Masykur Mahmud a. model matematika dinamika gas dan proses perpindahan panas dalam sistem intake dan exhaust mesin pembakaran internal. Sistem pembuangan mesin pembakaran internal Proses gas-dinamis dalam mesin pembakaran internal laut

480 gosok. | 150 USD | $7,5", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Tesis - 480 rubel, pengiriman 10 menit 24 jam sehari, tujuh hari seminggu dan hari libur

Grigoriev Nikita Igorevich. Dinamika gas dan perpindahan panas dalam pipa knalpot mesin pembakaran internal piston: disertasi ... kandidat ilmu teknik: 01.04.14 / Grigoriev Nikita Igorevich; [Tempat pertahanan: Lembaga Pendidikan Otonomi Negara Federal dari Pendidikan Profesi Tinggi "Ural Federal Universitas dinamai Presiden pertama Rusia B.N. Yeltsin "http://lib.urfu.ru/mod/data/view.php?d=51&rid=238321].- Ekaterinburg, 2015.- 154 p.

Perkenalan

BAB 1. Keadaan Masalah dan Rumusan Tujuan Penelitian 13

1.1 Jenis sistem pembuangan 13

1.2 Studi eksperimental tentang efisiensi sistem pembuangan. 17

1.3 Studi komputasi efisiensi sistem pembuangan 27

1.4 Karakteristik proses pertukaran panas dalam sistem pembuangan mesin pembakaran dalam bolak-balik 31

1.5 Kesimpulan dan pernyataan tujuan penelitian 37

BAB 2 Metodologi penelitian dan deskripsi pengaturan eksperimental 39

2.1 Pilihan metodologi untuk mempelajari dinamika gas dan karakteristik perpindahan panas dari proses gas buang mesin pembakaran dalam bolak-balik 39

2.2 Rancangan rancangan percobaan untuk mempelajari proses pembuangan pada mesin piston 46

2.3 Mengukur sudut putaran dan kecepatan camshaft 50

2.4 Menentukan aliran sesaat 51

2.5 Pengukuran koefisien perpindahan panas lokal sesaat 65

2.6 Mengukur tekanan berlebih aliran di saluran pembuangan 69

2.7 Sistem akuisisi data 69

2.8 Kesimpulan bab 2 h

BAGIAN 3 Dinamika gas dan karakteristik konsumsi proses pelepasan 72

3.1 Dinamika gas dan karakteristik konsumsi dari proses pembuangan pada mesin piston pembakaran dalam disedot secara alami 72

3.1.1 Untuk pipa dengan penampang lingkaran 72

3.1.2 Untuk perpipaan dengan penampang persegi 76

3.1.3 Dengan perpipaan segitiga persilangan 80

3.2 Dinamika gas dan karakteristik aliran dari proses pembuangan mesin piston pembakaran internal supercharged 84

3.3 Kesimpulan bab 3 92

BAB 4 Perpindahan panas seketika di saluran pembuangan mesin pembakaran internal bolak-balik 94

4.1 Perpindahan panas lokal sesaat dari proses pembuangan mesin pembakaran dalam bolak-balik yang disedot secara alami 94

4.1.1 Dengan pipa berpenampang bundar 94

4.1.2 Untuk perpipaan dengan penampang persegi 96

4.1.3 Dengan pipa dengan penampang segitiga 98

4.2 Perpindahan panas sesaat dari proses pembuangan mesin pembakaran dalam reciprocating supercharged 101

4.3 Kesimpulan bab 4 107

BAB 5 Stabilisasi aliran di saluran pembuangan mesin pembakaran internal bolak-balik 108

5.1 Penindasan pulsasi aliran di saluran keluaran mesin pembakaran dalam bolak-balik menggunakan ejeksi konstan dan berkala 108

5.1.1 Penekanan pulsasi aliran di saluran keluar dengan ejeksi konstan 108

5.1.2 Penekanan pulsasi aliran di saluran keluar dengan ejeksi berkala 112 5.2 Desain dan desain teknologi saluran keluar dengan ejeksi 117

Kesimpulan 120

Bibliografi

Studi komputasi efisiensi sistem pembuangan

Sistem pembuangan mesin pembakaran dalam piston digunakan untuk membuang gas buang dari silinder mesin dan memasoknya ke turbin turbocharger (pada mesin supercharged) untuk mengubah energi yang tersisa setelah proses pengerjaan menjadi kerja mekanis pada poros TC. Saluran pembuangan dibuat dengan pipa biasa, dicetak dari besi tuang abu-abu atau tahan panas, atau aluminium untuk pendinginan, atau dari pipa besi tuang terpisah. Untuk melindungi petugas pemeliharaan dari luka bakar, pipa knalpot dapat didinginkan dengan air atau ditutup dengan bahan insulasi panas. Pipa berinsulasi termal lebih disukai untuk mesin turbin gas supercharged, karena dalam hal ini, kehilangan energi gas buang berkurang. Karena panjang pipa knalpot berubah selama pemanasan dan pendinginan, kompensator khusus dipasang di depan turbin. Pada mesin besar, sambungan ekspansi juga menghubungkan bagian pipa knalpot yang terpisah, yang karena alasan teknologi dibuat komposit.

Informasi tentang parameter gas di depan turbin turbocharger dalam dinamika selama setiap siklus kerja mesin pembakaran internal muncul kembali di tahun 60an. Ada juga beberapa hasil studi tentang ketergantungan suhu sesaat gas buang pada beban mesin empat langkah pada bagian kecil putaran poros engkol, bertanggal pada periode waktu yang sama. Namun, baik ini maupun sumber lain tidak mengandung itu karakteristik penting sebagai laju perpindahan panas lokal dan laju aliran gas di saluran pembuangan. Mesin diesel supercharged dapat memiliki tiga jenis pengorganisasian pasokan gas dari kepala silinder ke turbin: sistem tekanan gas konstan di depan turbin, sistem pulsa, dan sistem tekanan dengan konverter pulsa.

Dalam sistem tekanan konstan, gas dari semua silinder keluar ke manifold buang umum bervolume besar, yang bertindak sebagai penerima dan sebagian besar menghaluskan denyut tekanan (Gambar 1). Selama pelepasan gas dari silinder, gelombang tekanan dengan amplitudo besar terbentuk di pipa saluran keluar. Kerugian dari sistem semacam itu adalah penurunan efisiensi gas yang kuat ketika mengalir dari silinder melalui manifold ke turbin.

Dengan pengaturan pelepasan gas dari silinder dan pasokannya ke peralatan nozel turbin, kehilangan energi yang terkait dengan ekspansi tiba-tiba saat mengalir dari silinder ke pipa dan konversi energi dua kali lipat berkurang: energi kinetik dari gas yang mengalir dari silinder menjadi energi potensial dari tekanannya di dalam pipa, dan yang terakhir lagi menjadi energi kinetik di nosel di turbin, seperti yang terjadi pada sistem pembuangan dengan tekanan gas konstan di saluran masuk turbin. Hasilnya, dengan sistem pulsa, kerja gas yang tersedia di turbin meningkat dan tekanannya menurun selama pembuangan, yang memungkinkan pengurangan biaya tenaga untuk pertukaran gas di silinder mesin piston.

Perlu dicatat bahwa dengan supercharging pulsa, kondisi konversi energi dalam turbin memburuk secara signifikan karena aliran yang tidak stasioner, yang menyebabkan penurunan efisiensinya. Selain itu, sulit untuk menentukan parameter desain turbin karena variabel tekanan dan suhu gas di depan dan di belakang turbin, dan pasokan gas yang terpisah ke peralatan noselnya. Selain itu, desain mesin itu sendiri dan turbin turbocharger menjadi rumit karena pengenalan manifold terpisah. Akibatnya, sejumlah perusahaan Produksi massal mesin turbocharged menggunakan sistem supercharging tekanan konstan di bagian hulu turbin.

Sistem penambah dengan konverter pulsa bersifat menengah dan menggabungkan manfaat pulsasi tekanan manifold buang (mengurangi kerja ejeksi dan pembersihan silinder yang lebih baik) dengan manfaat pulsasi tekanan rendah di bagian hulu turbin, yang meningkatkan efisiensi turbin.

Gambar 3 - Sistem tekanan dengan konverter pulsa: 1 - pipa cabang; 2 - nozel; 3 - kamera; 4 - penyebar; 5 - saluran pipa

Dalam hal ini, gas buang diumpankan melalui pipa 1 (Gambar 3) melalui nosel 2 ke dalam satu pipa yang menyatukan saluran keluar dari silinder, yang fase-fasenya tidak tumpang tindih. Pada titik waktu tertentu, pulsa tekanan di salah satu pipa mencapai maksimumnya. Pada saat yang sama, kecepatan aliran keluar gas dari nosel yang terhubung ke pipa ini juga menjadi maksimal, yang karena efek ejeksi, menyebabkan penghalusan di pipa lain dan dengan demikian memfasilitasi pembersihan silinder yang terhubung dengannya. Proses aliran keluar dari nozel diulangi dengan frekuensi tinggi, oleh karena itu, di ruang 3, yang bertindak sebagai pencampur dan peredam, aliran yang kurang lebih seragam terbentuk, energi kinetiknya di dalam diffuser 4 (ada a penurunan kecepatan) diubah menjadi energi potensial karena peningkatan tekanan. Dari pipa 5, gas memasuki turbin pada tekanan yang hampir konstan. Diagram desain konverter pulsa yang lebih kompleks, yang terdiri dari nosel khusus di ujung pipa saluran keluar, dikombinasikan dengan diffuser umum, ditunjukkan pada Gambar 4.

Aliran dalam pipa knalpot dicirikan oleh ketidakstasioneran yang jelas yang disebabkan oleh periodisitas proses pembuangan itu sendiri, dan ketidakstasioneran parameter gas di batas "saluran pipa-silinder" dan di depan turbin. Rotasi saluran, jeda profil, dan perubahan berkala karakteristik geometris pada bagian saluran masuk celah katup, mereka menyebabkan pemisahan lapisan batas dan pembentukan zona stagnan yang luas, yang dimensinya berubah seiring waktu. Di zona stagnan, aliran balik terbentuk dengan pusaran berdenyut berskala besar, yang berinteraksi dengan aliran utama dalam pipa dan sangat menentukan karakteristik aliran saluran. Non-stasioneritas aliran memanifestasikan dirinya di saluran keluar dan di bawah kondisi batas stasioner (dengan katup tetap) sebagai akibat dari denyut zona stagnan. Ukuran vortisitas non-stasioner dan frekuensi denyutnya dapat ditentukan secara andal hanya dengan metode eksperimental.

Kompleksitas studi eksperimental struktur aliran pusaran non-stasioner memaksa perancang dan peneliti untuk menggunakan metode membandingkan aliran integral dan karakteristik energi aliran, biasanya diperoleh dalam kondisi stasioner pada model fisik, yaitu dengan tiupan statis , saat memilih geometri saluran keluar yang optimal. Namun, pembenaran untuk keandalan studi tersebut tidak diberikan.

Makalah ini menyajikan hasil eksperimen mempelajari struktur aliran di saluran pembuangan mesin dan analisis komparatif struktur dan karakteristik integral aliran di bawah kondisi stasioner dan non-stasioner.

Hasil pengujian sejumlah besar opsi untuk saluran keluar menunjukkan kurangnya efektivitas pendekatan profiling konvensional, berdasarkan konsep aliran stasioner di siku pipa dan nozel pendek. Sering terjadi perbedaan antara prediksi dan ketergantungan sebenarnya dari karakteristik aliran pada geometri saluran.

Mengukur sudut putaran dan kecepatan camshaft

Perlu dicatat bahwa perbedaan maksimum dalam nilai tr yang ditentukan di tengah saluran dan di dekat dindingnya (menyebar di sepanjang radius saluran) diamati di bagian kontrol yang dekat dengan pintu masuk ke saluran yang diteliti dan mencapai 10,0 % dari ipi. Jadi, jika pulsasi paksa dari aliran gas untuk 1X hingga 150 mm dengan periode yang jauh lebih kecil dari ipi = 115 ms, maka aliran tersebut harus dicirikan sebagai aliran dengan tingkat ketidakstabilan yang tinggi. Ini menunjukkan bahwa rezim transisi Aliran di saluran pembangkit listrik belum berakhir, dan gangguan berikutnya sudah mempengaruhi aliran. Begitu pula sebaliknya, jika aliran berdenyut dengan periode yang jauh lebih besar dari Tr, maka aliran tersebut harus dianggap kuasi-stasioner (dengan tingkat non-stasioneritas yang rendah). Dalam hal ini, sebelum gangguan terjadi, rezim hidrodinamik transien memiliki waktu untuk menyelesaikan dan aliran mendatar. Dan terakhir, jika periode aliran berdenyut mendekati nilai Tp, maka aliran harus dicirikan sebagai tidak stabil sedang dengan tingkat ketidakstabilan yang meningkat.

Sebagai contoh kemungkinan penggunaan waktu karakteristik yang diusulkan untuk estimasi, aliran gas di saluran pembuangan mesin pembakaran dalam bolak-balik dipertimbangkan. Pertama, mari kita beralih ke Gambar 17, yang menunjukkan ketergantungan laju aliran wx pada sudut putaran poros engkol φ (Gambar 17, a) dan waktu t (Gambar 17, b). Ketergantungan ini diperoleh pada model fisik mesin pembakaran dalam satu silinder dengan dimensi 8.2/7.1. Dapat dilihat dari gambar bahwa representasi ketergantungan wx = f (f) tidak terlalu informatif, karena tidak secara akurat mencerminkan esensi fisik dari proses yang terjadi di saluran outlet. Namun, dalam bentuk inilah grafik ini biasanya disajikan di bidang pembuatan mesin. Menurut pendapat kami, lebih tepat menggunakan ketergantungan waktu wx =/(t) untuk analisis.

