Processi dinamici a gas nella circolazione interna delle navi. Problemi moderni della scienza e dell'istruzione. Misura dell'angolo di rotazione e frequenza di rotazione dell'albero a camme
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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 di metodi approvati di analisi computazionale e studi sperimentali, sistemi comuni 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. Presente caratteristiche generali 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 panoramica è stata effettuata da forme costruttive di canali di laurea e canali di aspirazione nella testa del blocco cilindro e dell'analisi dei metodi e dei risultati di studi sperimentali e calcolatori e teorici sia dei flussi di gas stazionari che non responsabili nei percorsi del gas-Air dei motori combustione interna. 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 di un ciclo operativo del motore chiuso include le relazioni calcolate che descrivono i processi nei cilindri del motore e sulle parti dell'assunzione e sistemi di laurea. 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. Considerato aspetti generali L'uso di modelli matematici monodimensionali mediante il metodo delle caratteristiche (fluido di lavoro chiuso) e alcuni risultati del calcolo della variazione dei parametri di flusso del gas nei cilindri e in ingresso e risultati dei motori singoli e multi-cilindri sono mostrati. 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 - e fig.1. 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 misure sono state effettuate sia per velocità che di caricamento caratteristiche a varie frequenze di rotazione costanti. 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 di scambio termico in superfici esterne - -B - assunzione 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. -ma- -B- fig.. 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 Sull'argomento della tesi, sono stati pubblicati i seguenti lavori: 1. Shabanov A.yu., Mashkir 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 p. 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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Grigoriev Nikita Igorevich. Dinamica del gas e cambio di calore nella pipeline di scarico del motore del pistone: la tesi ... candidato delle scienze tecniche: 01.04.14 / Grigoriev Nikita Igorevich; [Luogo di protezione: stato federale Autonomous istituto educativo di istruzione superiore professionale "Università federale Prende il nome dal primo presidente della Russia BN Yeltsin "http://lib.urfu.ru/mod/data/view.php?d\u003d51&rid\u003d238321] .- Ekaterinburg, 2015.- 154 p.
introduzione
Capitolo 1. Stato del problema e impostazione degli obiettivi dello studio 13
1.1 Tipi di sistemi di scarico 13
1.2 Studi sperimentali dell'efficacia dei sistemi di scarico. 17.
1.3 Studi di liquidazione dell'efficacia dei sistemi di laurea 27
1.4 Caratteristiche dei processi di scambio termico nel sistema di scarico del motore a combustione interna del pistone 31
1.5 Conclusioni e compiti di impostazione 37
Capitolo 2. Metodologia della ricerca e descrizione dell'installazione sperimentale 39
2.1 Scegliere una metodologia per lo studio delle dinamiche del gas e delle caratteristiche di scambio termico del processo di uscita del motore del pistone 39
2.2 Esecuzione costruttiva dell'installazione sperimentale per lo studio del processo di rilascio nel pistone DVS 46
2.3 Misura dell'angolo di rotazione e frequenza dell'albero di distribuzione 50
2.4 Definizione di flusso istantaneo 51
2.5 Misurazione dei coefficienti istantanei di trasferimento del calore locale 65
2.6 Misurazione del flusso di sovrapressione nel percorso di laurea 69
2.7 Sistema di raccolta dati 69
2.8 Conclusioni al capitolo 2 s
Capitolo 3. Dinamica del gas e caratteristiche di spesa del processo di rilascio 72
3.1 Dinamica del gas e caratteristiche di spesa del processo di rilascio nel motore del pistone della combustione interna senza possibilità di 72
3.1.1 Con una pipeline con una sezione trasversale circolare 72
3.1.2 Per la pipeline con sezione quadrata 76
3.1.3 con una pipeline di una sezione trasversale triangolare 80
3.2 Dinamica del gas e materiali di consumo per il processo di uscita del motore a combustione interna del pistone con la riduzione dell'84
3.3 Conclusione al Capitolo 3 92
Capitolo 4. Trasferimento di calore istantaneo nel canale di scarico del motore del pistone della combustione interna 94
4.1 Processo di trasferimento del calore locale istantaneo di una combustione interna di un motore a combustione interna senza super-careggio 94
4.1.1 Con conduttura con sezione trasversale rotonda 94
4.1.2 per la pipeline con sezione trasversale quadrata 96
4.1.3 Con una pipeline con una sezione trasversale triangolare 98
4.2 Processo di trasferimento del calore istantaneo dell'uscita del motore del pistone della combustione interna con la riduzione del 101
4.3 Conclusioni al capitolo 4 107
Capitolo 5. Stabilizzazione del flusso nel canale di scarico del motore del pistone della combustione interna 108
5.1 Modifica delle pulsazioni del flusso nel canale di scarico del motore del pistone utilizzando un'ezione costante e periodica 108
5.1.1 Soppressione delle pulsazioni del flusso nella presa usando un'ezione costante 108
5.1.2 Modifica delle pulsazioni di flusso nel canale di scarico mediante eiezione periodica 112 5.2 Progettazione costruttiva e tecnologica del tratto di scarico con espulsione 117
Conclusione 120.
Bibliografia
Studi stimati dell'efficacia dei sistemi di laurea
Il sistema di scarico del motore del pistone è quello di rimuovere i cilindri del motore del gas di scarico e la fornitura alla turbina del turbocompressore (nei motori di supervisione) per convertire l'energia lasciata dopo il flusso di lavoro lavoro meccanico sul TK Tree. I canali di scarico vengono eseguiti da una pipeline condivisa, cast da ghisa grigia o resistente al calore o in alluminio in caso di raffreddamento, o da ugelli in ghisa separati. Per proteggere il personale del servizio da ustioni pipeline di scarico Può essere raffreddato con acqua o rivestito con materiale isolante termico. Le condotte isolate da calore sono più preferibili per i motori con turbina a gas SuperImposses. Poiché in questo caso, la perdita dell'energia del gas di scarico è ridotta. Poiché quando riscaldato e raffreddato la lunghezza dei cambiamenti della conduttura di scarico, i compensatori speciali sono installati prima della turbina. Sul grandi motori I compensatori combinano anche sezioni individuali di condotte di scarico, che secondo le ragioni tecnologiche fanno composito.
Informazioni sui parametri del gas prima del turbocompressore della turbina nelle dinamiche durante ogni lavorazione ciclo dvs. è apparso negli anni '60. Alcuni risultati di studi sulla dipendenza della temperatura istantanea dei gas di scarico dal carico per il motore a quattro tempi su una piccola area della rotazione dell'albero motore datato con lo stesso periodo di tempo sono conosciuti con lo stesso periodo di tempo. Tuttavia, in alcun modo in alcun modo in fonti ci sono caratteristiche così importanti come l'intensità del trasferimento del calore locale e la portata del gas nel canale di scarico. I diesel con un superiore possono essere tre tipi di organizzazione di fornitura di gas dalla testa del cilindro alla turbina: un sistema di pressione del gas permanente davanti alla turbina, un impianto di impulso e un sistema di sovraccarico con un convertitore di impulsi.
Nel sistema di pressione costante, i gas da tutti i cilindri entrano in un grande collettore di scarico di un grande volume, che funge da ricevitore e ampiamente leviga le pulsazioni di pressione (figura 1). Durante il rilascio di gas dal cilindro nel tubo di scarico, viene formata un'alta ondata di pressione di ampiezza. Lo svantaggio di tale sistema è una forte diminuzione delle prestazioni del gas che si riducono dal cilindro attraverso il collettore alla turbina.
Con tale organizzazione del rilascio di gas dal cilindro e la fornitura di esse all'aspetto dell'ugello della turbina diminuisce la perdita di energia associata alla loro improvvisa espansione durante la scadenza del cilindro nella pipeline e la conversione due volte di Energia: l'energia cinetica derivante dal cilindro dei gas nella potenziale energia della loro pressione nella pipeline, e dell'ultimo di nuovo nell'energia cinetica nell'apparato dell'ugello nella turbina, in quanto si verifica nel sistema di laurea con pressione di pressione costante l'ingresso alla turbina. Come risultato di ciò, durante il sistema impulso, il funzionamento messo a disposizione dei gas nella turbina aumenta e la loro pressione diminuisce durante il rilascio, che riduce il costo del potere di eseguire lo scambio di gas nel cilindro del motore del pistone.
