifici del Dipartimento di DVS SPBGPU in G.G., nelle settimane XXXI e XXXIIII della Scienza SPBGPU (2002 e 2004). Pubblicazioni sui materiali di tesi hanno pubblicato 6 opere stampate. Struttura e portata del lavoro Il lavoro di dissertazione è costituito da introduzione, quinto capitoli, conclusione e letteratura della letteratura da 129 nomi. Contiene 189 pagine, tra cui: 124 pagine del testo principale, 41 disegni, 14 tavoli, 6 fotografie. Il contenuto del lavoro nell'introduzione è giustificato la pertinenza dell'argomento della tesi, lo scopo e gli obiettivi della ricerca sono determinati, la novità scientifica e il significato pratico del lavoro sono formulati. Viene data la caratteristica generale del lavoro. Il primo capitolo contiene l'analisi del lavoro di base su studi teorici e sperimentali del processo di dinamica del gas e scambio di calore in ICC. I compiti sono soggetti a ricerche. Una revisione delle forme costruttive di laurea e canali di aspirazione nel capo del blocco cilindro e dell'analisi dei metodi e dei risultati degli studi sperimentali e teorici di emissioni di flussi fissi e non stazionari del gas nei percorsi del gas-Air of Internal I motori a combustione sono effettuati. Attualmente, vengono considerati gli approcci attuali al calcolo e alla modellazione di processi termo- e gas dinamici, nonché l'intensità del trasferimento termico in GVK. Si è concluso che la maggior parte di loro ha un'area di applicazione limitata e non fornisce un'immagine completa della distribuzione dei parametri di scambio termico sulle superfici del GVK. Prima di tutto, ciò è dovuto al fatto che la soluzione del problema del movimento del fluido di lavoro in GVK è prodotto in una semplificata dimensionale o bidimensionale 4

6 Formulazione, che non è applicabile al caso di una forma complessa. Inoltre, è stato notato che per il calcolo del trasferimento di calore convettivo, nella maggior parte dei casi, vengono utilizzate formule empiriche o semi-empiriche, il che non consente anche di ottenere la precisione necessaria della soluzione. Le questioni più pienamente sono state considerate in precedenza nelle opere di Bavyin V.V., Isakova Yu.n., Grishina Yu.N., Kruglov M.G., Kostina A.k., Kavtaradze R.z., Ovsyannikova M.K., Petrichenko RM, Petrichenko MR, Rosenlands GB, Strakhovsky MV, Strakhovsky MV, Strakhovsky MV , Thairov, ND, Shabanova A.yu., Zaitseva AB, Mundstukova da, UNRU PP, Shehovtsova AF, Imaging, Haywood J., Benson Rs, Garg Rd, Woollatt D., Chapman M., Novak JM, Stein Ra, Daneshyar H., Horlock JH, Winterbone de, Kastner LJ, Williams TJ, Bianco BJ, Ferguson CR et al. Analisi dei problemi esistenti e dei metodi di ricerca delle dinamiche del gas e dello scambio di calore in GVK hanno permesso di formulare l'obiettivo principale dello studio come creazione di una metodologia per determinare i parametri di flusso del gas in GVK in una formulazione tridimensionale Con il successivo calcolo dello scambio di calore locale nelle teste del cilindro del cilindro cilindro e l'uso di questa tecnica per risolvere problemi pratici di ridurre la tensione termica delle teste e delle valvole del cilindro. In connessione con le seguenti attività stabilite nel lavoro: - Creare una nuova metodologia per una modellazione di uno scambio tridimensionale-tridimensionale di scambio termico nel motore di uscita del motore e sistemi di aspirazione, tenendo conto del complesso flusso di gas tridimensionale in essi in per ottenere le informazioni di origine per specificare le condizioni del contorno dello scambio di calore durante il calcolo delle attività del cambio di calore delle teste del cilindro del pistone DVS; - Sviluppare una metodologia per impostare le condizioni del contorno nell'ingresso e sull'uscita del canale AIR GAS-AIR sulla base di risolvere un modello non contestatario unidimensionale del ciclo di lavoro del motore multi-cilindro; - per verificare l'accuratezza della metodologia utilizzando i calcoli dei test e confrontando i risultati ottenuti con i dati sperimentali e i calcoli in base alle tecniche precedentemente note nell'ingegneria del motore; cinque