Mari kita analisis ketergantungan wx \u003d / (t) untuk n \u003d 1500 mnt "1 (Gambar 18). Seperti yang Anda lihat, pada kecepatan poros engkol tertentu, durasi seluruh proses pembuangan adalah 27,1 ms. Hidrodinamika transien proses di saluran pembuangan dimulai setelah katup buang terbuka Dalam hal ini, dimungkinkan untuk memilih bagian kenaikan yang paling dinamis (interval waktu di mana terjadi peningkatan tajam dalam laju aliran), durasinya adalah 6,3 ms, setelah itu peningkatan laju aliran digantikan oleh konfigurasi penurunannya sistem hidrolik waktu relaksasi adalah 115-120 ms, yaitu lebih lama dari durasi bagian tanjakan. Dengan demikian, harus diperhatikan bahwa permulaan pelepasan (bagian naik) terjadi dengan tingkat ketidakstasioneran yang tinggi. 540 f, derajat PCV 7 a)

Gas disuplai dari jaringan umum melalui pipa tempat manometer 1 dipasang untuk mengontrol tekanan di jaringan dan katup 2 untuk mengontrol aliran. Gas memasuki tangki-penerima 3 dengan volume 0,04 m3, jaringan leveling 4 ditempatkan di dalamnya untuk meredam denyut tekanan. Dari tangki penerima 3, gas disuplai melalui pipa ke ruang silinder-ledakan 5, di mana sarang lebah dipasang 6. Sarang lebah adalah jaring tipis, dan dimaksudkan untuk meredam denyut tekanan sisa. Ruang silinder-ledakan 5 dipasang ke blok silinder 8, sedangkan rongga internal ruang ledakan silinder disejajarkan dengan rongga internal kepala silinder.

Setelah katup buang 7 dibuka, gas dari ruang simulasi keluar melalui saluran buang 9 ke saluran pengukur 10.

Gambar 20 menunjukkan lebih rinci konfigurasi saluran pembuangan dari pengaturan eksperimental, yang menunjukkan lokasi sensor tekanan dan probe anemometer kawat panas.

Jatuh tempo nomer terbatas Sebagai informasi tentang dinamika proses pembuangan, saluran knalpot lurus klasik dengan penampang bulat dipilih sebagai dasar geometris awal: pipa knalpot eksperimental 4 dipasang ke kepala silinder 2 dengan tiang, panjang pipa 400 mm, dan diameternya 30 mm. Tiga lubang dibor pada pipa pada jarak L\, bg dan bb, masing-masing 20,140 dan 340 mm untuk memasang sensor tekanan 5 dan sensor anemometer kawat panas 6 (Gambar 20).

Gambar 20 - Konfigurasi saluran keluar dari pengaturan eksperimental dan lokasi sensor: 1 - silinder - ruang tiup; 2 - kepala silinder; 3 - katup buang; 4 - pipa knalpot eksperimental; 5 - sensor tekanan; 6 - sensor termoanemometer untuk mengukur kecepatan aliran; L adalah panjang pipa knalpot; C_3 - jarak ke lokasi pemasangan sensor anemometer hot-wire dari jendela outlet

Sistem pengukuran instalasi memungkinkan untuk menentukan: sudut rotasi saat ini dan kecepatan poros engkol, laju aliran sesaat, koefisien perpindahan panas sesaat, tekanan aliran berlebih. Metode untuk menentukan parameter ini dijelaskan di bawah ini. 2.3 Mengukur sudut putar dan kecepatan putar camshaft

Untuk menentukan kecepatan dan arus sudut putaran camshaft, serta momen piston berada di pusat mati atas dan bawah, digunakan sensor tachometrik, diagram pemasangannya ditunjukkan pada Gambar 21, karena parameter di atas harus ditentukan dengan jelas saat mempelajari proses dinamis dalam mesin pembakaran internal . 4

Sensor tachometrik terdiri dari cakram bergigi 7 yang hanya memiliki dua gigi yang terletak berseberangan. Disk 1 dipasang pada poros motor 4 sehingga salah satu gigi disk sesuai dengan posisi piston di titik mati atas, dan yang lainnya masing-masing. bawah mati titik dan dipasang ke poros menggunakan kopling 3. Poros motor dan poros bubungan mesin piston dihubungkan dengan penggerak sabuk.

Ketika salah satu gigi lewat di dekat sensor induktif 4 yang dipasang pada tripod 5, pulsa tegangan terbentuk pada keluaran sensor induktif. Dengan pulsa ini, posisi camshaft saat ini dapat ditentukan dan posisi piston dapat ditentukan dengan tepat. Agar sinyal yang sesuai dengan BDC dan TDC berbeda, gigi dikonfigurasikan secara berbeda satu sama lain, sehingga sinyal pada keluaran sensor induktif memiliki amplitudo yang berbeda. Sinyal yang diterima pada keluaran sensor induktif ditunjukkan pada Gambar 22: pulsa tegangan dengan amplitudo yang lebih kecil sesuai dengan posisi piston di TDC, dan pulsa amplitudo yang lebih tinggi sesuai dengan posisi di BDC.

Dinamika gas dan karakteristik konsumsi dari proses pembuangan mesin pembakaran internal reciprocating supercharged

Dalam literatur klasik tentang teori proses kerja dan desain mesin pembakaran internal, turbocharger dianggap sebagai cara paling efektif untuk meningkatkan mesin dengan meningkatkan jumlah udara yang masuk ke silinder mesin.

Perlu dicatat bahwa pengaruh turbocharger pada karakteristik gas-dinamis dan termofisika aliran gas di pipa knalpot jarang dipertimbangkan dalam literatur. Pada dasarnya, dalam literatur, turbin turbocharger dipertimbangkan dengan penyederhanaan sebagai elemen sistem pertukaran gas, yang memberikan ketahanan hidrolik terhadap aliran gas di saluran keluar silinder. Namun, jelas bahwa turbin turbocharger memainkan peran penting dalam pembentukan aliran gas buang dan memiliki dampak signifikan pada karakteristik hidrodinamik dan termofisik aliran. Bagian ini membahas hasil mempelajari pengaruh turbin turbocharger terhadap karakteristik hidrodinamika dan termofisika aliran gas di pipa knalpot mesin bolak-balik.

Studi dilakukan pada instalasi eksperimental, yang dijelaskan sebelumnya, pada bab kedua perubahan utama adalah pemasangan turbocharger tipe TKR-6 dengan turbin aksial radial (Gambar 47 dan 48).

Sehubungan dengan pengaruh tekanan gas buang pada pipa knalpot terhadap proses kerja turbin, pola perubahan indikator ini telah banyak dipelajari. Terkompresi

Pemasangan turbin turbocharger pada pipa knalpot memiliki pengaruh yang kuat terhadap tekanan dan laju aliran pada pipa knalpot, terlihat jelas dari grafik tekanan dan kecepatan aliran pada pipa knalpot dengan turbocharger versus sudut poros engkol (Gambar 49 dan 50). Membandingkan dependensi ini dengan dependensi serupa untuk pipa knalpot tanpa turbocharger dalam kondisi serupa, dapat dilihat bahwa pemasangan turbin turbocharger di pipa knalpot menyebabkan sejumlah besar pulsasi di seluruh langkah buang, yang disebabkan oleh aksi elemen sudu (peralatan nozel dan impeler) turbin. Gambar 48 - Tampilan umum instalasi dengan turbocharger

Ciri khas lain dari dependensi ini adalah peningkatan signifikan dalam amplitudo fluktuasi tekanan dan penurunan signifikan dalam amplitudo fluktuasi kecepatan dibandingkan dengan pengoperasian sistem pembuangan tanpa turbocharger. Misalnya, pada kecepatan poros engkol 1500 mnt "1 dan tekanan berlebih awal dalam silinder 100 kPa, tekanan gas maksimum dalam pipa dengan turbocharger 2 kali lebih tinggi, dan kecepatannya 4,5 kali lebih rendah daripada di pipa tanpa turbocharger Peningkatan tekanan dan penurunan kecepatan dalam pipa knalpot disebabkan oleh hambatan yang diciptakan oleh turbin.Perlu dicatat bahwa tekanan maksimum dalam pipa dengan turbocharger diimbangi dari tekanan maksimum dalam pipa tanpa turbocharger hingga 50 derajat putaran poros engkol.

Ketergantungan lokal (1X = 140 mm) tekanan berlebih px dan kecepatan aliran wx di pipa knalpot penampang bulat dari mesin pembakaran dalam bolak-balik dengan turbocharger pada sudut putaran poros engkol p pada tekanan buang berlebih pb = 100 kPa untuk berbagai kecepatan poros engkol:

Ditemukan bahwa di pipa knalpot dengan turbocharger, laju aliran maksimum lebih rendah daripada di pipa tanpa turbocharger. Perlu juga dicatat bahwa dalam hal ini terjadi pergeseran momen mencapai nilai maksimum kecepatan aliran menuju peningkatan sudut putaran poros engkol, yang khas untuk semua mode pengoperasian instalasi. Dalam kasus turbocharger, pulsasi kecepatan paling menonjol pada kecepatan poros engkol rendah, yang juga tipikal dalam kasus tanpa turbocharger.

Fitur serupa juga karakteristik ketergantungan px =/(p).

Perlu dicatat bahwa setelah menutup katup buang, kecepatan gas dalam pipa tidak berkurang menjadi nol di semua mode. Pemasangan turbin turbocharger di pipa knalpot mengarah pada perataan pulsasi kecepatan aliran di semua mode operasi (terutama pada tekanan berlebih awal 100 kPa), baik selama langkah buang maupun setelah selesai.

Perlu juga dicatat bahwa dalam pipa dengan turbocharger, intensitas pelemahan fluktuasi tekanan aliran setelah menutup katup buang lebih tinggi daripada tanpa turbocharger.

Harus diasumsikan bahwa perubahan karakteristik aliran gas yang dijelaskan di atas ketika turbocharger dipasang di pipa knalpot turbin disebabkan oleh restrukturisasi aliran di saluran pembuangan, yang pasti akan menyebabkan perubahan. dalam karakteristik termofisika dari proses pembuangan.

Secara umum, ketergantungan perubahan tekanan pada pipa pada mesin pembakaran internal supercharged sesuai dengan yang diperoleh sebelumnya.

Gambar 53 menunjukkan grafik laju aliran massa G melalui pipa knalpot versus kecepatan poros engkol n untuk berbagai nilai tekanan berlebih pb dan konfigurasi sistem pembuangan (dengan dan tanpa turbocharger). Grafik ini diperoleh dengan menggunakan metodologi yang dijelaskan dalam.

Dari grafik yang ditunjukkan pada Gambar 53, terlihat bahwa untuk semua nilai tekanan berlebih awal, laju aliran massa G gas di pipa knalpot kira-kira sama baik dengan maupun tanpa TC.

Dalam beberapa mode operasi instalasi, perbedaan karakteristik aliran sedikit melebihi kesalahan sistematis, yang untuk menentukan laju aliran massa sekitar 8-10%. 0,0145G. kg/detik

Untuk pipa dengan penampang persegi

Sistem pembuangan ejeksi berfungsi sebagai berikut. Gas buang masuk ke sistem pembuangan dari silinder mesin ke saluran di kepala silinder 7, dari mana mereka masuk ke manifold buang 2. Tabung ejeksi 4 dipasang di manifold buang 2, di mana udara disuplai melalui elektro- katup pneumatik 5. Desain ini memungkinkan Anda membuat area penghalusan segera setelah saluran di kepala silinder.

Agar tabung ejeksi tidak menimbulkan hambatan hidraulik yang signifikan pada manifold buang, diameternya tidak boleh melebihi 1/10 dari diameter manifold ini. Ini juga diperlukan agar mode kritis tidak tercipta di manifold buang, dan fenomena penguncian ejektor tidak terjadi. Posisi sumbu tabung ejeksi relatif terhadap sumbu manifold buang (eksentrisitas) dipilih tergantung pada konfigurasi spesifik sistem pembuangan dan mode pengoperasian mesin. Dalam hal ini kriteria efisiensi adalah tingkat pemurnian silinder dari gas buang.

Eksperimen pencarian menunjukkan bahwa vakum (tekanan statis) yang dibuat di manifold buang 2 menggunakan tabung ejeksi 4 harus minimal 5 kPa. Jika tidak, pemerataan aliran berdenyut yang tidak mencukupi akan terjadi. Hal ini dapat menyebabkan terbentuknya arus balik di saluran, yang akan menyebabkan penurunan efisiensi pembersihan silinder, dan karenanya, penurunan tenaga mesin. Unit kontrol mesin elektronik 6 harus mengatur pengoperasian katup elektro-pneumatik 5 tergantung pada kecepatan poros engkol mesin. Untuk meningkatkan efek ejeksi, nosel subsonik dapat dipasang di ujung saluran keluar tabung ejeksi 4.