Va notato che con un superiore pulsato, le condizioni per la conversione dell'energia nelle turbine sono significativamente deteriorate a causa della nonstazionalità del flusso, che porta a una diminuzione della sua efficienza. Inoltre, la definizione dei parametri calcolati della turbina è ostacolata a causa di variabili di pressione e temperatura del gas prima della turbina e dietro di essa, e la rifornimento di separazione del gas al suo apparecchio dell'ugello. Inoltre, il design sia del motore stesso che della turbina del turbocompressore è complicato a causa dell'introduzione di collezionisti separati. Di conseguenza, una serie di aziende con produzione di massa I motori con turbina a gas Superiore applica un sistema di boost a pressione costante prima della turbina.
La supervisione del convertitore di impulso è intermedia e combina i vantaggi delle pulsazioni di pressione nel collettore di scarico (riducendo l'operazione di povertà e migliorando la spurga del cilindro) con un vincitore dalla riduzione delle increspature della pressione prima della turbina, che aumenta l'efficienza di quest'ultima.
Figura 3 - Sistema superiore con convertitore di impulsi: 1 - ugello; 2 - ugelli; 3 - Telecamera; 4 - Diffusore; 5 - Pipeline.
In questo caso, i gas di scarico su tubi 1 (figura 3) sono riassunti attraverso gli ugelli 2, in una pipeline, che combina le versioni dei cilindri, le cui fasi non sono sovrapposte da una all'altra. Ad un certo punto nel tempo, l'impulso di pressione in uno dei gasdotti raggiunge un massimo. In questo caso, il tasso di scadenza del gas massimo dall'ugello collegato a questa pipeline diventa il massimo, il che si traduce nell'effetto di espulsione alla risoluzione in un'altra pipeline e facilita in tal modo la spurgo dei cilindri attaccati ad esso. Il processo di scadenza degli ugelli viene ripetuto con un'alta frequenza, quindi, nella Camera 3, che svolge il ruolo di un miscelatore e un ammortizzatore, si forma un flusso più o meno uniforme, l'energia cinetica del quale nel diffusore 4 ( La riduzione della velocità) viene trasformata in un potenziale a causa dell'aumento della pressione. Dal gasdotto 5 gas entrano nella turbina a pressione quasi costante. Un diagramma strutturale più complesso del convertitore di impulsi costituito da ugelli speciali alle estremità dei tubi di scarico, combinati da un diffusore comune, è mostrato nella figura 4.
Il flusso nella pipeline di scarico è caratterizzato da una nonstazionalità pronunciata causata dalla frequenza del processo stesso e dalla nonstazionalità dei parametri del gas ai confini del condotto del gas di scarico e della turbina. La rotazione del canale, la rottura del profilo e il cambiamento periodico delle sue caratteristiche geometriche nella sezione di ingresso della slot della valvola servono la causa della separazione dello strato limite e della formazione di ampie zone stagnanti, le cui dimensioni sono cambiate nel tempo. Nelle zone di stagnazione, un flusso rimborsabile con vortici pulsanti su larga scala, che interagiscono con il flusso principale della tubazione e in gran parte determinano le caratteristiche di flusso dei canali. La nonstazionalità del flusso si manifesta nel canale di scarico e in condizioni di boundary stazionarie (con una valvola fissa) a causa di increspature di zone di congestione. Le dimensioni dei vortici non stazionari e della frequenza delle loro increspature possono determinare significativamente solo con metodi sperimentali.
La complessità dello studio sperimentale della struttura del vortice non stazionario fluisce per forzare progettisti e ricercatori da utilizzare quando si sceglie la geometria ottimale del canale di scarico confrontando i materiali di consumo integrale e le caratteristiche energetiche del flusso, solitamente ottenute in condizioni fisiche su modelli fisici, cioè, con spurgo statico. Tuttavia, la ravenzione dell'affidabilità di tali studi non è data.
La carta presenta i risultati sperimentali di studiare la struttura del flusso nel canale di scarico del motore e realizzato analisi comparativa Strutture e caratteristiche integrali dei flussi in condizioni fisse e non statazionali.
I risultati del test di un gran numero di varianti di uscita indicano l'efficacia insufficiente del solito approccio alla profilazione sulla base dei perpetratori del flusso stazionario nelle ginocchia di tubi e tubi corti. Non ci sono casi di discrepanza di dipendenze previste e valide materiali di consumo dalla geometria del canale.
Misura dell'angolo di rotazione e frequenza di rotazione dell'albero a camme
Va notato che le massime differenze tra i valori del TPS definiti al centro del canale e vicino alla parete (la variazione del raggio del canale) viene osservata nelle sezioni di controllo vicino all'ingresso al canale sotto studiare e raggiungere il 10,0% dell'IPI. Pertanto, se le pulsazioni a flusso del gas forzato per 1x a 150 mm erano con un periodo di molto inferiore a IPI \u003d 115 ms, la corrente deve essere caratterizzata come corrente alto grado Nonstazionalità. Ciò suggerisce che il regime di flusso di transizione nei canali dell'impianto di installazione energetica non è stato ancora completato e la successiva indignazione ha già influenzato. E al contrario, se le pulsazioni del flusso sarebbero molto di più con un periodo di TR, la corrente dovrebbe essere considerata un quassistazionario (con un basso grado di nonstativa). In questo caso, prima del verificarsi della perturbazione, la modalità idrodinamica transitoria ha il tempo di completare e il corso da allineato. E infine, se la portata del flusso era vicina al valore del TR, la corrente deve essere caratterizzata come moderatamente non stazionaria con un grado crescente di non montatorio.
Come esempio del possibile uso dei tempi caratteristici proposti per valutare i tempi caratteristici, è considerato il flusso di gas nei canali di scarico degli ingegneri del pistone. Innanzitutto, fare riferimento alla figura 17, in cui le dipendenze della portata WX dall'angolo di rotazione dell'albero motore F (figura 17, A) e sul tempo T (Figura 17, B). Queste dipendenze sono state ottenute sul modello fisico della dimensione DVS dello stesso cilindro 8.2 / 7.1. Dalla figura, si può vedere che la rappresentazione della dipendenza wx \u003d f (φ) è un po 'informativo, poiché non riflette accuratamente l'essenza fisica dei processi che si verificano nel canale di laurea. Tuttavia, è proprio in questo modulo che questi grafici sono presi per inviare nel campo del campo del motore. A nostro avviso, è più corretto utilizzare le dipendenze temporali wx \u003d / (t) da analizzare.
Analizziamo la dipendenza wx \u003d / (t) per n \u003d 1500 min. "1 (Figura 18). Come si può vedere, a questa frequenza di rotazione dell'albero motore, la lunghezza dell'intero processo di rilascio è 27.1 ms. Il processo idrodinamico transitorio in L'uscita inizia dopo aver aperto la valvola di scarico. Allo stesso tempo, l'area più dinamica dell'ascensore può essere distinta (l'intervallo di tempo durante il quale è presente un forte aumento della portata), la cui durata è di 6.3 ms. Successivamente, la crescita della portata è sostituita dalla sua rientranza. Come mostrato in precedenza (Figura 15), per questo la configurazione del tempo di rilassamento del sistema idraulico è 115-120 ms, cioè significativamente più grande della durata della sezione di sollevamento. Pertanto, si dovrebbe presumere che l'inizio del rilascio (sezione di sollevamento) si verifica con un alto grado di nonstazionario. 540 ф, Hrad PKV 7 A)
Il gas è stato fornito dalla rete totale sulla pipeline, su cui è stato installato il manometro 1 per controllare la pressione sulla rete e la valvola 2, per controllare il flusso. Il gas scorreva nel ricevitore del serbatoio 3 con un volume di 0,04 m3, conteneva una griglia di allineamento 4 per distinguere le pulsazioni di pressione. Dal tank-ricevitore 3, il gasdotto del gas è stato fornito alla camera a soffiatura del cilindro 5, in cui è stato installato Honeycomb 6. HonayComb è stata una griglia sottile, ed era destinata a pulire le increspature di pressione residua. La camera di soffiatura del cilindro 5 è stata attaccata al blocco del cilindro 8, mentre la cavità interna della camera cellulare del cilindro è stata combinata con la cavità interna della testa del blocco del cilindro.
Dopo aver aperto la valvola di scarico 7, il gas dalla camera di simulazione ha attraversato il canale di scarico 9 al canale di misurazione 10.
La figura 20 mostra più dettagliatamente la configurazione del percorso di scarico dell'installazione sperimentale, indicando le posizioni dei sensori di pressione e delle sonde del termoemometro.