7 - Effettuare un'ispezione e una finalizzazione della tecnica eseguendo uno studio sperimentale di calcolo dello stato termico delle teste del cilindro del motore e eseguire il confronto dei dati sperimentali e calcolati sulla distribuzione della temperatura nella parte. Il secondo capitolo è dedicato allo sviluppo di un modello matematico di un ciclo di lavoro chiuso del motore a combustione interno multi-cilindro. Per implementare lo schema di calcolo unidimensionale del processo di funzionamento del motore multi-cilindro, è selezionato un metodo caratteristico noto, che garantisce l'elevata velocità di convergenza e stabilità del processo di calcolo. Il sistema a gas-aria del motore è descritto come un set aerodinamicamente interconnesso di singoli elementi di cilindri, sezioni di canali di aspirazione e uscita e tubi, collettori, silenziatori, neutralizzatori e tubi. I processi di aerodinamica nei sistemi di rilascio di aspirazione sono descritti utilizzando le equazioni di dinamica a gas unidimensionale del gas imperioso compressivo: l'equazione della continuità: ρ u ρ u + ρ + u + ρ t x x f df dx \u003d 0; F 2 \u003d π 4 d; (1) Equazione movimento: U T U + U X 1 P 4 F + + ρ X D 2 U 2 U U \u003d 0; f τ \u003d w; (2) 2 0.5ρu Energia Energy Conservation Equation: P P + U A T x 2 ρ \u200b\u200bx + 4 f d u 2 (k 1) ρ q u \u003d 0 2 u u; 2 kp a \u003d ρ, (3) dove la velocità del suono; ρ-densità di gas; Flusso di u-velocità lungo l'asse x; tempo; P pressione P; F-coefficiente di perdite lineari; D-diametro con conduttura; rapporto k \u003d p di specifica capacità termica. C V 6.

8 poiché le condizioni del contorno sono impostate (basate sulle equazioni di base: l'inclemento, la conservazione dell'energia e il rapporto di densità e la velocità del suono nella natura non satopica del flusso) Condizioni sulle creme valvole nei cilindri, oltre a condizioni sull'ingresso e all'uscita il motore. Il modello matematico del ciclo di lavoro del motore chiuso include le relazioni calcolate che descrivono i processi nei cilindri del motore e parti dell'assunzione e dei risultati. Il processo termodinamico nel cilindro è descritto utilizzando la tecnica sviluppata in SPBGPU. Il programma fornisce la possibilità di definire i parametri istantanei del flusso di gas nei cilindri e nei sistemi di ingresso e di uscita per diversi progetti del motore. Gli aspetti generali dell'applicazione dei modelli matematici unidimensionali mediante il metodo delle caratteristiche (corpo di lavoro chiuso) sono considerati e alcuni risultati del calcolo della variazione dei parametri di flusso del gas nei cilindri e in ingresso e risultati di singolo e multi-cilindro I motori sono considerati. I risultati ottenuti consentono di stimare il grado di perfezione dell'organizzazione dei sistemi di aspirazione dei motori, l'ottimalità delle fasi di distribuzione del gas, la possibilità di configurazione gas-dinamica del flusso di lavoro, l'uniformità dei singoli cilindri, ecc. Pressioni, temperature e velocità dei flussi di gas con ingresso e uscita ai canali della testa del cilindro a gas-aria definiti utilizzando questa tecnica sono utilizzati nei successivi calcoli dei processi di scambio termico in queste cavità come condizioni al contorno. Il terzo capitolo è dedicato alla descrizione del nuovo metodo numerico, il che consente di realizzare il calcolo delle condizioni del contorno dello Stato termico tramite canali a gas. Le fasi principali del calcolo sono: analisi unidimensionale del processo di scambio di gas non stazionario nelle sezioni del sistema di aspirazione e della produzione da parte del metodo delle caratteristiche (secondo capitolo), calcolo tridimensionale del flusso del filtro nell'ingresso e 7.