Ternyata nilai maksimum kecepatan aliran di saluran outlet dengan ejeksi konstan jauh lebih tinggi daripada tanpanya (hingga 35%). Selain itu, setelah menutup katup buang pada saluran buang ejeksi konstan, laju aliran keluar turun lebih lambat dibandingkan dengan saluran konvensional, yang menunjukkan bahwa saluran tersebut masih dibersihkan dari gas buang.

Gambar 63 menunjukkan ketergantungan aliran volume lokal Vx melalui saluran buang berbagai desain pada kecepatan poros engkol n. Mereka menunjukkan bahwa di seluruh rentang kecepatan poros engkol yang dipelajari, dengan pengeluaran konstan, aliran volume gas melalui sistem pembuangan meningkat, yang seharusnya mengarah pada pembersihan silinder yang lebih baik dari gas buang dan meningkatkan tenaga mesin.

Dengan demikian, penelitian menunjukkan bahwa penggunaan efek ejeksi konstan dalam sistem pembuangan mesin pembakaran dalam piston meningkatkan pembersihan gas silinder dibandingkan dengan sistem tradisional karena stabilisasi aliran dalam sistem pembuangan.

Perbedaan mendasar utama antara metode ini dan metode meredam denyut aliran di saluran pembuangan mesin pembakaran dalam bolak-balik menggunakan efek ejeksi konstan adalah bahwa udara disuplai melalui tabung ejeksi ke saluran pembuangan hanya selama langkah buang. Ini dapat dilakukan dengan pengaturan blok elektronik kontrol mesin, atau penggunaan unit kontrol khusus, yang diagramnya ditunjukkan pada Gambar 66.

Skema yang dikembangkan oleh penulis ini (Gambar 64) digunakan jika proses ejeksi tidak dapat dikontrol menggunakan unit kontrol mesin. Prinsip pengoperasian sirkuit semacam itu adalah sebagai berikut: magnet khusus harus dipasang pada roda gila mesin atau pada katrol poros bubungan, yang posisinya sesuai dengan momen buka dan tutup katup buang mesin. Magnet harus dipasang dengan kutub yang berbeda relatif terhadap sensor Hall bipolar 7, yang pada gilirannya harus berada di dekat magnet. Melewati sensor, sebuah magnet, dipasang sesuai dengan momen pembukaan katup buang, menyebabkan impuls listrik kecil, yang diperkuat oleh unit amplifikasi sinyal 5, dan diumpankan ke katup elektro-pneumatik, yang keluarannya terhubung ke output 2 dan 4 unit kontrol, setelah itu terbuka dan suplai udara dimulai . terjadi ketika magnet kedua lewat di dekat sensor 7, setelah itu katup elektro-pneumatik menutup.

Mari kita beralih ke data eksperimen yang diperoleh dalam kisaran kecepatan poros engkol n dari 600 hingga 3000 menit "1 pada tekanan berlebih konstan yang berbeda p di outlet (dari 0,5 hingga 200 kPa). Dalam percobaan, udara terkompresi dengan suhu 22 -24 C Vakum (tekanan statis) di belakang tabung ejeksi di sistem pembuangan adalah 5 kPa.

Gambar 65 menunjukkan ketergantungan tekanan lokal px (Y = 140 mm) dan laju aliran wx di pipa knalpot penampang melingkar dari mesin pembakaran dalam bolak-balik dengan ejeksi periodik pada sudut putaran poros engkol p di kelebihan tekanan buang pb = 100 kPa untuk berbagai kecepatan poros engkol.

Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa sepanjang seluruh siklus pelepasan terjadi fluktuasi tekanan mutlak di saluran pembuangan, nilai maksimum fluktuasi tekanan mencapai 15 kPa, dan nilai minimum mencapai ruang hampa 9 kPa. Kemudian, seperti pada saluran pembuangan klasik penampang melingkar, indikator ini masing-masing sama dengan 13,5 kPa dan 5 kPa. Perlu dicatat bahwa nilai tekanan maksimum diamati pada kecepatan poros engkol 1500 mnt "1, dalam mode pengoperasian mesin lainnya, fluktuasi tekanan tidak mencapai nilai tersebut. Ingatlah bahwa pada pipa asli penampang melingkar, peningkatan yang monoton dalam amplitudo fluktuasi tekanan diamati tergantung pada peningkatan kecepatan poros engkol.

Dari grafik ketergantungan laju aliran gas lokal w pada sudut putaran poros engkol, terlihat bahwa nilai kecepatan lokal selama langkah buang di saluran menggunakan efek ejeksi periodik lebih tinggi daripada di saluran klasik penampang melingkar di semua mode pengoperasian mesin. Ini menunjukkan pembersihan saluran pembuangan yang lebih baik.

Gambar 66 menunjukkan grafik yang membandingkan ketergantungan aliran volume gas pada kecepatan poros engkol dalam pipa penampang melingkar tanpa ejeksi dan pipa penampang melingkar dengan ejeksi berkala pada berbagai tekanan berlebih di saluran masuk ke saluran keluar.

Ukuran: px

Mulai tayangan dari halaman:

salinan

1 Sebagai Naskah Mashkur Mahmud A. MODEL MATEMATIKA DINAMIKA GAS DAN PROSES PERPINDAHAN PANAS PADA SISTEM INLET DAN EXHAUST ICE Kekhususan "Thermal Engines" Abstrak Disertasi Calon Sarjana Teknik St. Petersburg 2005

2 karakteristik umum Relevansi Pekerjaan dari disertasi Dalam kondisi modern dengan laju percepatan pembangunan mesin, serta tren dominan dalam intensifikasi proses kerja, tunduk pada peningkatan efisiensinya, semakin banyak perhatian diberikan untuk mengurangi waktu untuk membuat, menyempurnakan, dan memodifikasi jenis mesin yang ada. Faktor utama yang secara signifikan mengurangi waktu dan biaya material dalam tugas ini adalah penggunaan komputer modern. Namun, penggunaannya hanya efektif jika model matematika yang dibuat memadai untuk proses nyata yang menentukan fungsi mesin pembakaran internal. Yang paling akut pada tahap pengembangan bangunan mesin modern ini adalah masalah tekanan panas pada bagian-bagian grup silinder-piston (CPG) dan kepala silinder, yang terkait erat dengan peningkatan daya agregat. Proses perpindahan panas konvektif lokal sesaat antara fluida kerja dan dinding saluran gas-udara (GAC) masih kurang dipelajari dan merupakan salah satu hambatan dalam teori mesin pembakaran internal. Dalam hal ini, pembuatan metode komputasi-teoritis yang andal dan dibuktikan secara eksperimental untuk mempelajari perpindahan panas konvektif lokal dalam GWC, yang memungkinkan untuk memperoleh perkiraan yang andal tentang suhu dan tekanan panas dari bagian-bagian mesin pembakaran internal, merupakan masalah yang mendesak. . Solusinya akan memungkinkan untuk membuat pilihan desain dan solusi teknologi yang masuk akal, untuk meningkatkan ilmiah tingkat teknis desain, akan memungkinkan untuk mempersingkat siklus pembuatan mesin dan mendapatkan efek ekonomi dengan mengurangi biaya dan biaya penyempurnaan mesin secara eksperimental. Maksud dan tujuan penelitian Tujuan utama dari pekerjaan disertasi adalah untuk memecahkan serangkaian masalah teoretis, eksperimental dan metodologis,

3 terkait dengan pembuatan model matematika bebek baru dan metode untuk menghitung perpindahan panas konvektif lokal di GWC mesin. Sesuai dengan tujuan pekerjaan, tugas-tugas utama berikut diselesaikan, yang sebagian besar menentukan urutan metodologis pekerjaan: 1. Melakukan analisis teoretis aliran tidak stabil di GWC dan menilai kemungkinan menggunakan teori lapisan batas dalam menentukan parameter perpindahan panas konvektif lokal pada mesin; 2. Pengembangan algoritma dan implementasi numerik pada komputer masalah aliran fluida kerja yang tidak kental dalam elemen sistem intake-exhaust mesin multi-silinder dalam formulasi non-stasioner untuk menentukan kecepatan, suhu dan tekanan digunakan sebagai kondisi batas untuk penyelesaian lebih lanjut masalah dinamika gas dan perpindahan panas di rongga mesin GVK. 3. Penciptaan metode baru untuk menghitung bidang kecepatan sesaat aliran di sekitar badan kerja GWC dalam formulasi tiga dimensi; 4. Pengembangan model matematis perpindahan panas konvektif lokal di GWC menggunakan dasar-dasar teori lapisan batas. 5. Verifikasi kecukupan model matematis perpindahan panas lokal di GWC dengan membandingkan data eksperimen dan perhitungan. Implementasi rangkaian tugas ini memungkinkan untuk mencapai tujuan utama pekerjaan - pembuatan metode rekayasa untuk menghitung parameter lokal perpindahan panas konvektif dalam GWC mesin bensin. Urgensi masalah ditentukan oleh fakta bahwa penyelesaian tugas akan memungkinkan untuk membuat pilihan desain dan solusi teknologi yang masuk akal pada tahap desain mesin, untuk meningkatkan tingkat ilmiah dan teknis desain, untuk mempersingkat siklus pembuatan mesin dan untuk mendapatkan efek ekonomi dengan mengurangi biaya dan biaya penyempurnaan eksperimental produk. 2

4 Kebaruan ilmiah dari karya disertasi ini adalah: 1. Untuk pertama kali digunakan model matematika, yang secara rasional menggabungkan representasi satu dimensi dari proses dinamis gas di sistem masuk dan keluar mesin dengan representasi tiga dimensi dari aliran gas di GWC untuk menghitung parameter perpindahan panas lokal. 2. Landasan metodologi untuk merancang dan menyempurnakan mesin bensin telah dikembangkan dengan memodernisasi dan menyempurnakan metode untuk menghitung beban termal lokal dan keadaan termal elemen kepala silinder. 3. Data perhitungan dan eksperimen baru pada aliran gas spasial di saluran masuk dan keluar mesin dan distribusi suhu tiga dimensi di badan kepala silinder mesin bensin telah diperoleh. Keandalan hasil dipastikan dengan menggunakan metode analisis komputasi dan studi eksperimental yang telah terbukti, sistem umum persamaan yang mencerminkan hukum dasar kekekalan energi, massa, momentum dengan kondisi awal dan batas yang sesuai, metode numerik modern untuk penerapan model matematika, penggunaan GOST dan peraturan lainnya, kalibrasi yang sesuai dari unsur-unsur kompleks pengukuran dalam suatu studi eksperimental, serta kesepakatan yang memuaskan antara hasil pemodelan dan eksperimen. Nilai praktis dari hasil yang diperoleh terletak pada kenyataan bahwa algoritme dan program untuk menghitung siklus kerja tertutup mesin bensin dengan representasi satu dimensi dari proses dinamis gas dalam sistem masuk dan keluar mesin, serta sebagai algoritme dan program untuk menghitung parameter perpindahan panas di GVK kepala silinder mesin bensin dalam formulasi tiga dimensi, direkomendasikan untuk diterapkan. Hasil studi teoritis, dikonfirmasi 3

5 percobaan, dapat secara signifikan mengurangi biaya perancangan dan penyempurnaan mesin. Persetujuan hasil pekerjaan. Pokok-pokok karya disertasi dilaporkan pada seminar ilmiah Jurusan ICE SPbSPU tahun ini, pada Pekan Ilmiah SPbSPU XXXI dan XXXIII (2002 dan 2004). Publikasi Berdasarkan materi disertasi, 6 publikasi diterbitkan. Struktur dan Ruang Lingkup Pekerjaan Disertasi terdiri dari pengantar, bab kelima, kesimpulan dan daftar pustaka 129 judul. Berisi 189 halaman, termasuk: 124 halaman teks utama, 41 gambar, 14 tabel, 6 foto. Isi karya Dalam pendahuluan, relevansi topik disertasi dibuktikan, maksud dan tujuan penelitian ditentukan, kebaruan ilmiah dan signifikansi praktis dari karya tersebut dirumuskan. Karakteristik umum dari pekerjaan diberikan. Bab pertama berisi analisis karya utama studi teoritis dan eksperimental proses dinamika gas dan perpindahan panas pada mesin pembakaran dalam. Tugas penelitian ditetapkan. Tinjauan bentuk desain saluran buang dan masuk di kepala silinder dan analisis metode dan hasil studi eksperimental dan komputasi-teoritis dari aliran gas stasioner dan non-stasioner di saluran gas-udara mesin pembakaran internal adalah dilakukan. Pendekatan saat ini untuk perhitungan dan pemodelan proses termo dan gas-dinamis, serta intensitas perpindahan panas di GWC, dipertimbangkan. Disimpulkan bahwa sebagian besar memiliki ruang lingkup terbatas dan tidak memberikan gambaran lengkap tentang distribusi parameter perpindahan panas di atas permukaan GWC. Pertama-tama, hal ini disebabkan oleh fakta bahwa penyelesaian masalah pergerakan fluida kerja di GWC dilakukan dalam 4 dimensi atau dua dimensi yang disederhanakan.