Dovuto quantità limitata Le informazioni sulla dinamica del processo di rilascio come la base geometrica originale è stata scelta un classico canale di uscita diretta con una sezione trasversale circolare: un tubo di scarico sperimentale è stato attaccato alla testa del blocco cilindro 2, la lunghezza del tubo era di 400 mm e a Diametro di 30 mm. Nel tubo, tre fori sono stati perforati a distanze l \\, LG e B, rispettivamente, 20.140 e 340 mm per l'installazione di sensori di pressione 5 e sensori termo-chaser 6 (figura 20).
Figura 20 - Configurazione del canale di scarico dell'installazione sperimentale e della posizione del sensore: 1-cilindro - camera soffiante; 2 - la testa del blocco del cilindro; 3 - Valvola di scarico; 4 - Un tubo di laurea sperimentale; 5 - sensori di pressione; 6 - Sensori di termoemometrici per misurare la portata; L è la lunghezza del tubo di uscita; C_3- Diasse alle posizioni dei sensori Thermo-Chaser dalla finestra di scarico
Il sistema di misurazione dell'installazione ha reso possibile determinare: l'angolo corrente della rotazione e la velocità di rotazione dell'albero motore, la portata istantanea, il coefficiente di trasferimento di calore istantaneo, la pressione di flusso in eccesso. I metodi per la definizione di questi parametri sono descritti di seguito. 2.3 Misurazione dell'angolo di rotazione e frequenza di rotazione della distribuzione
Per determinare la velocità di rotazione e l'angolo corrente della rotazione dell'albero a camme, così come il momento di trovare il pistone nei punti morti superiore e inferiore, è stato applicato un sensore tachimetrico, il sistema di installazione, che è mostrato nella Figura 21, Poiché i parametri sopra elencati devono essere determinati in modo non ambiguo nello studio dei processi dinamici in ICC. quattro
Il sensore tachimetrico consisteva in un disco dentato 7, che aveva solo due denti situati di fronte a vicenda. Il disco 1 è stato installato con un motore elettrico 4 in modo che uno dei dischi del disco corrisponda alla posizione del pistone nel punto morto superiore, e l'altro, rispettivamente, il punto morto inferiore ed è stato attaccato all'albero usando il Accoppiamento 3. L'albero motore e l'albero del motore del pistone erano collegati dalla trasmissione della cinghia.
Quando si passa uno dei denti vicino al sensore induttivo 4, fissato sul treppiede 5, l'uscita del sensore induttivo è formata un impulso di tensione. Usando questi impulsi, è possibile determinare la posizione corrente dell'albero a camme e, di conseguenza, determinare la posizione del pistone. Affinché i segnali corrispondenti a NMT e NMT, i denti sono stati eseguiti l'uno dall'altro l'uno dall'altro, la configurazione è diversa dall'altra, a causa del quale i segnali dell'uscita del sensore induttivo avevano diverse ampiezze. Il segnale ottenuto all'uscita dal sensore induttivo è mostrato nella figura 22: l'impulso di tensione di un'ampiezza più piccola corrisponde alla posizione del pistone nella NTC, e il polso di un'ampiezza più elevata, rispettivamente, posizione in NMT.
Processo di dinamica del gas e materiali di consumo della produzione del motore a combustione interna del pistone con una sovrapposizione
Nella letteratura classica sulla teoria del flusso di lavoro e dell'ingegneria, il turbocompressore è considerato principalmente come il metodo più efficace del forzing del motore, a causa di un aumento della quantità di aria che entra nei cilindri del motore.
Va notato che nelle fonti letterarie, l'influenza del turbocompressore sulle caratteristiche del gas-dinamico e termofisico del flusso di gas della pipeline di scarico è estremamente rara. Principalmente in letteratura, la turbina della turbina della turbina è considerata con semplificazioni, come elemento di un sistema di scambio di gas, che ha resistenza idraulica al flusso di gas all'uscita dei cilindri. Tuttavia, è ovvio che la turbina turbocompressore svolge un ruolo importante nella formazione del flusso di gas di scarico e ha un impatto significativo sulle caratteristiche idrodinamiche e termofisiche del flusso. Questa sezione discute i risultati dello studio dell'effetto della turbina del turbocompressore sulle caratteristiche idrodinamiche e termofisiche del flusso di gas nella conduttura di scarico del motore del pistone.
Studi sono stati effettuati su una configurazione sperimentale, che è stata precedentemente descritta, nel secondo capitolo, il cambiamento principale è l'installazione di un turbocompressore TKR-6 con una turbina assiale radiale (figure 47 e 48).
A causa dell'influenza della pressione dei gas di scarico nella tubazione di scarico al flusso di lavoro della turbina, i modelli di cambiamenti in questo indicatore sono ampiamente studiati. Compresso
L'installazione della turbina della turbina nella tubazione di scarico ha un forte effetto sulla pressione e sulla portata nella pipeline di scarico, che è chiaramente vista dal tappo della pressione e dalla portata nel tubo di scarico con il turbocompressore dall'angolo dell'albero motore (Figure 49 e 50). Confrontando queste dipendenze con dipendenze simili per la pipeline di scarico senza un turbocompressore in condizioni simili, si può vedere che l'installazione di una turbina turbocompressore nel tubo di scarico porta all'emergenza di un gran numero di increspature durante l'intera potenza dell'output causato Con l'azione degli elementi della lama (apparecchi e girante dell'ugello) della turbina. Figura 48 - Tipo generale di installazione con turbocompressore
Un altro caratteristica caratteristica Queste dipendenze sono un aumento significativo dell'ampiezza delle fluttuazioni della pressione e di una riduzione significativa dell'ampiezza della fluttuazione della velocità rispetto all'esecuzione del sistema di scarico senza un turbocompressore. Ad esempio, con la frequenza di rotazione dell'albero motore di 1500 minuti, la pressione massima del gas nella tubazione con un turbocompressore è 2 volte superiore e la velocità è di 4,5 volte inferiore rispetto alla tubazione senza un turbocompressore. Aumento della pressione e riduzione della pressione e riducendo la pressione e la riduzione della pressione. la velocità nella pipeline di laurea è causata dalla resistenza creata dalla turbina. Vale la pena notare che il valore massimo della pressione nella pipeline del turbocompressore viene spostato rispetto al valore massimo della pressione nella tubazione senza un turbocompressore fino a 50 gradi della rotazione dell'albero motore. Così
Le dipendenze della pressione in eccesso locale (1x \u003d 140 mm) del PC e della portata del WX nella pipeline di scarico della sezione trasversale circolare del motore del pistone con un turbocompressore dall'angolo di rotazione dell'albero motore P a Una sovrapressione del rilascio del P T \u003d 100 KPA per diverse velocità dell'albero motore:
È stato rilevato che nella tubazione di scarico con un turbocomareger, i valori massimi di portata sono inferiori rispetto alla tubazione senza di essa. Vale la pena notare che allo stesso tempo il momento del raggiungimento del valore massimo della portata verso un aumento dell'angolo della svolta dell'albero motore è caratteristico di tutte le modalità di installazione. Nel caso del turbocompressore, il tasso di velocità è più pronunciato a basse velocità di rotazione dell'albero motore, che è anche caratteristico e nel caso senza un turbocompressore.
Funzionalità simili sono caratteristiche e per dipendenza PX \u003d / (P).
Va notato che dopo aver chiuso la valvola di scarico, la velocità del gas nella tubazione in tutte le modalità non è ridotta a zero. L'installazione della turbina del turbocompressore nella pipeline di scarico porta alla levigatura delle pulsazioni di portata su tutte le modalità di funzionamento (specialmente con la sovrapressione iniziale di 100 kPa), sia durante il tatto di uscita che dopo la sua estremità.
Vale la pena notare che nella tubazione con un turbocompressore, l'intensità dell'attenuazione delle fluttuazioni della pressione di flusso dopo la valvola di scarico è chiusa più in alto rispetto a un turbocompressore
Si suppone che le modifiche siano state descritte sopra le modifiche delle caratteristiche del gas-dinamico del flusso quando il turbocompressore è installato nella tubazione di scarico, il flusso del flusso nel canale di uscita, che inevitabilmente dovrebbe portare a cambiamenti nelle caratteristiche termofisiche di il processo di rilascio.
In generale, la dipendenza del cambio di pressione nella tubazione in DVS con il superiore è coerente con il precedente ottenuto.
La figura 53 mostra i grafici di dipendenza flusso di massa G Attraverso la pipeline di scarico dalla velocità di rotazione dell'albero motore ai sensi dei vari valori della pressione ridondante della P e delle configurazioni del sistema di scarico (con il turbocompressore e senza di esso). Queste grafiche sono state ottenute usando la tecnica descritta in.