9 Canali laureati da elementi finiti del MKE, il calcolo dei coefficienti locali dei coefficienti di trasferimento del calore del fluido di lavoro. I risultati della prima fase del programma del ciclo chiuso sono utilizzati come condizioni al contorno nelle fasi successive. Per descrivere i processi di gas dinamici nel canale, è stato selezionato uno schema di quasistarazione semplificato del gas della fetta (sistema delle equazioni EULER) con una forma variabile della regione dovuta alla necessità di tenere conto del movimento della valvola: r v \u003d 0 RR 1 (V) V \u003d P, la complessa configurazione geometrica dei canali, presenza nel volume della valvola, il frammento del manicotto di guida rende necessario 8 ρ. (4) Poiché sono state impostate le condizioni del contorno, le velocità centralizzate a gas a gas istantanee, mediate dalla sezione Input e Output. Queste velocità, oltre a temperature e pressione nei canali, sono state impostate come risultato del calcolo del flusso di lavoro del motore multi-cilindro. Per calcolare il problema della dinamica del gas, è stato scelto il metodo dell'elemento finito del ghiaccio, fornendo un'elevata precisione di modellazione in combinazione con costi accettabili per l'attuazione del calcolo. L'algoritmo di ghiaccio calcolato per risolvere questo problema si basa sulla minimizzazione del funzionario variazionale, ottenuto convertendo le equazioni EULER utilizzando il metodo Bubnov, Gallerykin: (llllllmm) k uu φ x + vu φ y + wu φ z + p ψ x φ) lllllmmk (UV φ x + vv φ y + wv φ z + p ψ y) φ) lllllmmk (uw φ x + vw φ y + ww φ z + p ψ z) φ) lllllm (u φ x + v φ y + w φ z) ψ dxdydz \u003d 0. dxdydz \u003d 0, dxdydz \u003d 0, dxdydz \u003d 0, (5)

10 Utilizzo del modello corrente dell'area calcolata. Esempi dei modelli calcolati del canale di aspirazione e scarico del motore VAZ-2108 sono mostrati in FIG. 1. -b- -a-- fig.uno. I modelli di ingresso e (b) (a) del motore VAZ del VAZ per il calcolo dello scambio di calore in GVK sono scelti un modello a due zone sfusi, le quali le autorizzazioni principali sono la separazione del volume sulla regione del non -Voiceico kernel e lo strato limite. Per semplificare, la soluzione dei problemi della dinamica del gas viene eseguita in una formulazione quasi stazionaria, cioè senza tenere conto della compressione del fluido di lavoro. L'analisi dell'errore di calcolo ha mostrato la possibilità di tale assunzione ad eccezione di una sezione a breve termine del tempo immediatamente dopo l'apertura del gap della valvola non superiore a 5 il 7% del tempo del ciclo di scambio di gas totale. Il processo di scambio termico in GVK con valvole aperte e chiuse ha una natura fisica diversa (convezione forzata e libera, rispettivamente), quindi, sono descritte in due diverse tecniche. A valvole chiuse, il metodo viene utilizzato proposto da MSTTU, in cui due processi di caricamento del calore vengono presi in considerazione su questa sezione del ciclo di lavoro a spese della convezione libera e dovuta alla convezione forzata dovuta alle vibrazioni residue del Colonna 9.

11 Gas nel canale sotto l'influenza della variabilità della pressione nei collezionisti del motore multi-cilindro. Con le valvole aperte, il processo di scambio termico è soggetto alle leggi della convezione forzata avviata dal movimento organizzato del fluido di lavoro sul tatto di cambio gas. Il calcolo dello scambio di calore in questo caso implica una soluzione a due stadi dell'analisi del problema della struttura istantanea locale del flusso di gas nel canale e il calcolo dell'intensità dello scambio termico attraverso lo strato limite formato sulle pareti del canale. Il calcolo dei processi di scambio di calore convettivo in GVK è stato costruito in base al modello di scambio termico quando la parete piatta è snellata, tenendo conto di una struttura laminare o turbolenta dello strato limite. Le dipendenze del criterio del calore sono state perfezionate in base ai risultati del confronto del calcolo e dei dati sperimentali. La forma finale di queste dipendenze è mostrata di seguito: per uno strato di confine turbolento: 0,8 x re 0 nu \u003d PR (6) x per uno strato limite laminare: Nu Nu XX αxx \u003d λ (m, pr) \u003d φ re tx kτ, (7) dove: coefficiente di trasferimento del calore locale di α x; Nu x, re rispettivamente i valori locali dei numeri di Nusselt e Reynolds; PR Numero di PRANDTL al momento; M caratteristiche del gradiente di flusso; F (m, PR) funzione a seconda dell'indicatore del gradiente del flusso M e del numero 0.15 del PRANDTL del fluido di lavoro PR; K τ \u003d re d - fattore di correzione. Secondo i valori istantanei dei flussi di calore nei punti calcolati della superficie visibile termica, la media è stata eseguita per ciclo in base al periodo di chiusura della valvola. 10.