6 pernyataan, yang tidak berlaku dalam kasus GVK bentuk kompleks. Selain itu, dicatat bahwa, dalam banyak kasus, rumus empiris atau semi-empiris digunakan untuk menghitung perpindahan panas konvektif, yang juga tidak memungkinkan diperolehnya akurasi solusi yang diperlukan dalam kasus umum. Masalah-masalah ini sebelumnya dianggap paling lengkap dalam karya Bravin V.V., Isakov Yu.N., Grishin Yu.A., Kruglov M.G., Kostin A.K., Kavtaradze R.Z., Ovsyannikov M.K. , Petrichenko R.M., Petrichenko M.R., Rosenblit G.B., Stradomsky M.V., Chainova N.D., Shabanova A.Yu., Zaitseva A.B., Mundshtukova D.A., Unru P.P., Shekhovtsova A.F., Voshni G, Heyvuda J., Benson R.S., Garg R.D., Woollatt D., Chapman M., Novak J.M., Stein R.A., Daneshyar H ., Horlock JH, Winterbone D.E., Kastner L.J., Williams T.J., White B.J., Ferguson C.R. Analisis masalah yang ada dan metode untuk mempelajari dinamika gas dan perpindahan panas di GVK memungkinkan untuk merumuskan tujuan utama penelitian sebagai pembuatan metode untuk menentukan parameter aliran gas di GVK dalam tiga dimensi. pengaturan, diikuti dengan perhitungan perpindahan panas lokal di GVK kepala silinder mesin pembakaran internal berkecepatan tinggi dan penerapan metode ini untuk menyelesaikan masalah praktis tugas mengurangi tegangan termal kepala silinder dan katup. Sehubungan dengan hal tersebut di atas, tugas-tugas berikut ditetapkan dalam pekerjaan: - Untuk membuat metode baru untuk pemodelan perpindahan panas satu dimensi-tiga dimensi dalam sistem pembuangan dan pemasukan mesin, dengan mempertimbangkan aliran gas tiga dimensi yang kompleks di dalamnya, untuk mendapatkan informasi awal untuk menetapkan kondisi batas perpindahan panas saat menghitung masalah tekanan panas ICE kepala silinder piston; - Mengembangkan metodologi untuk menetapkan kondisi batas pada saluran masuk dan keluar saluran gas-udara berdasarkan solusi model non-stasioner satu dimensi dari siklus kerja mesin multi silinder; - Periksa keandalan metodologi menggunakan perhitungan pengujian dan membandingkan hasil yang diperoleh dengan data eksperimen dan perhitungan menggunakan metode yang sebelumnya dikenal dalam pembuatan mesin; 5

7 - Periksa dan perbaiki metodologi dengan melakukan studi komputasi dan eksperimental tentang keadaan termal kepala silinder mesin dan membandingkan data eksperimental dan perhitungan pada distribusi suhu di bagian tersebut. Bab kedua dikhususkan untuk pengembangan model matematika dari siklus kerja tertutup dari mesin pembakaran internal multi-silinder. Untuk mengimplementasikan skema perhitungan satu dimensi dari proses kerja mesin multi-silinder, metode karakteristik yang terkenal dipilih, yang menjamin tingkat konvergensi dan stabilitas proses perhitungan yang tinggi. Sistem gas-udara mesin digambarkan sebagai kumpulan elemen individu silinder yang saling berhubungan secara aerodinamis, bagian saluran masuk dan keluar serta nosel, manifold, muffler, konverter, dan pipa. Proses aerodinamis dalam sistem intake-exhaust dijelaskan menggunakan persamaan dinamika gas satu dimensi dari gas kompresibel yang tidak kental: Persamaan kontinuitas: ρ u ρ u + ρ + u + ρ t x x F df dx = 0 ; F 2 \u003d π 4 D; (1) Persamaan gerak: u t u + u x 1 p 4 f + + ρ x D 2 u 2 u u = 0 ; f τ = w ; (2) 2 0,5ρu Persamaan kekekalan energi: p p + u a t x 2 ρ ​​x + 4 f D u 2 (k 1) ρ q u = 0 2 u u ; 2 kp a = ρ, (3) dimana a adalah kecepatan suara; kerapatan ρ-gas; u adalah kecepatan aliran sepanjang sumbu x; t- waktu; p-tekanan; f-koefisien kerugian linier; D-diameter C pipa; k = P adalah rasio kapasitas panas spesifik. C V 6

8 Kondisi batas ditetapkan (berdasarkan persamaan dasar: kontinuitas, konservasi energi, dan rasio densitas dan kecepatan suara dalam aliran non-isentropik) dengan kondisi celah katup di dalam silinder, serta kondisi inlet dan outlet mesin. Model matematika dari siklus kerja tertutup mesin mencakup rasio yang dihitung yang menggambarkan proses dalam silinder mesin dan bagian dari sistem masuk dan keluar. Proses termodinamika dalam silinder dijelaskan menggunakan teknik yang dikembangkan di Universitas Pedagogi Negeri St. Petersburg. Program ini menyediakan kemampuan untuk menentukan parameter sesaat dari aliran gas di silinder dan di sistem masuk dan keluar untuk desain mesin yang berbeda. Aspek umum penerapan model matematika satu dimensi dengan metode karakteristik (fluida kerja tertutup) dipertimbangkan, dan beberapa hasil penghitungan perubahan parameter aliran gas dalam silinder dan dalam sistem masuk dan keluar sistem tunggal- dan mesin multi-silinder ditampilkan. Hasil yang diperoleh memungkinkan untuk mengevaluasi tingkat kesempurnaan organisasi sistem intake-exhaust mesin, optimalitas fase distribusi gas, kemungkinan penyesuaian dinamis-gas dari proses kerja, keseragaman operasi masing-masing silinder, dll. Tekanan, temperatur, dan laju aliran gas pada inlet dan outlet ke saluran gas-udara dari kepala silinder, yang ditentukan dengan menggunakan teknik ini, digunakan dalam perhitungan selanjutnya dari proses perpindahan panas dalam rongga ini sebagai kondisi batas. Bab ketiga dikhususkan untuk deskripsi metode numerik baru yang memungkinkan untuk menghitung kondisi batas keadaan termal dari saluran gas-udara. Tahapan utama perhitungan adalah: analisis satu dimensi dari proses pertukaran gas non-stasioner di bagian sistem masuk dan keluar dengan metode karakteristik (bab kedua), perhitungan tiga dimensi dari aliran kuasi-stasioner di asupan dan 7

9 saluran pembuangan dengan metode elemen hingga FEM, perhitungan koefisien perpindahan panas lokal dari fluida kerja. Hasil dari tahap pertama program loop tertutup digunakan sebagai syarat batas pada tahap selanjutnya. Untuk menggambarkan proses gas-dinamis dalam saluran, skema kuasi-stasioner aliran gas inviscid yang disederhanakan (sistem persamaan Euler) dengan bentuk variabel wilayah dipilih karena kebutuhan untuk memperhitungkan pergerakan katup: r V = 0 r r 1 (V) V = p volume katup, sebuah fragmen dari selongsong pemandu membuatnya perlu untuk 8 ρ. (4) Sebagai syarat batas, kecepatan gas sesaat yang dirata-ratakan pada penampang melintang pada bagian inlet dan outlet ditetapkan. Kecepatan tersebut, serta suhu dan tekanan di saluran, diatur berdasarkan hasil penghitungan proses kerja mesin multi silinder. Untuk menghitung masalah dinamika gas, metode elemen hingga FEM dipilih, yang memberikan akurasi pemodelan tinggi dalam kombinasi dengan biaya yang dapat diterima untuk pelaksanaan perhitungan. Algoritma perhitungan FEM untuk menyelesaikan masalah ini didasarkan pada meminimalkan fungsi variasional yang diperoleh dengan mengubah persamaan Euler menggunakan metode Bubnov-Galerkin: (l l l l l l m m) k UU Φ x + VU Φ y + WU Φ z + p ψ x Φ) l l l l l l m m k (UV Φ x + VV Φ y + WV Φ z + p ψ y) Φ) l l l l l l m m k (UW Φ x + VW Φ y + WW Φ z + p ψ z) Φ) l l l l l l m (U Φ x + V Φ y + W Φ z ) ψ dxdydz = 0. dxdydz = 0, dxdydz = 0, dxdydz = 0, (5)

10 penggunaan model tiga dimensi dari domain komputasi. Contoh model perhitungan saluran masuk dan keluar mesin VAZ-2108 ditunjukkan pada gambar. 1.-b- -sebuah nasi.1. Model (a) saluran masuk dan (b) saluran keluar dari mesin VAZ Untuk menghitung perpindahan panas di GVK, dipilih model dua zona volumetrik, asumsi utamanya adalah pembagian volume menjadi daerah-daerah inviscid inti dan lapisan batas. Untuk mempermudah, penyelesaian masalah dinamika gas dilakukan dalam formulasi quasi-stasioner, yaitu tanpa memperhitungkan kompresibilitas fluida kerja. Analisis kesalahan perhitungan menunjukkan kemungkinan asumsi seperti itu, kecuali untuk waktu yang singkat segera setelah pembukaan celah katup, yang tidak melebihi 5-7% dari total waktu siklus pertukaran gas. Proses pertukaran panas di GVK dengan katup terbuka dan tertutup memiliki sifat fisik yang berbeda (masing-masing konveksi paksa dan bebas), dan oleh karena itu dijelaskan dengan dua metode berbeda. Ketika katup ditutup, teknik yang diusulkan oleh MSTU digunakan, yang memperhitungkan dua proses pemuatan termal kepala di bagian siklus kerja ini karena konveksi bebas itu sendiri dan karena konveksi paksa karena osilasi sisa kolom 9

11 gas di saluran di bawah pengaruh variabilitas tekanan di manifold mesin multi-silinder. Dengan katup terbuka, proses pertukaran panas mematuhi hukum konveksi paksa yang diprakarsai oleh gerakan terorganisir dari fluida kerja selama siklus pertukaran gas. Perhitungan perpindahan panas dalam hal ini melibatkan solusi dua tahap dari masalah: analisis struktur sesaat lokal dari aliran gas dalam saluran dan perhitungan intensitas perpindahan panas melalui lapisan batas yang terbentuk pada dinding saluran. Perhitungan proses perpindahan panas konvektif di GWC didasarkan pada model perpindahan panas dalam aliran di sekitar dinding datar, dengan mempertimbangkan struktur laminar atau turbulen dari lapisan batas. Ketergantungan kriteria perpindahan panas disempurnakan berdasarkan hasil perbandingan perhitungan dan data eksperimen. Bentuk akhir ketergantungan ini diberikan di bawah ini: Untuk lapisan batas turbulen: 0,8 x Re 0 Nu = Pr (6) x Untuk lapisan batas laminar: Nu Nu x x αxx = λ (m,pr) = Φ Re t x Kτ, (7) dimana: α x koefisien perpindahan panas lokal; Nu x, Re x nilai lokal masing-masing dari angka Nusselt dan Reynolds; Nomor Pr Prandtl pada waktu tertentu; m karakteristik gradien aliran; Ф(m,Pr) adalah fungsi yang bergantung pada indeks gradien aliran m dan angka Prandtl 0,15 dari fluida kerja Pr; K τ = Re d - faktor koreksi. Menurut nilai sesaat fluks panas pada titik yang dihitung dari permukaan penerima panas, rata-rata dilakukan selama siklus, dengan mempertimbangkan periode penutupan katup. 10

12 Bab keempat dikhususkan untuk deskripsi studi eksperimental keadaan suhu kepala silinder mesin bensin. Sebuah studi eksperimental dilakukan untuk menguji dan memperbaiki metodologi teoritis. Tugas percobaan adalah untuk mendapatkan distribusi suhu stasioner di badan kepala silinder dan membandingkan hasil perhitungan dengan data yang diperoleh. Pekerjaan eksperimental dilakukan di Departemen ICE Universitas Politeknik Negeri St.Petersburg di bangku tes dengan mesin mobil VAZ.Pekerjaan persiapan kepala silinder dilakukan oleh penulis di Departemen ICE St. Petersburg. Untuk mengukur distribusi suhu stasioner di kepala, 6 termokopel chromel-copel digunakan, dipasang di sepanjang permukaan GVK. Pengukuran dilakukan baik dari segi kecepatan maupun karakteristik beban pada variasi kecepatan poros engkol konstan. Sebagai hasil percobaan, pembacaan termokopel yang diambil selama operasi mesin diperoleh sesuai dengan karakteristik kecepatan dan beban. Dengan demikian, penelitian yang dilakukan menunjukkan berapa suhu sebenarnya di bagian kepala silinder mesin pembakaran dalam. Lebih banyak perhatian diberikan pada bab pemrosesan hasil eksperimen dan estimasi kesalahan. Bab kelima menyajikan data studi komputasi, yang dilakukan untuk memverifikasi model matematis perpindahan panas di GWC dengan membandingkan data yang dihitung dengan hasil eksperimen. Pada ara. Gambar 2 menunjukkan hasil pemodelan medan kecepatan pada saluran masuk dan keluar mesin VAZ-2108 dengan menggunakan metode elemen hingga. Data yang diperoleh sepenuhnya mengkonfirmasi ketidakmungkinan menyelesaikan masalah ini di pengaturan lain, kecuali untuk tiga dimensi, 11