Dai grafici mostrati nella figura 53, si può vedere che per tutti i valori della sovrapressione iniziale, la portata di massa G di gas nella conduttura di scarico è la stessa della stessa del fatto che se ci sia un TK e senza di esso.
In alcune modalità di funzionamento dell'installazione, la differenza delle caratteristiche della spesa supera leggermente un errore sistematico, che è circa l'8-10% per determinare la portata di massa. 0,0145 g. kg / s.
Per la pipeline con sezione trasversale quadrata
Il sistema di scarico con funzionalità di espulsione come segue. I gas di scarico nel sistema di scarico provengono dal cilindro del motore nel canale nella testina del cilindro 7, da dove passano al collettore di scarico 2. Nel collettore di scarico 2, un tubo di espulsione 4 è installato in cui l'aria viene fornita tramite un Electropneumoclap 5. Tale esecuzione consente di creare un'area di scarica immediatamente dietro la testa del cilindro del canale.
Affinché il tubo di espulsione non crei una significativa resistenza idraulica nel collettore di scarico, il suo diametro non deve superare il diametro 1/10 di questo collettore. È anche necessario per creare una modalità critica nel collettore di scarico e viene visualizzato il blocco dell'espulsore. La posizione dell'asse del tubo di espulsione relativa all'Asse del collettore di scarico (eccentricità) è selezionato in base alla configurazione specifica del sistema di scarico e dalla modalità operativa del motore. In questo caso, il criterio di efficacia è il grado di purificazione del cilindro dai gas di scarico.
Ricerca Gli esperimenti hanno dimostrato che la scarica (pressione statica) creata nel collettore di scarico 2 utilizzando il tubo di espulsione 4 dovrebbe essere di almeno 5 kPa. Altrimenti, si verificherà il livellamento insufficiente del flusso di pulsazione. Ciò può causare la formazione di correnti di alimentazione nel canale, che porterà a una diminuzione dell'efficienza della spurgo del cilindro, e, di conseguenza, riduce la potenza del motore. L'unità di controllo del motore elettronico 6 deve organizzare il funzionamento dell'elettropneumoclap 5, a seconda della velocità di rotazione dell'albero motore del motore. Per migliorare l'effetto dell'effetto all'estremità di uscita del tubo di espulsione 4, potrebbe essere installato un ugello subsonico.
Si è scoperto che i valori massimi della portata nel canale di uscita con un'espulsione costante è significativamente superiore a meno di esso (fino al 35%). Inoltre, dopo aver chiuso la valvola di scarico nel canale di scarico con un'ezione costante, la velocità del flusso di uscita diminuisce più lentamente rispetto al canale tradizionale, che indica la continua pulizia del canale dai gas di scarico.
La figura 63 mostra le dipendenze della portata volumetrica locale di VX attraverso i canali di uscita di diversi disegni dalla velocità di rotazione dell'albero motore p. Indicano che nell'intera gamma della frequenza di rotazione dell'albero motore a un'espulsione costante, il volume La portata attraverso il sistema di scarico è in aumento, che dovrebbe portare alla migliore pulizia dei cilindri da gas di scarico e un aumento della potenza del motore.
Pertanto, lo studio ha dimostrato che l'uso di un'ezione costante nel sistema di scarico nel sistema di scarico migliora la depurazione del gas del cilindro rispetto ai sistemi tradizionali stabilizzando il flusso nel sistema di scarico.
I principali onori principali questo metodo Dal metodo di spegnimento delle pulsazioni del flusso nel canale di scarico del motore del pistone, con l'effetto dell'ezione costante, l'aria attraverso il tubo di espulsione viene fornito al canale di scarico solo durante il tatto di rilascio. Questo può essere fattibile impostando l'unità di controllo del motore elettronico o l'uso di un'unità di controllo speciale, il cui diagramma è mostrato nella Figura 66.
Questo schema sviluppato dall'autore (Figura 64) viene applicato se è impossibile garantire il controllo del processo di espulsione utilizzando l'unità di controllo del motore. Il principio di funzionamento di tale schema consiste nel seguente, i magneti speciali devono essere installati sul volano del motore, devono essere installati magneti speciali, la cui posizione corrisponderebbe ai momenti di apertura e chiusura delle valvole di uscita del motore. I magneti devono essere installati in diversi poli relativi al sensor bipolare della sala, che a sua volta dovrebbe essere nelle immediate vicinanze dei magneti. Passando accanto al magnete del sensore, impostato rispettivamente il punto di apertura delle valvole di scarico, causa un piccolo impulso elettrico, potenziato dall'unità di amplificazione del segnale 5, e viene alimentato all'elettropneumoclap, le cui conclusioni sono collegate al Uscite 2 e 4 dell'unità di controllo, dopo di cui inizia e l'alimentazione dell'aria inizia. Succede quando la seconda magnetica funziona accanto al sensore 7, dopodiché chiude l'elettropneumoclap.
Ci rivolgiamo a dati sperimentali ottenuti nella gamma di frequenze di rotazione dell'albero motore P da 600 a 3000 minuti. 1 con diversi perni di sovrappressione permanenti sul rilascio (da 0,5 a 200 kPa). In esperimenti, aria compressa con una temperatura di 22-24 Con il tubo di espulsione ricevuto dall'autostrada di fabbrica. La deflessione (pressione statica) per il tubo di espulsione nel sistema di scarico era di 5 kPa.
La figura 65 mostra i grafici delle dipendenze della pressione locali PX (Y \u003d 140 mm) e la portata WX nella pipeline di scarico della sezione trasversale rotonda del motore del pistone con un'ezione periodica dall'angolo di rotazione dell'albero motore nell'ambito del Pressione in eccesso della № \u003d 100 kPa per varie frequenze di rotazione dell'albero motore.
Da questi grafici, si può vedere che durante l'intero tatto di rilascio c'è un'oscillazione di pressione assoluta nel percorso di laurea, i valori massimi delle oscillazioni di pressione raggiungono 15 kPa, e il minimo raggiunge lo scarico di 9 kPa. Quindi, come nel classico percorso di laurea della sezione trasversale circolare, questi indicatori sono rispettivamente 13,5 kPa e 5 kPa. Vale la pena notare che il valore di pressione massima è osservato alla velocità dell'albero motore di 1500 min. "1, sulle altre modalità di funzionamento del motore di oscillazione della pressione non raggiungere tali valori. Richiama. Che nel tubo iniziale del Sezione trasversale rotonda, il monotono aumento dell'ampiezza delle fluttuazioni della pressione è stato osservato a seconda dell'aumento della frequenza di rotazione dell'albero motore.
Dai grafici della portata del gas locale del flusso di gas dall'angolo della rotazione dell'albero motore, si può vedere che le velocità locali durante il tatto di rilascio nel canale utilizzando l'effetto dell'eccezione periodica è superiore rispetto al classico canale del canale Sezione trasversale circolare su tutte le modalità del motore. Questo indica la migliore pulizia del canale di laurea.
Figura 66, I grafici di confrontare le dipendenze della portata volumetrica del gas dalla velocità di rotazione dell'albero motore nella sezione trasversale rotonda di senza espulsione e la sezione trasversale rotonda con un'eccezione periodica in varie sovrappressione sul canale di ingresso in ingresso sono considerate .
UDC 621.436.
Effetto della resistenza aerodinamica dei sistemi di aspirazione e di scarico dei motori automobilistici sui processi di scambio di gas
L.v. Carpentieri, BP. Zhilkin, yu.m. Brodov, n.i. Grigoriev.
La carta presenta i risultati di uno studio sperimentale dell'influenza della resistenza aerodinamica dei sistemi di aspirazione e di scarico motori a pistone sui processi di scambio di gas. Gli esperimenti sono stati effettuati sui modelli on-line del motore a cilindro singolo. Sono descritti installazioni e metodi per condurre esperimenti. Le dipendenze del cambiamento nella velocità istantanea e alla pressione del flusso nei percorsi del gas-aria del motore dall'angolo della rotazione dell'albero motore sono presentate. I dati sono stati ottenuti a vari coefficienti di resistenza di sistemi di aspirazione e scarico e diverse frequenze di rotazione dell'albero motore. Sulla base dei dati ottenuti, sono state effettuate conclusioni delle caratteristiche dinamiche dei processi di cambio del gas nel motore a diverse condizioni. Viene mostrato che l'uso del silenziatore del rumore leviga l'increspatura del flusso e modifica le caratteristiche di flusso.