12 Il quarto capitolo è dedicato alla descrizione dello studio sperimentale dello stato della temperatura della testa dei cilindri del motore a benzina. Uno studio sperimentale è stato effettuato per verificare e chiarire la tecnica teorica. Il compito dell'esperimento incluso per ottenere la distribuzione di temperature fisse nel corpo della testata del cilindro e confrontando i risultati dei calcoli con i dati ottenuti. Il lavoro sperimentale è stato effettuato al dipartimento di DVS SPBGPU sul supporto del test con motore dell'auto I preparativi della testa del cilindro VAZ sono fatti dall'autore presso il Dipartimento di DVS SPBGPU in base al metodo utilizzato nel laboratorio di ricerca di Zvezda GUSC (San Pietroburgo). Per misurare la distribuzione della temperatura stazionaria nella testa, vengono utilizzate 6 termocoppie Chromel-Copel installate lungo le superfici del GVK. Le misurazioni sono state eseguite sia per velocità che di caricamento delle caratteristiche a diverse frequenze costanti di rotazione dell'albero motore. Come risultato dell'esperimento, la termocoppia è stata ottenuta durante il funzionamento del motore attraverso la velocità e le caratteristiche di carico. Pertanto, gli studi hanno dimostrato, quali sono i valori di temperatura reale nelle parti del blocco cilindro del cilindro. Più attenzione è rivolta al capitolo che elabora risultati sperimentali e valutazione degli errori. Il quinto capitolo fornisce dati dalla ricerca stimata, che è stata effettuata al fine di verificare il modello matematico del trasferimento di calore in GVK confrontando i dati calcolati con i risultati dell'esperimento. In fig. 2 presenta i risultati della modellazione del campo Velocità nei canali di aspirazione e di scarico del motore VAZ-2108 utilizzando il metodo dell'elemento finale. I dati ottenuti confermano pienamente l'impossibilità di risolvere questo compito in qualsiasi altra formulazione, ad eccezione di tridimensionali, 11

13 Poiché l'asta della valvola ha un impatto significativo sui risultati nella zona responsabile della testata del cilindro. In fig. 3-4 mostra esempi dei risultati del calcolo delle intensità dello scambio di calore nei canali di scarico e di scarico. Gli studi hanno dimostrato, in particolare, la sostanziale natura irregolare del trasferimento del calore come sopra la formazione del canale e nella coordinata azimutale, che è ovviamente spiegata dalla sostanziale struttura irregolare del gas-intrattenimento nel canale. I campi finali dei coefficienti di trasferimento di calore sono stati utilizzati per calcolare ulteriormente lo stato della temperatura della testata del cilindro. Le condizioni del contorno dello scambio di calore lungo le superfici della camera di combustione e le cavità di raffreddamento sono state impostate utilizzando tecniche sviluppate in SPBGPU. Il calcolo dei campi di temperatura nella testina del cilindro è stato effettuato per le modalità operative del motore costante con una frequenza di rotazione dell'albero motore da 2500 a 5600 giri / min lungo le caratteristiche esterne ad alta velocità e caricamento. Come schema del cilindro cilindro cilindro cilindro, è selezionata la sezione della testa appartenente al primo cilindro. Quando si modella lo stato termico, il metodo elemento finito viene utilizzato nella produzione tridimensionale. Un'immagine completa dei campi termici per il modello calcolato è mostrato in FIG. 5. I risultati dello studio di liquidazione sono rappresentati come un cambiamento di temperatura nel corpo della testata dei luoghi di installazione della termocoppia. Il confronto dei dati di calcolo e dell'esperimento hanno mostrato la loro convergenza soddisfacente, l'errore di calcolo non ha superato il 3%. 12.

14 Canale di uscita, φ \u003d 190 canale di ingresso, φ \u003d 380 φ \u003d 190 φ \u003d 380 fig.2. I campi di velocità del fluido di lavoro nei canali di laurea e di aspirazione del motore VAZ-2108 (n \u003d 5600) α (w / m 2 k) α (w / m 2 k), 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, 0 S -B- 0 0,0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 S -A- PIC. 3. Modifiche nelle intensità dello scambio di calore nelle superfici esterne: il canale di uscita -b-canale. 13.

15 α (w / m 2 k) all'inizio del canale di aspirazione nel mezzo del canale di aspirazione all'estremità della sezione del canale di aspirazione-1 α (w / m 2 k) all'inizio del canale finale nel Medio del canale di scarico Alla fine del canale di scarico Angolo di rotazione dell'angolo di rotazione dell'angolo di rotazione - canale di battail - canale di uscita Fig. 4. Le curve cambiano nelle intensità dello scambio termico a seconda dell'angolo della rotazione dell'albero motore. - - -b- riso. 5. Vista generale del modello di elemento finito della testata del cilindro (A) e dei campi di temperatura calcolata (n \u003d 5600 giri / min) (B). quattordici