13 karena batang katup berpengaruh signifikan terhadap hasil di area kritis kepala silinder. Pada ara. Gambar 3-4 memperlihatkan contoh hasil perhitungan laju perpindahan panas pada saluran inlet dan outlet. Penelitian telah menunjukkan, khususnya, sifat perpindahan panas yang sangat tidak merata baik di sepanjang generatrix saluran dan di sepanjang koordinat azimut, yang, jelas, dijelaskan oleh struktur aliran gas-udara yang sangat tidak merata di saluran. Bidang koefisien perpindahan panas yang dihasilkan digunakan untuk perhitungan lebih lanjut dari keadaan suhu kepala silinder. Kondisi batas untuk perpindahan panas di atas permukaan ruang bakar dan rongga pendingin diatur menggunakan teknik yang dikembangkan di Universitas Politeknik Negeri St. Petersburg. Perhitungan medan suhu di kepala silinder dilakukan untuk operasi mesin dalam keadaan tunak dengan kecepatan poros engkol 2500 hingga 5600 rpm sesuai dengan karakteristik kecepatan dan beban eksternal. Sebagai skema desain kepala silinder mesin VAZ, bagian kepala yang terkait dengan silinder pertama dipilih. Saat memodelkan keadaan termal, metode elemen hingga dalam formulasi tiga dimensi digunakan. Gambar lengkap medan termal untuk model perhitungan ditunjukkan pada Gambar. . 5. Hasil studi komputasi dipresentasikan dalam bentuk perubahan suhu pada badan kepala silinder pada tempat pemasangan termokopel. Perbandingan data yang dihitung dan eksperimen menunjukkan konvergensi yang memuaskan, kesalahan perhitungan tidak melebihi 34%. 12

14 Kanal keluar, ϕ = 190 Kanal masuk, ϕ = 380 ϕ =190 ϕ = 380 Gbr.2. Bidang kecepatan fluida kerja di saluran buang dan saluran masuk mesin VAZ-2108 (n = 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- 3. Kurva perubahan intensitas perpindahan panas pada permukaan luar -a- Saluran keluar -b- Saluran masuk saluran. 13

15 α (W/m 2 K) di awal saluran inlet Di tengah saluran inlet di akhir bagian saluran inlet-1 α (W/m 2 K) di awal saluran outlet di tengah saluran keluar di ujung bagian saluran keluar Sudut putar Sudut putar - b- Saluran masuk -a- Saluran keluar Gbr. 4. Kurva perubahan laju perpindahan panas tergantung pada sudut putaran poros engkol. -a- -b- Gambar. Gambar 5. Gambaran umum dari model elemen hingga kepala silinder (a) dan medan temperatur yang dihitung (n=5600 rpm) (b). 14

16 Kesimpulan tentang pekerjaan. Berdasarkan hasil pekerjaan yang dilakukan, kesimpulan utama berikut dapat ditarik: 1. Model satu dimensi-tiga dimensi baru untuk menghitung proses spasial yang kompleks dari aliran fluida kerja dan perpindahan panas di saluran saluran kepala silinder mesin pembakaran internal piston sewenang-wenang diusulkan dan diimplementasikan, yang dibedakan dengan akurasi yang lebih tinggi dan keserbagunaan lengkap dibandingkan dengan hasil metode yang diusulkan sebelumnya. 2. Data baru telah diperoleh tentang fitur dinamika gas dan perpindahan panas dalam saluran gas-udara, mengkonfirmasikan sifat proses yang kompleks secara spasial tidak seragam, yang secara praktis mengecualikan kemungkinan pemodelan dalam versi satu dimensi dan dua dimensi dari masalah. 3. Perlunya pengaturan kondisi batas untuk menghitung masalah dinamika gas saluran masuk dan keluar berdasarkan solusi dari masalah aliran gas yang tidak stabil di saluran pipa dan saluran mesin multi silinder dikonfirmasi. Kemungkinan mempertimbangkan proses ini dalam formulasi satu dimensi terbukti. Metode untuk menghitung proses ini berdasarkan metode karakteristik diusulkan dan diterapkan. 4. Studi eksperimental yang dilakukan memungkinkan penyesuaian pada metode perhitungan yang dikembangkan dan memastikan keakuratan dan keandalannya. Perbandingan suhu yang dihitung dan diukur pada bagian tersebut menunjukkan kesalahan hasil maksimum, tidak melebihi 4%. 5. Perhitungan yang diusulkan dan teknik eksperimental dapat direkomendasikan untuk diterapkan di perusahaan di industri pembuatan mesin ketika merancang mesin pembakaran internal piston empat langkah yang baru dan menyempurnakan yang ada. 15

17 Karya-karya berikut telah dipublikasikan dengan topik disertasi: 1. Shabanov A.Yu., Mashkur M.A. Pengembangan model dinamika gas satu dimensi pada sistem intake dan exhaust mesin pembakaran dalam // Dep. dalam VINITI: N1777-B2003 tertanggal, 14 hal. 2. Shabanov A.Yu., Zaitsev A.B., Mashkur M.A. Metode elemen hingga untuk menghitung kondisi batas untuk beban termal kepala silinder mesin piston // Dep. dalam VINITI: N1827-B2004 tertanggal, 17 hal. 3. Shabanov A.Yu., Makhmud Mashkur A. Studi komputasi dan eksperimental tentang keadaan suhu kepala silinder mesin // Dvigatelestroyeniye: Koleksi ilmiah dan teknis yang didedikasikan untuk peringatan 100 tahun Pekerja Kehormatan Sains dan Teknologi Federasi Rusia Profesor N.Kh. Dyachenko // Bertanggung jawab. ed. L.E. Magidovich. Petersburg: Rumah Penerbitan Universitas Politeknik, bersama Shabanov A.Yu., Zaitsev A.B., Mashkur M.A. Metode baru untuk menghitung kondisi batas untuk pemuatan termal kepala silinder mesin piston // Dvigatelestroyeniye, N5 2004, 12 p. 5. Shabanov A.Yu., Makhmud Mashkur A. Penerapan metode elemen hingga dalam menentukan syarat batas keadaan termal kepala silinder // Pekan Sains XXXIII SPbSPU: Prosiding Konferensi Ilmiah Antaruniversitas. Petersburg: Rumah Penerbitan Universitas Politeknik, 2004, bersama Mashkur Mahmud A., Shabanov A.Yu. Penerapan metode karakteristik untuk mempelajari parameter gas di saluran gas-udara mesin pembakaran dalam. Pekan Ilmiah SPbSPU XXXI. Bagian II. Materi konferensi ilmiah antar universitas. SPb.: Rumah Penerbitan SPbGPU, 2003, hal.

18 Pekerjaan itu dilakukan di Lembaga Pendidikan Negara Pendidikan Profesional Tinggi "Universitas Politeknik Negeri St. Petersburg", di Departemen Mesin Pembakaran Internal. Pengawas - Kandidat Ilmu Teknik, Associate Professor Alexander Yurievich Shabanov Lawan resmi - Doktor Ilmu Teknik, Profesor Erofeev Valentin Leonidovich Kandidat Ilmu Teknik, Associate Professor Kuznetsov Dmitry Borisovich Organisasi terkemuka - Perusahaan Kesatuan Negara "TsNIDI" Lembaga pendidikan negara pendidikan tinggi profesional "Universitas Politeknik Negeri St. Petersburg" di alamat: St. Petersburg, st. Politekhnicheskaya 29, Gedung utama, kamar. Abstrak dikirim pada tahun 2005. Sekretaris Ilmiah Dewan Disertasi, Doktor Ilmu Teknik, Associate Professor Khrustalev B.S.

Sebagai manuskrip Bulgakov Nikolai Viktorovich PEMODELAN MATEMATIKA DAN STUDI NUMERIK PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA TURBULEN PADA MESIN PEMBAKARAN INTERNAL 05.13.18 - Pemodelan matematika,

TINJAUAN lawan resmi Sergey Grigoryevich Dragomirov untuk disertasi Natalya Mikhailovna Smolenskaya “Meningkatkan efisiensi mesin pengapian percikan melalui penggunaan komposit gas

TINJAUAN lawan resmi Igor Vasilyevich Kudinov untuk disertasi Maxim Igorevich Supelnyak “Investigasi proses siklik konduktivitas termal dan termoelastisitas pada lapisan termal benda padat

Pekerjaan laboratorium 1. Perhitungan kriteria kesamaan untuk studi proses perpindahan panas dan massa dalam cairan. Tujuan pekerjaan Penggunaan alat spreadsheet MS Excel dalam perhitungan

June 12, 2017 Proses gabungan konveksi dan konduksi panas disebut perpindahan panas konvektif. Konveksi alami disebabkan oleh perbedaan berat jenis media yang dipanaskan secara tidak merata, dilakukan

METODE PERHITUNGAN DAN EKSPERIMENTAL UNTUK MENENTUKAN KOEFISIEN ALIRAN DARI JENDELA PENGELUAR DARI MESIN DUA LANGKAH DENGAN CRANK-CHAMBER E.A. Jerman, A.A. Balashov, A.G. Kuzmin 48 Indikator kekuatan dan ekonomi

UDC 621.432 METODE ESTIMASI KONDISI BATAS DALAM MENYELESAIKAN MASALAH MENENTUKAN KEADAAN TERMAL MESIN PISTON 4H 8.2/7.56 G.V. Lomakin Metode universal untuk memperkirakan kondisi batas untuk

Bagian "MESIN TURBIN PISTON DAN GAS". Metode untuk meningkatkan pengisian silinder mesin pembakaran internal berkecepatan tinggi prof. Fomin V.M., Ph.D. Runovsky K.S., Ph.D. Apelinsky D.V.,

UDC 621.43.016 A.V. Trinev, Ph.D. teknologi. Sains, A.G. Kosulin, Ph.D. teknologi. Sains, A.N. Avramenko, insinyur PENGGUNAAN PENDINGINAN UDARA LOKAL PADA RAKITAN KATUP UNTUK DIESEL AUTO-TRAKTOR PAKSA

KOEFISIEN TRANSFER PANAS MANIFOLD BUANG ES Sukhonos R. F., sarjana ZNTU Pembimbing Mazin V. A., Ph.D. teknologi. Sains, Assoc. ZNTU Dengan penyebaran mesin pembakaran internal gabungan, menjadi penting untuk dipelajari

BEBERAPA BIDANG ILMIAH DAN METODOLOGI KEGIATAN PEKERJA SISTEM DPO DI ALTGU

BADAN RUANG ANGKASA NEGARA UKRAINA "BIRO DESAIN" SELATAN "IM. MK YANGEL" Sebagai manuskrip Shevchenko Sergey Andreevich UDC 621.646.45 PENINGKATAN SISTEM PNEUMO

ABSTRAK disiplin (kursus pelatihan) M2.DV4 Perpindahan panas lokal pada mesin pembakaran dalam (kode dan nama disiplin (kursus pelatihan)) Perkembangan teknologi modern membutuhkan pengenalan yang baru secara luas

KONDUKTIVITAS PANAS DALAM PROSES NON-STASIONER Perhitungan medan suhu dan fluks panas dalam proses konduksi panas akan dipertimbangkan menggunakan contoh pemanasan atau pendinginan padatan, karena dalam padatan

TINJAUAN lawan resmi pada karya disertasi Moskalenko Ivan Nikolaevich "PENINGKATAN METODE PROFILING PERMUKAAN SAMPING PISTON MESIN PEMBAKARAN INTERNAL", disajikan

UDC 621.43.013 E.P. Voropaev, insinyur SIMULASI KARAKTERISTIK KECEPATAN LUAR MESIN SUZUKI GSX-R750 SPORTBIKE

94 Rekayasa dan Teknologi UDC 6.436 P. V. Dvorkin Universitas Transportasi Kereta Api Petersburg

TINJAUAN lawan resmi untuk disertasi Chichilanov Ilya Ivanovich, dilakukan pada topik "Meningkatkan metode dan cara mendiagnosis mesin diesel" untuk gelar

UDC 60.93.6:6.43 E. A. Kochetkov, A. S. Kurylev PENELITIAN EKSPERIMENTAL Investigasi keausan kavitasi pada mesin internal

Pekerjaan laboratorium 4 STUDI PERPINDAHAN PANAS DENGAN GERAKAN UDARA BEBAS Tugas 1. Melakukan pengukuran termoteknik untuk menentukan koefisien perpindahan panas pipa horizontal (vertikal)

UDC 612.43.013 Proses kerja pada mesin pembakaran dalam A.A. Khandrimailov, insinyur, V.G. Solodov, Dr.tech. STRUKTUR ALIRAN AIR CHARGE PADA SILINDER DIESEL PADA LANGKAH INTAKE DAN KOMPRESI

UDC 53.56 ANALISIS PERSAMAAN LAPISAN BATAS LAMINAR Dr. teknologi. ilmu, prof. ESMAN R. I. Universitas Teknik Nasional Belarusia Saat mengangkut pembawa energi cair di saluran dan pipa

SAYA SETUJU : ld y I / - gt l. rektor untuk karya ilmiah dan A * ^ 1 dokter pertengkaran biologis M.G. Baryshev ^., - * s ^ x \ "l, 2015 TINJAUAN ORGANISASI TERKEMUKA untuk karya disertasi Elena Pavlovna Yartseva

PERPINDAHAN PANAS Garis besar kuliah: 1. Perpindahan panas selama pergerakan fluida bebas dalam volume besar. Perpindahan panas selama gerakan bebas cairan dalam ruang terbatas 3. Gerakan paksa cairan (gas).