Parole chiave: motore del pistone, processi di scambio di gas, dinamiche di processo, pulsazione di velocità e pressione di flusso, silenziatore del rumore.
introduzione
Vengono compiuti un numero di requisiti per l'assunzione e i risultati dei motori del pistone della combustione interna, tra cui la diminuzione principale del rumore aerodinamico e della resistenza aerodinamica minimale sono i principali. Entrambi questi indicatori sono determinati nell'interconnessione del design dell'elemento filtrante, dei silenziatori di ingresso e del rilascio, dei neutralizzatori catalitici, della presenza di un superiore (compressore e / o del turbocompressore), nonché la configurazione delle condotte di aspirazione e di scarico e la natura del flusso in loro. Allo stesso tempo, non ci sono praticamente dati sull'influenza di elementi aggiuntivi di sistemi di aspirazione e scarico (filtri, silenziatori, turbocompressore) sulle dinamiche del gas in essi.
Questo articolo presenta i risultati di uno studio sull'effetto della resistenza aerodinamica dei sistemi di aspirazione e di scarico sui processi di scambio di gas in relazione al motore del pistone della dimensione 8.2 / 7.1.
Piante sperimentali
e sistema di raccolta dati
Gli studi sull'effetto della resistenza aerodinamica dei sistemi a gas-aria sui processi di scambio di gas negli ingegneri del pistone sono stati effettuati sul modello di simulazione della dimensione 4.2 / 7.1, guidato dalla rotazione motore asincronoLa frequenza di rotazione dell'albero motore è stato regolato nell'intervallo n \u003d 600-3000 min1 con una precisione di ± 0,1%. Un'installazione sperimentale è descritta più dettagliatamente.
In fig. 1 e 2 Mostra le configurazioni e le dimensioni geometriche del percorso di aspirazione e di scarico dell'installazione sperimentale, nonché il percorso di installazione per la misurazione dell'istantaneo
i valori della velocità media e della pressione del flusso dell'aria.
Per le misurazioni dei valori di pressione istantanea nel flusso (statico) nel canale del PC, il sensore di pressione £ -10 è stato utilizzato da Wika, la cui velocità è inferiore a 1 ms. L'errore di misurazione della pressione media-medio media-medio massima era ± 0,25%.
Per determinare il mezzo istantaneo nella sezione del canale di flusso d'aria, i termoemometri della temperatura costante del design originale, il cui elemento sensibile era il filo nichrome con un diametro di 5 μm e una lunghezza di 5 mm. Il massimo errore medio relativo medio-medio di misurazione della velocità WX era ± 2,9%.
La misurazione della frequenza di rotazione dell'albero motore è stata eseguita utilizzando un misuratore tachimetrico costituito da un disco dentato fissato sull'albero dell'albero motore e un sensore induttivo. Il sensore ha formato un impulso di tensione a una frequenza proporzionale alla velocità di rotazione dell'albero. Secondo questi impulsi, è stata registrata la frequenza di rotazione, è stata determinata la posizione dell'albero motore (angolo f) e il momento di passaggio del pistone di VMT e NMT.
I segnali da tutti i sensori hanno inserito un convertitore analogico-digitale e trasmesso a un personal computer per un'ulteriore elaborazione.
Prima di effettuare esperimenti, un targeting statico e dinamico del sistema di misurazione è stato effettuato in generale, che ha mostrato la velocità necessaria per studiare le dinamiche dei processi dinamici del gas nei sistemi di scarico e di scarico dei motori del pistone. L'errore medio medio medio totale degli esperimenti sull'effetto della resistenza aerodinamica dell'aria a gas sistemi di DVS. I processi di scambio di gas erano ± 3,4%.
Fico. 1. Configurazione e dimensioni geometriche del percorso di aspirazione dell'installazione sperimentale: 1 - Testa del cilindro; Tubo a 2 bollenti; 3 - Tubo di misurazione; 4 - Sensori di termoanemometro per misurare la portata dell'aria; 5 - Sensori di pressione
Fico. 2. Dimensioni della configurazione e geometriche del percorso di scarico dell'installazione sperimentale: 1 - Testa del cilindro; 2 - Trama di lavoro - tubo di laurea; 3 - sensori di pressione; 4 - Sensori di termoemomote
L'effetto di elementi aggiuntivi sulla dinamica del gas dei processi di aspirazione e rilascio è stato studiato con diversi coefficienti di resistenza al sistema. La resistenza è stata creata utilizzando vari filtri di aspirazione e rilascio. Quindi, come uno di loro, un filtro Air Air Air standard è stato utilizzato con un coefficiente di resistenza di 7.5. Un filtro del tessuto con un coefficiente di resistenza 32 è stato scelto come un altro elemento filtrante. Il coefficiente di resistenza è stato determinato sperimentalmente attraverso la purga statica in condizioni di laboratorio. Studi sono stati anche condotti senza filtri.
Effetto della resistenza aerodinamica sul processo di ingresso
In fig. 3 e 4 mostrano le dipendenze della portata d'aria e la pressione del PC nella lattina di ingresso
lE dall'angolo di rotazione dell'albero motore F in diverse frequenze di rotazione e quando si utilizzano vari filtri di aspirazione.
È stato stabilito che in entrambi i casi (con un silenziatore e senza) la pulsazione di pressione e portata d'aria sono più espresse ad alta velocità di rotazione dell'albero motore. Allo stesso tempo nel canale di aspirazione con il silenziatore del rumore velocità massima Flusso d'aria, come dovrebbe essere previsto, meno che nel canale senza di esso. Maggior parte
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Fico. 3. La dipendenza della velocità dell'aria wx nel canale di aspirazione dall'angolo di rotazione dell'albero dell'albero motore a frequenze diverse della rotazione dell'albero motore e degli elementi di filtraggio diversi: A - n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - senza un filtro; 2 - Filtro aria standard; 3 - Filtro in tessuto
Fico. 4. La dipendenza della pressione del PC nel canale di ingresso dall'angolo di rotazione dell'albero motore F a diverse frequenze di rotazione dell'albero motore e di diversi elementi di filtraggio: A - N \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - senza un filtro; 2 - Filtro aria standard; 3 - Filtro in tessuto
era vivacemente manifestato con elevate frequenze di rotazione dell'albero motore.
Dopo aver chiuso la valvola di aspirazione, la pressione e la velocità del flusso d'aria nel canale in tutte le condizioni non diventano uguali a zero, e alcune delle loro fluttuazioni sono osservate (vedere Fig. 3 e 4), che è anche caratteristica del rilascio processo (vedi sotto). Allo stesso tempo, l'installazione del silenziatore del rumore di ingresso porta a una diminuzione delle pulsazioni di pressione e delle portate d'aria in tutte le condizioni sia durante il processo di aspirazione e dopo che la valvola di aspirazione è chiusa.
Effetto dell'Aerodinamico
resistenza al processo di rilascio
In fig. 5 e 6 mostrano le dipendenze della portata d'aria del WX e il PC di pressione nella presa dall'angolo di rotazione del modulo dell'albero motore a diverse frequenze di rotazione e quando si utilizzano vari filtri di rilascio.
Gli studi sono stati effettuati per varie frequenze di rotazione dell'albero motore (da 600 a 3000 min1) a diverse sovrapressioni sul rilascio di PI (da 0,5 a 2.0 bar) senza rumore silenzioso e se è presentato.
È stato stabilito che in entrambi i casi (con il silenziatore e senza) pulsazione della portata d'aria, la più luminosa manifestata a basse frequenze della rotazione dell'albero motore. In questo caso, i valori della portata dell'aria massima rimangono nel canale di scarico con il silenziatore del rumore
merilly lo stesso di senza di esso. Dopo aver chiuso la valvola di scarico, la portata dell'aria nel canale in tutte le condizioni non diventa zero, e vengono osservate alcune fluttuazioni di velocità (vedere Fig. 5), che è caratteristica del processo di ingresso (vedi sopra). Allo stesso tempo, l'installazione del silenziatore del rumore sul rilascio porta ad un aumento significativo delle pulsazioni della portata d'aria in tutte le condizioni (specialmente a RY \u003d 2.0 bar) sia durante il processo di rilascio che dopo la valvola di scarico è chiusa .
Va notato l'effetto opposto della resistenza aerodinamica sulle caratteristiche del processo di ingresso nel motore, dove filtro dell'aria Gli effetti di pulsazione nel processo di aspirazione e dopo aver chiuso la valvola di ingresso erano presenti, ma erano chiaramente più veloci che senza di essa. In questo caso, la presenza di un filtro nel sistema di ingresso ha portato a una diminuzione della portata dell'aria massima e indebolendo le dinamiche del processo, che è coerente bene con risultati precedentemente ottenuti nel lavoro.