16 CONCLUSIONI PER IL LAVORO. Secondo i risultati del lavoro svolto, è possibile tracciare le seguenti conclusioni principali: 1. Un nuovo modello tridimensionale tridimensionale di calcolare processi spaziali complessi del flusso di fluido di lavoro e lo scambio di calore nei canali della testata del cilindro Di un motore a pistoni arbitrario, caratterizzato maggiormente rispetto ai metodi proposti in precedenza e ai risultati completi della versatilità. 2. I nuovi dati sono stati ottenuti sulle caratteristiche della dinamica del gas e dello scambio di calore nei canali a gas-aria, confermando la complessa natura spaziale irregolare dei processi, praticamente escludendo la possibilità di modellare in varianti unidimensionali e bidimensionali del compito. 3. La necessità di impostare le condizioni del contorno per il calcolo del compito di gas-dinamica dei canali di aspirazione e presa è confermata in base alla soluzione del problema del flusso di gas non stazionario in tubazioni e canali multi-cilindri. Si è dimostrata la possibilità di considerare questi processi in formulazione mineranimaria. Il metodo di calcolo di questi processi in base al metodo delle caratteristiche è proposto e implementato. 4. Lo studio sperimentale condotto ha permesso di chiarire le tecniche di liquidazione sviluppata e confermarono la loro precisione e accuratezza. Il confronto delle temperature calcolate e misurate nei dettagli ha mostrato l'errore massimo dei risultati non superiore al 4%. 5. L'insediamento proposto e la tecnica sperimentale possono essere raccomandati per l'introduzione dell'industria del motore nelle imprese nella progettazione di nuovi e adeguamenti del pistone già esistente a quattro tempi. quindici

17 Sul tema della tesi, sono stati pubblicati i seguenti lavori: 1. Shabanov A.yu., Mashkur M.A. Sviluppo di un modello di dinamica a gas unidimensionale in sistemi di aspirazione e scarico dei motori a combustione interna // DEP. In Vinity: N1777-B2003 da, 14 s. 2. Shabanov A.yu., Zaitsev A.b., mashkir m.a. Il metodo elemento finito per calcolare le condizioni del contorno del caricamento termico della testa del blocco cilindro del motore del pistone // DEP. in Vinity: N1827-B2004 da, 17 s. 3. Shabanov A.yu., Makhmud Mashkir A. Studio calcolato e sperimentale dello stato della temperatura del capo del cilindro del motore // ingegneria: collezione scientifica e tecnica, taggata con un centenario del 100 ° anniversario del lavoratore onorato della scienza e della tecnologia Federazione Russa Professore n.kh. Dyachenko // P. ed. L. E. Magidovich. San Pietroburgo: Casa editrice del Politecnico UN-TA, da Shabanov A.yu., Zaitsev A.B., Mashkir M.A. Un nuovo metodo per calcolare le condizioni del contorno del caricamento termico della testa del blocco cilindro del motore Pistone // Engineering, N5 2004, 12 s. 5. Shabanov A.yu., Makhmud Mashkir A. L'uso del metodo di elementi finiti nel determinare le condizioni del contorno dello stato termico della testata del cilindro // XXXIII Settimana della scienza di SPBGPU: materiali della conferenza scientifica inter-universitaria. SPB.: Publishing House of Polytechnic University, 2004, con Mashkir Mahmud A., Shabanov A.yu. L'uso del metodo delle caratteristiche dello studio dei parametri del gas nei canali a gas a gas di DVS. XXXI SPBGPU SETTIMANA. Seconda parte. Materiali della conferenza scientifica interuniversità. SPB: Casa editrice di SPBGPU, 2003, con

18 Il lavoro è stato effettuato presso l'istituzione educativa statale dell'istruzione superiore dell'istruzione professionale "Università Politecnica di San Pietroburgo", presso il Dipartimento dei motori a combustione interna. Leader scientifico - candidato di scienze tecniche, professore associato Shabanov Aleksandr Yuryvich oppositori ufficiali - Doctor of Technical Sciences, Professor Erofeev Valentin Leonidovich candidato di scienze tecniche, professore associato Kuznetsov Dmitry Borisovich Organizzazione leader - GUP "Tsnidi" si terrà nel 2005 presso il 2005 Riunione del Consiglio di dissertazione L'istituzione educativa statale dell'istruzione superiore professionale "St. Petersburg State Politechnic University" all'indirizzo:, San Pietroburgo, ul. Politecnico 29, edificio principale, AUD .. La dissertazione può essere trovata nella Biblioteca fondamentale di Gou "SPBGPU". Abstract del Consiglio di dissertazione Segretario Scientifico del Consiglio di dissertazione, Dottore di Scienze Tecniche, Professore associato Khrustalev B.S.

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