KULIAH 13 PERSAMAAN PERHITUNGAN PADA PROSES PERPINDAHAN PANAS Penentuan koefisien perpindahan panas dalam proses tanpa mengubah keadaan agregat pendingin Proses pertukaran panas tanpa mengubah agregat

TINJAUAN lawan resmi untuk tesis Nekrasova Svetlana Olegovna "Pengembangan metodologi umum untuk merancang mesin dengan suplai panas eksternal dengan tabung pulsasi", diajukan untuk pertahanan

15.1.2. PERPINDAHAN PANAS KONVEKTIF DI BAWAH GERAKAN FLUID PAKSA DALAM PIPA DAN SALURAN Dalam hal ini, koefisien perpindahan panas berdimensi kriteria Nusselt (angka) bergantung pada kriteria Grashof (pada

TINJAUAN lawan resmi Tsydypov Baldandorzho Dashievich untuk karya disertasi Dabaeva Maria Zhalsanovna “Metode mempelajari getaran sistem benda padat yang dipasang pada batang elastis, berdasarkan

FEDERASI RUSIA (19) RU (11) (51) IPC F02B 27/04 (2006.01) F01N 13/08 (2010.01) 169 115 (13) U1 R U 1 6 9 1 1 5 U 1 LAYANAN FEDERAL UNTUK KEKAYAAN INTELEKTUAL (12 ) DESKRIPSI MODEL UTILITAS

MODUL. PERPINDAHAN PANAS KONVEKTIF PADA MEDIA FASE TUNGGAL Kekhususan 300 "Fisika Teknik" Kuliah 10. Kesamaan dan pemodelan proses perpindahan panas konvektif Pemodelan proses perpindahan panas konvektif

UDC 673 RV KOLOMIETS (Ukraina, Dnepropetrovsk, Institut Mekanika Teknis Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Ukraina dan Komite Penerbangan Sipil Negara Ukraina) PERPINDAHAN PANAS KONVEKTIF DALAM PENGERING FOUNTAIN UDARA

Tinjauan lawan resmi untuk karya disertasi Podryga Victoria Olegovna "Simulasi numerik multi-skala aliran gas di saluran mikrosistem teknis", diajukan untuk kompetisi ilmuwan

TINJAUAN lawan resmi untuk disertasi Alyukov Sergey Viktorovich "Fondasi ilmiah transmisi stepless inersia dari peningkatan kapasitas beban", diajukan untuk gelar

Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia Lembaga Pendidikan Tinggi Pendidikan Profesional SAMARA NEGERI AEROSPACE UNIVERSITY dinamai Akademisi

TINJAUAN lawan resmi Pavlenko Alexander Nikolaevich pada disertasi Bakanov Maxim Olegovich "Studi tentang dinamika proses pembentukan pori selama perlakuan panas dari muatan kaca busa", disajikan

D "spbpu a" "rotega o" "a IIIIII I L 1!! ^.1899 ... G KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN ILMU RUSIA Lembaga Pendidikan Otonomi Negara Federal Pendidikan Tinggi "Universitas Politeknik St. Petersburg

TINJAUAN lawan resmi disertasi LEPESHKIN Dmitry Igorevich dengan topik “Meningkatkan performa mesin diesel dalam kondisi pengoperasian dengan meningkatkan stabilitas kerja peralatan bahan bakar dipersembahkan oleh

Umpan balik dari lawan resmi pada karya disertasi Yulia Vyacheslavovna Kobyakova dengan topik: "Analisis kualitatif creep bahan bukan tenunan pada tahap pengorganisasian produksinya untuk meningkatkan daya saing,

Tes dilakukan pada dudukan mesin Dengan mesin injeksi VAZ-21126. Mesin dipasang pada dudukan rem tipe MS-VSETIN, dilengkapi dengan alat ukur yang memungkinkan Anda untuk mengontrol

Jurnal elektronik "Akustik Teknis" http://webceter.ru/~eeaa/ejta/ 004, 5 Institut Politeknik Pskov Rusia, 80680, Pskov, st. L. Tolstoy, 4, email: [email dilindungi] Tentang kecepatan suara

Tinjau lawan resmi untuk karya disertasi Egorova Marina Avinirovna dengan topik: "Pengembangan metode untuk pemodelan, peramalan, dan evaluasi sifat operasional tali tekstil polimer

Di ruang kecepatan. Pekerjaan ini sebenarnya ditujukan untuk membuat paket industri untuk menghitung aliran gas yang dijernihkan berdasarkan solusi persamaan kinetik dengan integral tumbukan model.

DASAR-DASAR TEORI PERPINDAHAN PANAS Kuliah 5 Rencana perkuliahan: 1. Konsep umum teori perpindahan panas konvektif. Perpindahan panas selama gerakan bebas cairan dalam volume besar 3. Perpindahan panas selama gerakan bebas cairan

METODE IMPLISIT UNTUK MEMECAHKAN MASALAH ADJECTED LAMINAR BOUNDARY LAPIS PADA PLAT Rencana Pelajaran: 1 Tujuan Pekerjaan Persamaan Diferensial Lapisan Batas Termal 3 Deskripsi Masalah yang Akan Diselesaikan 4 Metode Penyelesaian

Metodologi untuk menghitung keadaan suhu bagian kepala elemen roket dan teknologi luar angkasa selama operasi darat mereka # 09, September 2014 Kopytov V.S., Puchkov V.M. UDC: 621.396 Russia, MSTU im.

Tegangan dan kerja nyata pondasi pada beban siklus rendah, dengan mempertimbangkan riwayat pembebanan. Sesuai dengan ini, topik penelitian relevan. Evaluasi struktur dan isi karya B

TINJAUAN lawan resmi Doktor Ilmu Teknik, Profesor Pavel Ivanovich Pavlov pada karya disertasi Aleksey Nikolaevich Kuznetsov dengan topik: “Pengembangan sistem pengurangan kebisingan aktif di

1 Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia Anggaran Negara Federal Lembaga Pendidikan Pendidikan Profesi Tinggi “Vladimir State University

Kepada dewan disertasi D 212.186.03 FSBEI HE "Universitas Negeri Penza" kepada Sekretaris Ilmiah, Doktor Ilmu Teknik, Profesor Voyachek I.I. 440026, Penza, st. Krasnaya, 40 TINJAUAN TERHADAP LAWAN RESMI Semenov

SAYA SETUJU: Wakil Rektor Pertama, Wakil Rektor Bidang Karya Ilmiah dan Inovatif Lembaga Pendidikan Anggaran Negara Federal Pendidikan Tinggi ^ Universitas Negeri) Igorievich

BAHAN KONTROL DAN PENGUKURAN dalam disiplin "Unit daya" Pertanyaan untuk tes 1. Untuk apa mesin itu, dan jenis mesin apa yang dipasang mobil domestik? 2. Klasifikasi

D.V. Grinev (PhD), M.A. Donchenko (PhD, Profesor Madya), A.N. Ivanov (mahasiswa pascasarjana), A.L. Perminov (mahasiswa pascasarjana) PENGEMBANGAN METODE PERHITUNGAN DAN PERANCANGAN MESIN ROTARY BLADED DENGAN SUPLAI EKSTERNAL

Pemodelan tiga dimensi dari proses kerja dalam mesin piston putar pesawat Zelentsov A.A., Minin V.P. CIM mereka. PI Baranova Det. 306 "Mesin piston pesawat" 2018 Tujuan dari pekerjaan Rotary piston

MODEL TRANSPORTASI GAS NONISOTHERMAL Trofimov AS, Kutsev VA, Kocharyan EV Krasnodar Ketika menjelaskan proses pemompaan gas alam melalui pipa utama, sebagai aturan, masalah hidrolika dan perpindahan panas dipertimbangkan secara terpisah

UDC 6438 METODE PERHITUNGAN INTENSITAS TURBULENSI ALIRAN GAS PADA OUTLET RUANG PEMBAKARAN GAS TURBINE ENGINE 007

DETONASI CAMPURAN GAS PADA PIPA DAN SLOT KASAR V.N. Okhitin S.I. KLIMACHKOV I.A. Universitas Teknik Negeri Moskow PEREVALOV. T.E. Parameter dinamis gas Bauman Moscow Rusia

Pekerjaan laboratorium 2 STUDI PERPINDAHAN PANAS DI BAWAH KONVEKSI PAKSA Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk secara eksperimental menentukan ketergantungan koefisien perpindahan panas pada kecepatan pergerakan udara di dalam pipa. Diterima

Kuliah. Lapisan batas difusi. Persamaan teori lapisan batas dengan adanya perpindahan massa Konsep lapisan batas dipertimbangkan dalam paragraf 7. dan 9.

METODE EKSPLISIT UNTUK MEMECAHKAN PERSAMAAN LAPISAN BATAS LAMINAR PADA PLAT Pekerjaan laboratorium 1, Rencana pembelajaran: 1. Tujuan pekerjaan. Metode penyelesaian persamaan lapisan batas (material metodis) 3. Diferensial

UDC 621.436 N. D. Chainov, L. L. Myagkov, N. S. Malastovskiy METODE PERHITUNGAN BIDANG SUHU YANG SESUAI DARI TUTUP SILINDER DENGAN KATUP Metode perhitungan bidang yang cocok dari kepala silinder diusulkan.

# 8, 6 Agustus UDC 533655: 5357 Rumus analitis untuk menghitung fluks panas pada benda tumpul perpanjangan kecil Volkov MN, mahasiswa Rusia, 55, Moskow, Universitas Teknik Negeri Moskow dinamai NE Bauman, Fakultas Dirgantara,

Tinjauan lawan resmi untuk disertasi oleh Samoilov Denis Yurievich "Sistem pengukuran dan kontrol informasi untuk mengintensifkan produksi minyak dan menentukan pemotongan air produksi sumur",

Badan Federal untuk Pendidikan Lembaga Pendidikan Negara Pendidikan Tinggi Profesi Universitas Negeri Pasifik Ketegangan termal bagian-bagian mesin pembakaran internal Metodis

Review lawan resmi doktor ilmu teknik, profesor Labudin Boris Vasilievich untuk disertasi Xu Yun dengan topik: “Meningkatkan daya dukung sambungan elemen struktur kayu

Tinjauan lawan resmi Lvov Yuri Nikolaevich untuk disertasi MELNIKOVA Olga Sergeevna “Diagnostik insulasi utama transformator tenaga listrik berisi minyak listrik menurut statistik

UDC 536.4 Gorbunov A.D. Dr.tech. Sci., prof., DSTU PENENTUAN KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS PADA ALIRAN TURBULEN PADA PIPA DAN SALURAN DENGAN METODE ANALITIS Perhitungan analitis koefisien perpindahan panas

Sejalan dengan pengembangan sistem knalpot teredam, sistem juga dikembangkan, yang secara kondisional disebut "muffler", tetapi dirancang tidak terlalu banyak untuk mengurangi tingkat kebisingan mesin yang sedang berjalan, tetapi untuk mengubah karakteristik tenaganya (tenaga mesin, atau torsinya) . Pada saat yang sama, tugas peredam bising menghilang ke latar belakang, perangkat semacam itu tidak mengurangi, dan tidak dapat secara signifikan mengurangi kebisingan knalpot mesin, dan bahkan seringkali meningkatkannya.

Perangkat ini didasarkan pada proses resonansi di dalam "peredam" itu sendiri, yang, seperti benda berongga lainnya, memiliki sifat resonator Heimholtz. Karena resonansi internal sistem pembuangan, dua tugas paralel diselesaikan sekaligus: pembersihan silinder dari sisa-sisa campuran yang mudah terbakar yang terbakar pada langkah sebelumnya ditingkatkan, dan pengisian silinder dengan porsi segar campuran yang mudah terbakar untuk langkah kompresi berikutnya ditingkatkan.
Peningkatan pembersihan silinder disebabkan oleh fakta bahwa kolom gas di manifold buang, yang telah memperoleh kecepatan tertentu selama pelepasan gas pada langkah sebelumnya, karena inersia, seperti piston di pompa, terus menyedot sisa gas dari silinder bahkan setelah tekanan di dalam silinder disamakan dengan tekanan manifold buang. Dalam hal ini, efek tidak langsung lainnya muncul: karena pemompaan tambahan yang tidak signifikan ini, tekanan dalam silinder berkurang, yang secara menguntungkan mempengaruhi siklus pembersihan berikutnya - sedikit lebih banyak campuran baru yang mudah terbakar memasuki silinder daripada yang bisa didapat jika tekanan masuk silinder sama dengan atmosfer.

Selain itu, gelombang tekanan gas buang terbalik dipantulkan dari bingung (kerucut belakang sistem pembuangan) atau campuran (gas-diafragma dinamis) yang dipasang di rongga knalpot, kembali ke jendela knalpot silinder pada saat ditutup. , selain itu "memadatkan" campuran baru yang mudah terbakar di dalam silinder , yang selanjutnya meningkatkan isinya.

Di sini perlu dipahami dengan sangat jelas bahwa kita tidak berbicara tentang gerakan bolak-balik gas di sistem pembuangan, tetapi tentang proses osilasi gelombang di dalam gas itu sendiri. Gas bergerak hanya dalam satu arah - dari jendela knalpot silinder menuju outlet di outlet sistem pembuangan, pertama - dengan guncangan tajam, frekuensinya sama dengan putaran KV, kemudian secara bertahap amplitudo guncangan ini menurun, berubah menjadi gerakan laminar seragam dalam batas. Dan gelombang tekanan "bolak-balik" berjalan, yang sifatnya sangat mirip dengan gelombang akustik di udara. Dan kecepatan pergerakan fluktuasi tekanan ini mendekati kecepatan suara dalam gas, dengan mempertimbangkan sifat-sifatnya - terutama kepadatan dan suhu. Tentu saja, kecepatan ini agak berbeda dengan nilai kecepatan suara di udara yang diketahui, yang dalam kondisi normal kira-kira 330 m/detik.