Un aumento della resistenza aerodinamica del sistema di scarico porta ad un certo aumento delle pressioni massime nel processo di rilascio, nonché dello spostamento dei picchi per NMT. In questo caso, si può notare che l'installazione del silenziatore del rumore dell'uscita porta a una diminuzione delle pulsazioni della pressione del flusso d'aria in tutte le condizioni sia durante il processo di produzione che dopo la chiusura della valvola di scarico.
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Fico. 5. La dipendenza della velocità dell'aria wx nell'uscita dall'angolo di rotazione dell'albero albero motore a frequenze diverse della rotazione dell'albero motore e degli elementi di filtraggio diversi: A - n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - senza un filtro; 2 - Filtro aria standard; 3 - Filtro in tessuto
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Fico. 6. La dipendenza del PC di pressione nella presa dall'angolo di rotazione dell'albero motore F a frequenze diverse di rotazione dell'albero motore e di diversi elementi di filtraggio: A - N \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - senza un filtro; 2 - Filtro aria standard; 3 - Filtro in tessuto
Sulla base del trattamento delle variazioni di dipendenza nella portata per il tatto separato, una variazione relativa nel flusso del volume dell'aria Q è stata calcolata attraverso il canale di scarico quando viene posizionata il silenziatore. È stato stabilito che con bassa sovrapressione sulla versione (0.1 MPa), il consumo Q nel sistema di scarico con un silenziatore è inferiore rispetto al sistema senza di esso. Allo stesso tempo, se alla frequenza di rotazione dell'albero motore 600 min-1, questa differenza era di circa l'1,5% (che si trova all'interno dell'errore), quindi con N \u003d 3000 min4 questa differenza ha raggiunto il 23%. È dimostrato che per la sovrapressione elevata di 0,2 MPa, è stata osservata la tendenza opposta. Il flusso del volume dell'aria attraverso il canale di scarico con il silenziatore era maggiore rispetto al sistema senza di esso. Allo stesso tempo, a basse frequenze di rotazione dell'albero motore, questo superato era del 20% e con N \u003d 3000 min1 - 5%. Secondo gli autori, tale effetto può essere spiegato da un po 'di levigatura delle pulsazioni della portata d'aria nel sistema di scarico in presenza di un rumore silenzioso.
Conclusione
Lo studio condotto ha dimostrato che il motore di ingresso della combustione interna è significativamente influenzato dalla resistenza aerodinamica del percorso di aspirazione:
L'aumento della resistenza dell'elemento filtrante leviga le dinamiche del processo di riempimento, ma allo stesso tempo riduce la portata dell'aria, che corrisponde al coefficiente di riempimento;
L'effetto del filtro è migliorato con la crescente frequenza di rotazione dell'albero motore;
Il valore di soglia del coefficiente di resistenza del filtro (circa 50-55), dopodiché il suo valore non influisce sulla portata.
È stato dimostrato che la resistenza aerodinamica del sistema di scarico influisce in modo significativo in modo significativo il gas-dinamico e i materiali di consumo del processo di rilascio:
Aumentare la resistenza idraulica del sistema di scarico nel pistone DVS porta ad un aumento delle pulsazioni della portata d'aria nel canale di scarico;
Con la basse sovrappressione sul rilascio nel sistema con un rumore silenzioso, vi è una diminuzione del flusso volumetrico attraverso il canale di scarico, mentre ad alta RY - al contrario, aumenta rispetto al sistema di scarico senza un silenziatore.
Pertanto, i risultati ottenuti possono essere utilizzati nella pratica ingegneristica per scegliere in modo ottimale le caratteristiche dei silenziatori di ingresso e annessificazione, che possono fornire
l'influenza sul riempimento del cilindro della carica fresca (coefficiente di riempimento) e la qualità della pulizia del cilindro del motore dai gas di scarico (il coefficiente di gas residuo) su determinate modalità ad alta velocità del lavoro del motore del pistone.
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1Questo articolo discute la valutazione dell'effetto del risuonatore sul riempimento del motore. Nell'esempio dell'esempio, è stato proposto un risonatore - in volume uguale al cilindro del motore. La geometria del tratto di aspirazione insieme al risonatore è stato importato nel programma di flusso. La modifica matematica è stata effettuata tenendo conto di tutte le proprietà del gas in movimento. Per stimare la portata attraverso il sistema di ingresso, stime della portata nel sistema e la relativa pressione dell'aria nella fessura della valvola, è stata effettuata la simulazione del computer, che ha mostrato l'efficacia dell'uso della capacità aggiuntiva. Una valutazione della portata attraverso il divario della valvola, è stata valutata la velocità di flusso, flusso, pressione e densità di flusso per il sistema standard, aggiornato e di aspirazione con il rexiver. Allo stesso tempo, la massa dell'aria in entrata aumenta, la portata del flusso è ridotta e la densità dell'aria che entra nel cilindro aumenta, che è favorevolmente riflessa sui televisori TV in uscita.
tratto di ingresso
risonatore
riempiendo un cilindro
modellizzazione matematica
canale aggiornato.
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La grandezza della coppia del motore è proporzionale alla massa d'aria, attribuita alla frequenza di rotazione. Aumentare il riempimento del cilindro del motore a benzina, aggiornando il percorso di aspirazione, porterà ad un aumento della pressione della fine dell'assunzione, una migliore formazione di miscelazione, un aumento degli indicatori tecnici ed economici del funzionamento del motore e di una diminuzione nella tossicità dei gas di scarico.
I requisiti di base per il percorso di ingresso sono garantire una resistenza minima all'ingresso e alla distribuzione uniforme della miscela combustibile attraverso i cilindri del motore.
Garantire che la resistenza minima all'ingresso può essere raggiunta eliminando la ruvidità delle pareti interne delle condotte, nonché i cambiamenti acuti nella direzione del flusso ed eliminano gli estremi residui ed estensioni del tratto.
Un effetto significativo sul riempimento del cilindro fornisce vari tipi di boost. Il tipo più semplice di superiore è utilizzare la dinamica dell'aria in entrata. Un grande volume del ricevitore crea parzialmente effetti risonanti in uno specifico intervallo di velocità di rotazione, che porta a un riempimento migliorato. Tuttavia, hanno, di conseguenza, svantaggi dinamici, ad esempio, deviazioni nella composizione della miscela con un rapido cambiamento nel carico. Quasi il flusso di coppia ideale garantisce che il tubo di ingresso sia commutato, in cui, ad esempio, a seconda del carico del motore, la velocità di rotazione e la posizione dell'acceleratore sono possibili variazioni:
La lunghezza del tubo di pulsazione;
Passare tra tubi di pulsazione di diverse lunghezze o diametro;
- chiusura selettiva di un tubo separato di un cilindro in presenza di una grande quantità di loro;
- Commutazione del volume del ricevitore.
Nel Superiore risonante del gruppo cilindro con lo stesso intervallo di flagel attaccare tubi corti al ricevitore risonante, che sono collegati attraverso i tubi risonanti con l'atmosfera o con il ricevitore di raccolta che agisce come risonatore di GölmGolts. È una nave sferica con un collo aperto. L'aria nel collo è la massa oscillante e il volume d'aria nella nave svolge il ruolo di un elemento elastico. Naturalmente, tale separazione è vera solo approssimativamente, poiché parte dell'aria nella cavità ha una resistenza inerziale. Tuttavia, con un valore sufficientemente ampio dell'area dell'apertura all'area della sezione trasversale della cavità, l'accuratezza di tale approssimazione è abbastanza soddisfacente. La parte principale dell'energia di oscillazione cinetica è concentrata nel collo del risonatore, dove la velocità oscillatoria delle particelle d'aria ha il maggior valore.
Il risonatore di aspirazione viene stabilito tra l'acceleratore e il cilindro. Comincia ad agire quando l'acceleratore è abbastanza coperto in modo che la sua resistenza idraulica diventi paragonabile alla resistenza del canale di risonatore. Quando il pistone si sposta verso il basso, la miscela combustibile entra nel cilindro del motore non solo da sotto la valvola a farfalla, ma anche dal serbatoio. Con una diminuzione del vuoto, il risonatore inizia a succhiare la miscela combustibile. Questo seguirà la stessa parte e abbastanza grande e investigiata.
L'articolo analizza il movimento del flusso nel canale di aspirazione del motore a benzina a 4 tempi nella frequenza di rotazione dell'albero motore nominale sull'esempio del motore VAZ-2108 nella velocità di rotazione dell'albero motore n \u003d 5600min-1.
Questo compito di ricerca è stato risolto dal modo matematico utilizzando il pacchetto software per la modellazione dei processi idraulici del gas. La simulazione è stata effettuata utilizzando il pacchetto software di flusso. A tal fine, la geometria è stata ottenuta e importata (sotto la geometria è intesa nei volumi interni del motore - aspirazione e tubi di scarico, un'atrigananza del cilindro) utilizzando vari formati di file standard. Ciò consente a Sapr SolidWorks di creare un'area di insediamento.
Sotto l'area di calcolo è inteso come il volume in cui le equazioni del modello matematico e il bordo del volume su cui vengono determinate le condizioni del contorno, quindi mantengono la geometria ottenuta nel formato supportato dalla flowvision e utilizzarlo durante la creazione di A nuova opzione calcolata.
Questa attività ha utilizzato ASCII, formato binario, nell'estensione STL, digitare stereolitografiaFormat con una tolleranza angolare di 4,0 gradi e una deviazione di 0,025 metri per migliorare l'accuratezza dei risultati della modellazione risultanti.
Dopo aver ricevuto il modello tridimensionale dell'area di liquidazione, è impostato un modello matematico (un insieme di leggi di cambiamenti nei parametri fisici del gas per questo problema).
In questo caso, un flusso di gas sostanzialmente subsonico è realizzato a piccoli numeri di Reynolds, che è descritto dal sistema di flusso turbolento del gas completamente comprimibile utilizzando lo standard K-E del modello di turbolenza. Questo modello matematico è descritto da un sistema costituito da sette equazioni: due equazioni di stoccaggio, le equazioni di continuità, energia, lo stato del gas ideale, il trasferimento di massa e l'equazione per l'energia cinetica di increspature turbolenti.
(2)
Equazione energetica (completa entalpia)
L'equazione dello stato del gas ideale:
I componenti turbolenti sono associati alle variabili rimanenti attraverso il turbolento valore di viscosità, calcolato in conformità con il modello K-ε standard della turbolenza.
Equazioni per K e ε
viscosità turbolenta:
costanti, parametri e fonti:
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σk \u003d 1; σε \u003d 1.3; Cμ \u003d 0,09; Cε1 \u003d 1.44; Cε2 \u003d 1.92.
La sostanza di lavoro nel processo di ingresso è aria, in questo caso, considerata come il gas perfetto. I valori iniziali dei parametri sono impostati per l'intera area di regolamento: temperatura, concentrazione, pressione e velocità. Per la pressione e la temperatura, i parametri iniziali sono uguali al riferimento. La velocità all'interno della regione calcolata in direzioni x, y, z è zero. La temperatura variabile e la pressione in flowvision sono rappresentate da valori relativi, i cui valori assoluti sono calcolati dalla formula:
fA \u003d F + FREF, (11)
quando la FA è il valore assoluto della variabile, F è il valore relativo calcolato della variabile, Fref - il valore di riferimento.
Le condizioni del contorno sono specificate per ciascuna delle superfici calcolate. Secondo le condizioni del contorno è necessario comprendere la combinazione di equazioni e leggi caratteristiche delle superfici della geometria calcolata. Le condizioni del contorno sono necessarie per determinare l'interazione dell'area di insediamento e il modello matematico. Nella pagina per ogni superficie indica un tipo specifico di condizioni di confine. Il tipo di condizione del contorno è installato sul canale di ingresso ingresso Windows - ingresso gratuito. Gli elementi rimanenti - il muro, che non lascia e non trasmette i parametri calcolati dell'area corrente. Oltre a tutte le condizioni del contorno sopra riportate, è necessario tenere conto delle condizioni del contorno sugli elementi mobili inclusi nel modello matematico selezionato.
Le parti mobili includono l'ingresso e la valvola di scarico, il pistone. Ai confini degli elementi mobili, determiniamo il tipo di condizione del contorno del muro.
Per ciascuno dei corpi mobili, è impostata la legge del movimento. La modifica del tasso del pistone è determinato dalla formula. Per determinare le leggi del movimento della valvola, le curve di sollevamento della valvola sono state rimosse in 0,50 con una precisione di 0,001 mm. Quindi è stata calcolata la velocità e l'accelerazione del movimento della valvola. I dati ottenuti vengono convertiti in librerie dinamiche (velocità di tempo).
La fase successiva del processo di simulazione è la generazione della griglia computazionale. FlowVision utilizza una rete computazionale adattiva localmente. Inizialmente, viene creata una griglia computazionale iniziale, e quindi i criteri per la griglia di rettifica sono specificati, in base alle quali flowvision interrompe le celle della griglia iniziale al grado desiderato. L'adattamento è realizzato sia nel volume dei canali dei canali e delle pareti del cilindro. In luoghi con una possibile velocità massima, l'adattamento con rettifica aggiuntiva della griglia computazionale viene creata. In volume, la macinazione è stata effettuata fino a 2 livelli nella camera di combustione e fino a 5 livelli in slot valvola, lungo le pareti del cilindro, l'adattamento è stato realizzato fino a 1 livello. Questo è necessario per aumentare la fase di integrazione del tempo con un metodo di calcolo implicito. Ciò è dovuto al fatto che il passaggio del tempo è definito come il rapporto tra le dimensioni della cella alla massima velocità.
Prima di iniziare a calcolare l'opzione creata, è necessario specificare i parametri di modellazione numerica. Allo stesso tempo, il tempo per continuare il calcolo è uguale a un ciclo completo di funzionamento del motore, 7200 PK., Il numero di iterazioni e la frequenza di salvataggio di queste opzioni di calcolo. Per l'elaborazione successiva, vengono conservate alcune fasi di calcolo. Impostare l'ora e le opzioni per il processo di calcolo. Questa attività richiede un'impostazione passo passo - un metodo di scelta: uno schema implicito con un punto massimo 5E-004C, numero esplicito di CFL - 1. Ciò significa che il passo temporale determina il programma stesso, a seconda della convergenza delle equazioni di pressione si.
Il postProcessore è configurato e i parametri della visualizzazione dei risultati sono interessati a. La simulazione consente di ottenere gli strati di visualizzazione richiesti dopo il completamento del calcolo principale, in base alle fasi di calcolo rimasta con una determinata frequenza. Inoltre, il PostProcessore consente di trasmettere i valori numerici risultanti dei parametri del processo in studio sotto forma di un file di informazione in editor di tabelle elettronici esterni e ottenere la dipendenza dal tempo di tali parametri come velocità, consumo, pressione , eccetera.
La figura 1 mostra l'installazione del ricevitore sul canale di ingresso dei DVS. Il volume del ricevitore è uguale al volume di un cilindro del motore. Il ricevitore è impostato il più vicino possibile al canale di ingresso.
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Fico. 1. Aggiornato con l'area di regolamento del ricevitore in CadsolidWorks |
La propria frequenza del risonatore Helmholtz è:
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dove f è la frequenza, Hz; C0 - Velocità del suono nell'aria (340 m / s); S - Sezione trasversale del foro, M2; L è la lunghezza del tubo, m; V è il volume del risonatore, M3.
Per il nostro esempio, abbiamo i seguenti valori:
d \u003d 0,032 m, s \u003d 0,00080384 m2, v \u003d 0,000422267 m3, l \u003d 0,04 m.
Dopo aver calcolato F \u003d 374 Hz, che corrisponde alla velocità di rotazione dell'albero motore N \u003d 5600min-1.
Dopo aver impostato l'opzione calcolata e, dopo aver impostato i parametri di simulazione numerica, sono stati ottenuti i seguenti dati: portata, velocità, densità, pressione, temperatura del flusso del gas nel canale di ingresso dell'intensità della rotazione dell'albero motore.
Dal grafico presentato (Fig. 2), in termini di flusso del flusso nella fessura della valvola, è chiaro che il canale aggiornato con il ricevitore ha i materiali di consumo massimo. Il valore del consumo è superiore a 200 g / s. L'aumento è osservato per 60 G.P.K.V.
Dal momento che l'apertura della valvola di ingresso (348 G.K.V.) La portata (Fig. 3) inizia a crescere da 0 a 170 m / s (al canale di aspirazione modernizzato 210 m / s, con i ricevitori -190M / s) nell'intervallo Fino a 440-450 GKV Nel canale con il ricevitore, il valore della velocità è superiore a quello standard di circa 20 m / s a \u200b\u200bpartire da 430-440. P.K.V. Il valore numerico del canale nel canale con il ricevitore è significativamente più anche rispetto al canale di ingresso aggiornato, durante l'apertura della valvola di ingresso. Successivamente, c'è una significativa riduzione della portata, fino alla chiusura della valvola di ingresso.