Sebenarnya, tidak sepenuhnya benar menyebut proses yang terjadi di sistem pembuangan DSV murni akustik. Sebaliknya, mereka mematuhi hukum yang diterapkan untuk menggambarkan gelombang kejut, betapapun lemahnya. Dan ini bukan lagi gas standar dan termodinamika, yang jelas cocok dengan kerangka proses isotermal dan adiabatik yang dijelaskan oleh hukum dan persamaan Boyle, Mariotte, Clapeyron, dan lainnya yang serupa.
Ide ini mendorong saya ke beberapa kasus, yang saya sendiri adalah saksi mata. Esensi mereka adalah sebagai berikut: klakson resonansi mesin berkecepatan tinggi dan balap (udara, sudo, dan otomatis), yang beroperasi dalam kondisi ekstrim, di mana mesin terkadang berputar hingga 40.000-45.000 rpm, atau bahkan lebih tinggi, mulai " berenang" - mereka benar-benar berubah bentuk di depan mata kita, "menyusut", seolah-olah tidak terbuat dari aluminium, tetapi dari plastisin, dan bahkan terbakar klise! Dan ini terjadi tepat di puncak resonansi "pipa". Tetapi diketahui bahwa suhu gas buang di saluran keluar jendela knalpot tidak melebihi 600-650 ° C, sedangkan titik leleh aluminium murni agak lebih tinggi - sekitar 660 ° C, dan bahkan lebih untuk paduannya. Pada saat yang sama (yang paling penting!), Bukan megafon pipa knalpot yang lebih sering meleleh dan berubah bentuk, yang berbatasan langsung dengan jendela knalpot, di mana, tampaknya, suhu tertinggi dan kondisi suhu terburuk, tetapi area pembagi kerucut terbalik, yang sudah dicapai gas buang dengan suhu yang jauh lebih rendah, yang berkurang karena pemuaiannya di dalam sistem pembuangan (ingat hukum dasar dinamika gas), dan selain itu, ini bagian dari knalpot biasanya tertiup oleh aliran udara yang datang, mis. pendinginan tambahan.

Untuk waktu yang lama saya tidak dapat memahami dan menjelaskan fenomena ini. Semuanya jatuh ke tempatnya setelah saya tidak sengaja mendapatkan sebuah buku yang menjelaskan proses gelombang kejut. Ada bagian khusus dari dinamika gas, yang mata kuliahnya hanya diajarkan di departemen khusus di beberapa universitas yang melatih spesialis bahan peledak. Hal serupa terjadi (dan sedang dipelajari) dalam penerbangan, di mana setengah abad yang lalu, pada awal penerbangan supersonik, mereka juga menemukan beberapa fakta yang tidak dapat dijelaskan pada waktu itu tentang penghancuran badan pesawat selama transisi supersonik.

Supercharging gas-dinamis mencakup cara untuk meningkatkan densitas muatan pada asupan melalui penggunaan:

energi kinetik udara yang bergerak relatif terhadap perangkat penerima, di mana ia diubah menjadi energi tekanan potensial ketika aliran diperlambat - pengisian super;

· proses gelombang dalam saluran pipa masuk – .

Dalam siklus termodinamika mesin aspirasi alami, permulaan proses kompresi terjadi pada tekanan P 0 , (sama dengan atmosfer). Dalam siklus termodinamika mesin piston supercharged gas-dinamis, proses kompresi dimulai pada tekanan p k, karena peningkatan tekanan fluida kerja di luar silinder dari P 0 sampai p k. Ini karena konversi energi kinetik dan energi proses gelombang di luar silinder menjadi energi potensial tekanan.

Salah satu sumber energi untuk meningkatkan tekanan pada awal kompresi dapat berupa energi aliran udara yang datang, yang terjadi selama pergerakan pesawat, mobil, dan sarana lainnya. Karenanya, dorongan dalam kasus ini disebut kecepatan tinggi.

dorongan kecepatan tinggi didasarkan pada hukum aerodinamis transformasi head kecepatan aliran udara menjadi tekanan statis. Secara struktural diimplementasikan dalam bentuk pipa intake udara diffuser yang diarahkan ke aliran udara saat bergerak. kendaraan. Secara teoritis tekanan meningkat Δ p k=p k - P 0 tergantung pada kecepatan C n dan kerapatan ρ 0 dari aliran udara masuk (bergerak).

Supercharging berkecepatan tinggi menemukan aplikasi terutama pada pesawat dengan mesin piston dan mobil sport, di mana kecepatannya lebih dari 200 km/jam (56 m/s).

Jenis supercharging mesin gas-dinamis berikut ini didasarkan pada penggunaan proses inersia dan gelombang dalam sistem pemasukan mesin.

Dorongan inersia atau dinamis terjadi pada kecepatan muatan segar yang relatif tinggi di dalam pipa C tr. Dalam hal ini, persamaan (2.1) berbentuk

di mana ξ t adalah koefisien yang memperhitungkan resistensi terhadap pergerakan gas sepanjang dan lokal.

Kecepatan nyata C tr aliran gas di pipa masuk, untuk menghindari peningkatan kerugian aerodinamis dan penurunan pengisian silinder dengan muatan segar, tidak boleh melebihi 30 ... 50 m / s.

Periodisitas proses dalam silinder mesin bolak-balik adalah penyebab fenomena dinamis osilasi di jalur gas-udara. Fenomena ini dapat digunakan untuk meningkatkan indikator utama mesin secara signifikan (tenaga liter dan efisiensi.

Proses inersia selalu disertai dengan proses gelombang (fluktuasi tekanan) yang dihasilkan dari pembukaan dan penutupan katup saluran masuk sistem pertukaran gas secara berkala, serta gerakan bolak-balik piston.

Pada tahap awal asupan, ruang hampa dibuat di pipa saluran masuk di depan katup, dan gelombang penghalusan yang sesuai, mencapai ujung yang berlawanan dari pipa saluran masuk individu, dipantulkan oleh gelombang kompresi. Dengan memilih panjang dan bagian aliran dari masing-masing pipa, kedatangan gelombang ini ke silinder dapat dicapai pada saat yang paling menguntungkan sebelum penutupan katup, yang secara signifikan akan meningkatkan faktor pengisian dan, akibatnya, torsi. Aku mesin.

Pada ara. 2.1. menunjukkan diagram sistem intake yang disetel. Melalui intake manifold, melewati katup throttle, udara memasuki penerima asupan, dan darinya - pipa saluran masuk dengan panjang yang ditentukan ke masing-masing dari empat silinder.

Dalam praktiknya, fenomena ini digunakan pada mesin asing (Gbr. 2.2), serta mesin dalam negeri untuk mobil dengan pipa masuk individual yang disetel (misalnya, mesin ZMZ), serta pada mesin diesel 2Ch8.5 / 11 dari generator listrik stasioner, yang memiliki satu pipa yang disetel untuk dua silinder.

Efisiensi terbesar dari tekanan gas-dinamis terjadi dengan saluran pipa individu yang panjang. Tingkatkan tekanan tergantung pada pencocokan kecepatan engine N, panjang pipa L tr dan sudut

penundaan penutupan katup masuk (bodi) φ A. Parameter ini terkait

di mana kecepatan suara lokal; k=1,4 – indeks adiabatik; R= 0,287 kJ/(kg∙deg.); T adalah suhu gas rata-rata selama periode tekanan.

Proses gelombang dan inersia dapat memberikan peningkatan muatan yang nyata ke dalam silinder pada bukaan katup yang besar atau dalam bentuk peningkatan pengisian ulang pada langkah kompresi. Penerapan supercharging gas-dinamis yang efektif hanya dimungkinkan untuk kisaran kecepatan engine yang sempit. Kombinasi valve timing dan panjang pipa intake harus menghasilkan rasio pengisian tertinggi. Pilihan parameter ini disebut pengaturan sistem asupan. Ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan tenaga mesin sebesar 25 ... 30%. Untuk menjaga efisiensi tekanan gas-dinamis dalam kisaran kecepatan poros engkol yang lebih luas, berbagai cara, secara khusus:

penerapan pipa dengan panjang variabel l tr (misalnya, teleskopik);

beralih dari pipa pendek ke pipa panjang;

Kontrol otomatis waktu katup, dll.

Namun, penggunaan supercharging gas-dinamis untuk meningkatkan mesin dikaitkan dengan masalah tertentu. Pertama, tidak selalu mungkin untuk secara rasional mengatur saluran pipa saluran masuk yang cukup panjang. Ini sangat sulit dilakukan untuk mesin berkecepatan rendah, karena panjang saluran pipa yang disetel bertambah dengan penurunan kecepatan. Kedua, geometri tetap dari saluran pipa memberikan penyesuaian dinamis hanya dalam rentang operasi kecepatan tinggi tertentu yang terdefinisi dengan baik.

Untuk memastikan efek dalam jangkauan luas, penyesuaian halus atau bertahap dari panjang jalur yang disetel digunakan saat beralih dari satu mode kecepatan ke mode kecepatan lainnya. Kontrol langkah menggunakan katup khusus atau peredam putar dianggap lebih andal dan telah berhasil digunakan mesin otomotif banyak perusahaan asing. Paling sering, regulasi digunakan dengan beralih ke dua panjang pipa yang dikonfigurasi (Gbr. 2.3).

Pada posisi peredam tertutup yang sesuai dengan mode hingga 4000 mnt -1, udara disuplai dari penerima saluran masuk sistem melalui jalur yang panjang (lihat Gambar 2.3). Hasilnya (dibandingkan dengan versi dasar mesin tanpa supercharging gas-dinamis), aliran kurva torsi di sepanjang karakteristik kecepatan eksternal meningkat (pada beberapa frekuensi dari 2500 hingga 3500 menit -1, torsi meningkat rata-rata sebesar 10 ... 12%). Dengan peningkatan kecepatan rotasi n> 4000 mnt -1, umpan beralih ke jalur pendek dan ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan daya N e dalam mode nominal sebesar 10%.

Ada juga sistem semua mode yang lebih kompleks. Misalnya, struktur dengan saluran pipa yang menutupi penerima silinder dengan drum putar yang memiliki jendela untuk komunikasi dengan saluran pipa (Gbr. 2.4). Saat memutar penerima silinder 1 berlawanan arah jarum jam, panjang pipa bertambah dan sebaliknya, saat diputar searah jarum jam, panjang pipa berkurang. Namun, penerapan metode ini secara signifikan memperumit desain mesin dan mengurangi keandalannya.

Pada mesin multi-silinder dengan saluran pipa konvensional, efisiensi tekanan gas-dinamis berkurang, karena pengaruh timbal balik dari proses pemasukan di silinder yang berbeda. Pada mesin mobil, sistem asupan biasanya "disetel" ke mode torsi maksimum untuk meningkatkan cadangannya.

Efek supercharging gas-dinamis juga dapat diperoleh dengan "menyetel" sistem pembuangan secara tepat. Metode ini digunakan pada mesin dua langkah.

Untuk menentukan panjangnya L tr dan diameter dalam D(atau bagian aliran) dari pipa yang dapat disetel, perlu dilakukan perhitungan menggunakan metode numerik dinamika gas yang menggambarkan aliran tidak stabil, bersamaan dengan perhitungan proses kerja di dalam silinder. Kriteria untuk ini adalah perolehan kekuasaan,

torsi atau pengurangan konsumsi bahan bakar spesifik. Perhitungan ini sangat kompleks. Metode yang lebih mudah untuk menentukan L tiga D didasarkan pada hasil studi eksperimental.

Sebagai hasil dari pemrosesan sejumlah besar data eksperimen untuk memilih diameter bagian dalam D pipa khusus ditawarkan ketergantungan berikut:

dimana (μ F w) maks - nilai terbesar dari area efektif bagian saluran dari slot katup masuk. Panjang L tr dari pipa khusus dapat ditentukan dengan rumus:

Perhatikan bahwa penggunaan sistem penalaan bercabang seperti pipa umum - penerima - pipa individual ternyata sangat efektif jika dikombinasikan dengan turbocharging.

Kirim karya bagus Anda di basis pengetahuan itu sederhana. Gunakan formulir di bawah ini

Pelajar, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.

Diposting di http://www.allbest.ru/

Diposting di http://www.allbest.ru/

Badan Federal untuk Pendidikan

GOU VPO "Ural State Technical University - UPI dinamai Presiden pertama Rusia B.N. Yeltsin"

Sebagai manuskrip

Tesis

untuk gelar calon ilmu teknik

Dinamika gas dan perpindahan panas lokal dalam sistem asupan mesin pembakaran internal bolak-balik

Plotnikov Leonid Valerevich

Penasihat ilmiah:

Doktor Ilmu Fisika dan Matematika,

profesor Zhilkin B.P.

Yekaterinburg 2009

sistem pemasukan dinamika gas mesin piston

Disertasi terdiri dari pengantar, lima bab, kesimpulan, daftar referensi, termasuk 112 judul. Itu disajikan pada 159 halaman komputer yang diatur dalam MS Word dan dilengkapi dengan 87 gambar dan 1 tabel dalam teks.