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Fico. 2. Consumo del flusso del gas nello slot della valvola per i canali di standard, aggiornati e con il ricevitore a n \u003d 5600 min-1: 1 - standard, 2 - aggiornato, 3 - aggiornato con il ricevitore |
Fico. 3. La portata del flusso nello slot della valvola per i canali di standard, aggiornato e con il ricevitore a n \u003d 5600 min-1: 1 - standard, 2 - aggiornato, 3 - aggiornato con il ricevitore |
Dei grafici di pressione relativi (figura 4) (pressione atmosferica, P \u003d 101000 PA è ricevuto per zero), ne consegue che il valore di pressione nel canale aggiornato è superiore a quello standard, da 20 kPa a 460-480 GP. Kv. (associato a un grande valore di portata). A partire da 520 G.K.V. Il valore di pressione è allineato, che non può essere detto sul canale con il ricevitore. Il valore di pressione è superiore a quello standard, da 25 kPa, a partire da 420-440 gp.k.v. fino alla chiusura della valvola di ingresso.
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Fico. 4. Pressione di flusso in standard, aggiornato e canale con un ricevitore a n \u003d 5600 min-1 (1 canale standard, 2 - canale aggiornato, canale 3 - Aggiornato con ricevitore) |
Fico. 5. Densità di flusso in standard, aggiornamento e canale con un ricevitore a n \u003d 5600 min-1 (canale standard, canale a 2 - canale aggiornato, 3 - canale aggiornato con ricevitore) |
La densità di flusso nell'area del gap valvola è mostrata in Fig. cinque.
Nel canale aggiornato con il ricevitore, il valore della densità è inferiore a 0,2 kg / m3 a partire da 440 G.K.V. Rispetto a un canale standard. Questo è associato ad alta pressione e portate di gas.
Dall'analisi dei grafici, è possibile disegnare la seguente conclusione: il canale del modulo migliorato fornisce un migliore riempimento del cilindro con una nuova tassa a causa di una diminuzione della resistenza idraulica del canale di ingresso. Con l'aumento della velocità del pistone al momento dell'apertura della valvola di ingresso, il modulo del canale non influisce in modo significativo della velocità, della densità e della pressione all'interno del canale di aspirazione, è spiegato dal fatto che durante questo periodo gli indicatori di processo di ingresso sono principalmente A seconda della velocità del pistone e della slot della valvola (solo la forma del canale di aspirazione è cambiato in questo calcolo), ma tutto cambia drammaticamente al momento della rallentamento del movimento del pistone. La carica nel canale standard è meno inerte e più forte "stretch" lungo la lunghezza del canale, che nell'aggregato dà meno riempimento del cilindro al momento della riduzione della velocità del movimento del pistone. Fino alla chiusura della valvola, il processo scorre sotto il denominatore della portata già ottenuto (il pistone dà la portata iniziale del volume memorizzato nella cache, con una diminuzione della velocità del pistone, il componente inerzia del flusso di gas ha un ruolo significativo sul riempimento. Questo è confermato da indicatori di velocità più elevati, pressione.
Nel canale di ingresso con il ricevitore, a causa di costi aggiuntivi e fenomeni risonanti, nel cilindro dei DV è una massa significativamente grande della miscela di gas, che fornisce indicatori tecnici più elevati dell'operazione DVS. L'aumento della crescita della fine dell'ingresso avrà un impatto significativo sull'aumento delle prestazioni tecniche ed economiche e ambientali del lavoro DVS.
Revisori:
Gots Alexander Nikolaevich, Dottore della Tecnica Università Tecnica, Professore del Dipartimento dei Motori di calore e Impianti energetici della Vladimir State University del Ministero dell'istruzione e della Scienza, Vladimir.
Kulchitsky Aleksey Ramovich, D.N., Professore, Deputato capo Designer LLC VMTZ, Vladimir.
Riferimento bibliografico
JOLOBOV L. A., Suvorov E. A., Vasilyev I. S. Effetto di una capacità aggiuntiva nel sistema di ingresso per il riempimento di DVS // problemi moderni della scienza e dell'istruzione. - 2013. - № 1;URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id\u003d8270 (data di gestione: 25.11.2019). Portiamo alla vostra attenzione le riviste che pubblicano nella casa editrice "Academy of Natural Sciences"
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Agenzia federale per l'istruzione
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 aspirazione del motore del pistone
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, motore a pistoni, sistema di ingresso, profilazione trasversale, materiali di consumo, trasferimento di calore locale, coefficiente di trasferimento istantaneo al calore locale.
L'oggetto dello studio era il flusso d'aria non stazionario nel sistema di ingresso del motore del pistone della 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; L'aumento della pennessione della dipendenza V sul numero di rotazione dell'albero motore N nell'intervallo operativo della frequenza di rotazione presso l'inserto "triangolare" o la linearizzazione della spesa caratteristica nell'intera gamma di numeri di rotazione dell'albero, come Bene come sopprimere le pulsazioni del flusso d'aria ad alta frequenza 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, K;
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 delle centrali elettriche di macchine a ruote e rintracciate", 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 relazione al serraggio dei requisiti economici e ambientali per i motori a combustione interni, i ricercatori e gli ingegneri stanno iniziando a prestare maggiore e più attenzione al miglioramento dei sistemi di aspirazione dei motori di benzina e diesel, credendo che la loro prestazione dipenda in gran parte dal 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 predetermina il flusso di lavoro efficiente e l'alto livello di 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.
Il 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. Determinazione analitica del campo ottimale di velocità 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.
Uno studio moderno di gas-dinamica direttamente sui motori richiede speciali strumenti di misurazione che sono in grado di lavorare in condizioni avverse (rumore, vibrazioni, elementi rotanti, elevate temperature 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 attira l'attenzione sul fatto che presenta un cambiamento nella portata dell'aria dall'angolo di rotazione dell'albero motore (PK) solo per il tatto di aspirazione (? 200 gradi. P.K.V.), mentre le informazioni di riposo su altri orologi come Erano "ritagliati". Questo oscillogramma è ottenuto per la velocità di rotazione dell'albero motore da 600 a 1800 min -1, mentre nei motori moderni la gamma di velocità operativa 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.
Considera brevemente le peculiarità di Dynamic Supercharged in Piston Engine, che viene effettuata in modi diversi. 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.
Allo stesso tempo, nella letteratura non ci sono informazioni sui tentativi di controllare la formazione del vortice utilizzando la profilazione trasversale - una variazione della forma della sezione trasversale del 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 mancanza significativa di informazioni affidabili e complete sulla dinamica del gas del processo di ingresso, vale a dire: cambiare la velocità del flusso d'aria dall'angolo dell'albero motore per L'intero flusso di lavoro del motore nell'intervallo operativo dell'albero di 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. Nell'assunzione 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 regime per lo studio, è molto utile utilizzare un modello dinamico - un'installazione sperimentale, che più spesso Rappresenta un modello di motore a cilindro singolo su varie modalità ad alta velocità che agisce con l'aiuto di un test dell'albero motore da una fonte di energia estranea e dotata 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 naturalmente alla fase iniziale, particolare attenzione è stata prestata 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 carattere teorico; 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. Le caratteristiche tecnologiche del motore a combustione interna sono in gran parte determinate dalla qualità aerodinamica del percorso di aspirazione come elementi interi e individuali: il collettore di aspirazione (tubo di ingresso), il canale nella testata del cilindro, il suo collo e la piastra della valvola, la combustione Camere 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 lo studio dinamico del processo di ingresso nel motore, e la complessità metodologica principale consiste nella loro scelta e utilizzo corrette.
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 di base dei cambiamenti nel trasferimento di calore locale istantaneo nel percorso di ingresso del motore del pistone nella nonstazionalità idrodinamica nel classico canale cilindrico, nonché per scoprire l'effetto della configurazione del sistema di aspirazione (inserti profilati e filtri dell'aria ) A 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 velocità di rotazione del motore e dell'armonia di questo periodico associata al movimento del pistone irregolare e cambia nella configurazione del percorso di aspirazione nella zona della zona 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 di parametri geometrici e fattori regime, il modello dinamico deve corrispondere al motore di una determinata dimensione e operare 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. Una coppia di un motore asincrono viene trasmessa 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 di manica di ferro-ferro e anello fluoroplastico fornisce un forte calo dell'attrito in paia di pistoni - maniche e anelli di pistone - 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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