Kata kunci: dinamika gas, motor bakar bolak-balik, sistem intake, profil melintang, karakteristik aliran, perpindahan panas lokal, koefisien perpindahan panas lokal sesaat.

Objek penelitian adalah aliran udara non-stasioner pada sistem intake mesin pembakaran dalam bolak-balik.

Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk menetapkan pola perubahan karakteristik gas-dinamis dan termal dari proses pemasukan dalam mesin pembakaran dalam bolak-balik dari faktor geometris dan operasi.

Terlihat bahwa dengan menempatkan sisipan profil, dibandingkan dengan saluran tradisional dengan penampang lingkaran konstan, sejumlah keuntungan dapat diperoleh: peningkatan aliran volume udara yang memasuki silinder; peningkatan kecuraman ketergantungan V pada kecepatan poros engkol n dalam rentang kecepatan operasi dengan sisipan "segitiga" atau linierisasi karakteristik aliran pada seluruh rentang kecepatan poros, serta penekanan pulsasi frekuensi tinggi dari aliran udara pada saluran intake.

Perbedaan yang signifikan telah ditetapkan dalam hukum perubahan koefisien perpindahan panas x dari kecepatan w untuk aliran udara stasioner dan berdenyut dalam sistem asupan mesin pembakaran internal. Dengan mendekati data eksperimen, diperoleh persamaan untuk menghitung koefisien perpindahan panas lokal di saluran masuk mesin pembakaran dalam, baik untuk aliran stasioner maupun untuk aliran denyut dinamis.

Perkenalan

1. Rumusan masalah dan tujuan penelitian

2. Deskripsi pengaturan eksperimental dan metode pengukuran

2.2 Mengukur kecepatan dan sudut putaran poros engkol

2.3 Mengukur aliran udara masuk seketika

2.4 Sistem untuk mengukur koefisien perpindahan panas seketika

2.5 Sistem pengumpulan data

3. Dinamika gas dan karakteristik konsumsi dari proses pemasukan dalam mesin pembakaran dalam untuk berbagai konfigurasi sistem pemasukan

3.1 Dinamika gas dari proses pemasukan tanpa memperhitungkan pengaruh elemen filter

3.2 Pengaruh elemen filter terhadap dinamika gas proses intake dengan berbagai konfigurasi sistem intake

3.3 Karakteristik aliran dan analisis spektral dari proses intake untuk berbagai konfigurasi sistem intake dengan elemen filter yang berbeda

4. Perpindahan panas di saluran masuk mesin pembakaran dalam piston

4.1 Kalibrasi sistem pengukuran untuk menentukan koefisien perpindahan panas lokal

4.2 Koefisien perpindahan panas lokal di saluran masuk mesin pembakaran internal dalam mode stasioner

4.3 Koefisien perpindahan panas lokal sesaat dalam saluran masuk mesin pembakaran dalam

4.4 Pengaruh konfigurasi sistem intake mesin pembakaran dalam terhadap koefisien perpindahan panas lokal sesaat

5. Masalah penerapan praktis dari hasil pekerjaan

5.1 Desain dan desain teknologi

5.2 Penghematan energi dan sumber daya

Kesimpulan

Bibliografi

Daftar simbol utama dan singkatan

Semua simbol dijelaskan saat pertama kali digunakan dalam teks. Berikut ini hanyalah daftar sebutan yang paling umum digunakan:

d - diameter pipa, mm;

d e - diameter setara (hidrolik), mm;

F - luas permukaan, m 2 ;

i - kekuatan saat ini, A;

G - massa aliran udara, kg/s;

L - panjang, m;

l - ukuran linier karakteristik, m;

n - frekuensi putaran poros engkol, min -1;

p - tekanan atmosfer, Pa;

R - resistensi, Ohm;

T - suhu absolut, K;

t - suhu pada skala Celcius, o C;

U - tegangan, V;

V - aliran udara volumetrik, m 3 / s;

w - laju aliran udara, m/s;

koefisien udara berlebih;

d - sudut, derajat;

Sudut putaran poros engkol, derajat, p.c.v.;

Koefisien konduktivitas termal, W/(m · K);

Koefisien viskositas kinematis, m2/dtk;

Kepadatan, kg / m 3;

Waktu;

koefisien seret;

Singkatan dasar:

p.c.v. - rotasi poros engkol;

ICE - mesin pembakaran internal;

TDC - pusat mati atas;

BDC - pusat mati bawah

ADC - konverter analog-ke-digital;

FFT - Transformasi Fourier Cepat.

Angka kesamaan:

Re=wd/ - Bilangan Reynold;

Nu=d/ - bilangan Nusselt.

Perkenalan

Tugas utama dalam pengembangan dan peningkatan mesin pembakaran dalam bolak-balik adalah meningkatkan pengisian silinder dengan muatan segar (dengan kata lain, meningkatkan faktor pengisian mesin). Saat ini, pengembangan mesin pembakaran internal telah mencapai tingkat sedemikian rupa sehingga peningkatan indikator teknis dan ekonomi apa pun setidaknya sepersepuluh persen dengan biaya bahan dan waktu yang minimal merupakan pencapaian nyata bagi para peneliti atau insinyur. Oleh karena itu, untuk mencapai tujuan ini, peneliti mengusulkan dan menggunakan berbagai metode, di antaranya yang paling umum adalah sebagai berikut: dorongan dinamis (inersia), turbocharging atau blower udara, saluran masuk dengan panjang variabel, pengaturan mekanisme dan timing katup, pengoptimalan dari konfigurasi sistem intake. Penggunaan metode ini memungkinkan untuk meningkatkan pengisian silinder dengan muatan baru, yang pada gilirannya meningkatkan tenaga mesin serta indikator teknis dan ekonomisnya.

Namun, penggunaan sebagian besar metode yang dipertimbangkan memerlukan investasi finansial yang signifikan dan modernisasi yang signifikan pada desain sistem intake dan mesin secara keseluruhan. Oleh karena itu, salah satu cara yang paling umum, tetapi bukan yang paling sederhana, saat ini untuk meningkatkan faktor pengisian adalah dengan mengoptimalkan konfigurasi saluran masuk mesin. Pada saat yang sama, studi dan peningkatan saluran masuk mesin pembakaran internal paling sering dilakukan dengan metode pemodelan matematika atau pembersihan statis dari sistem asupan. Namun, metode ini tidak dapat memberikan hasil yang benar pada tingkat pengembangan mesin saat ini, karena, seperti diketahui, proses nyata di jalur gas-udara mesin tidak stabil tiga dimensi dengan aliran keluar jet gas melalui slot katup. ke dalam ruang silinder volume variabel yang terisi sebagian. Analisis literatur menunjukkan bahwa praktis tidak ada informasi tentang proses asupan dalam mode dinamis nyata.

Dengan demikian, data gas-dinamis dan pertukaran panas yang andal dan benar pada proses intake hanya dapat diperoleh dari studi model dinamis mesin pembakaran internal atau mesin nyata. Hanya data eksperimen semacam itu yang dapat memberikan informasi yang diperlukan untuk meningkatkan mesin pada level saat ini.

Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk menetapkan pola perubahan karakteristik gas-dinamis dan termal dari proses pengisian silinder dengan muatan baru dari mesin pembakaran internal reciprocating dari faktor geometris dan operasi.

Kebaruan ilmiah dari ketentuan utama karya tersebut terletak pada kenyataan bahwa penulis untuk pertama kalinya:

Karakteristik frekuensi amplitudo dari efek pulsasi yang terjadi pada aliran di intake manifold (pipa) dari mesin pembakaran internal bolak-balik telah ditetapkan;

Suatu metode telah dikembangkan untuk meningkatkan aliran udara (rata-rata 24%) yang memasuki silinder dengan bantuan sisipan profil di intake manifold, yang akan meningkatkan daya spesifik mesin;

Keteraturan perubahan koefisien perpindahan panas lokal sesaat dalam pipa saluran masuk mesin pembakaran internal bolak-balik ditetapkan;

Terlihat bahwa penggunaan sisipan berprofil mengurangi pemanasan muatan segar pada asupan rata-rata 30%, yang akan meningkatkan pengisian silinder;

Data eksperimen yang diperoleh tentang perpindahan panas lokal dari aliran udara yang berdenyut di intake manifold digeneralisasikan dalam bentuk persamaan empiris.

Keandalan hasil didasarkan pada keandalan data eksperimen yang diperoleh dengan kombinasi metode penelitian independen dan dikonfirmasi oleh reproduktifitas hasil eksperimen, kesesuaian mereka yang baik pada tingkat eksperimen uji dengan data penulis lain, serta penggunaan metode penelitian modern yang kompleks, pemilihan alat ukur, verifikasi dan kalibrasi sistematisnya.

Signifikansi praktis. Data eksperimen yang diperoleh menjadi dasar untuk pengembangan metode rekayasa untuk menghitung dan merancang sistem asupan mesin, dan juga memperluas pemahaman teoritis tentang dinamika gas dan perpindahan panas lokal udara selama asupan pada mesin pembakaran internal bolak-balik. Hasil terpisah dari pekerjaan diterima untuk diterapkan di Pabrik Mesin Diesel Ural LLC dalam desain dan modernisasi mesin 6DM-21L dan 8DM-21L.

Metode untuk menentukan laju aliran aliran udara yang berdenyut di pipa masuk mesin dan intensitas perpindahan panas seketika di dalamnya;

Data percobaan tentang dinamika gas dan koefisien perpindahan panas lokal sesaat di saluran masuk mesin pembakaran dalam selama proses pemasukan;

Hasil generalisasi data koefisien perpindahan panas lokal udara pada saluran masuk mesin pembakaran dalam berupa persamaan empiris;

Persetujuan pekerjaan. Hasil utama penelitian yang dipresentasikan dalam disertasi dilaporkan dan dipresentasikan pada "Reporting Conferences of Young Scientist", Yekaterinburg, USTU-UPI (2006 - 2008); seminar ilmiah departemen "Teknik panas teoretis" dan "Turbin dan mesin", Yekaterinburg, USTU-UPI (2006 - 2008); konferensi ilmiah dan teknis "Meningkatkan efisiensi pembangkit listrik kendaraan roda dan lacak”, Chelyabinsk: Sekolah Teknik Komando Mobil Militer Tinggi Chelyabinsk (Institut Militer) (2008); konferensi ilmiah dan teknis "Pengembangan bangunan mesin di Rusia", St. Petersburg (2009); di dewan ilmiah dan teknis di Ural Diesel Engine Plant LLC, Yekaterinburg (2009); di dewan ilmiah dan teknis di OJSC "NII peralatan autotraktor", Chelyabinsk (2009).

Pekerjaan disertasi dilakukan di departemen Teknik Panas Teoritis dan Turbin dan Mesin.

1. Tinjauan keadaan saat ini dari penelitian sistem asupan mesin pembakaran dalam piston

Sampai saat ini, ada sejumlah besar literatur yang mempertimbangkan desain berbagai sistem mesin pembakaran internal bolak-balik, khususnya, elemen individu dari sistem asupan mesin pembakaran internal. Namun, secara praktis tidak ada justifikasi solusi desain yang diusulkan dengan menganalisis dinamika gas dan perpindahan panas dari proses pemasukan. Dan hanya beberapa monograf yang memberikan data eksperimen atau statistik tentang hasil operasi, yang menegaskan kelayakan desain ini atau itu. Dalam hal ini, dapat dikatakan bahwa, hingga saat ini, perhatian yang tidak memadai diberikan pada studi dan optimalisasi sistem intake mesin piston.

Dalam beberapa dekade terakhir, karena pengetatan ekonomi dan persyaratan lingkungan untuk mesin pembakaran internal, peneliti dan insinyur mulai memberikan perhatian lebih dan lebih untuk meningkatkan sistem asupan mesin bensin dan diesel, percaya bahwa kinerja mereka sangat bergantung pada kesempurnaan proses yang terjadi di jalur gas-udara.

1.1 Elemen utama dari sistem asupan mesin pembakaran dalam piston

Sistem intake mesin piston umumnya terdiri dari filter udara, intake manifold (atau pipa intake), kepala silinder yang berisi saluran masuk dan keluar, dan rangkaian katup. Sebagai contoh, Gambar 1.1 menunjukkan diagram sistem intake mesin diesel YaMZ-238.

Beras. 1.1. Skema sistem intake mesin diesel YaMZ-238: 1 - intake manifold (pipa); 2- paking karet; 3.5 - menghubungkan pipa; 4 - bantalan luka; 6 - selang; 7 - saringan udara

Pilihan parameter desain yang optimal dan karakteristik aerodinamis dari sistem asupan menentukan penerimaan alur kerja yang efisien dan level tinggi indikator output mesin pembakaran internal.

Mari kita lihat sekilas masing-masing komponen sistem intake dan fungsi utamanya.

Kepala silinder adalah salah satu elemen paling kompleks dan penting dalam mesin pembakaran internal. Kesempurnaan proses pengisian dan pembentukan campuran sangat bergantung pada pilihan yang tepat dari bentuk dan dimensi elemen utama (terutama katup dan saluran masuk dan keluar).

Kepala silinder umumnya dibuat dengan dua atau empat katup per silinder. Keuntungan dari desain dua katup adalah kesederhanaan teknologi manufaktur dan skema desain, bobot dan biaya struktural yang lebih rendah, jumlah bagian yang bergerak dalam mekanisme penggerak, dan biaya pemeliharaan dan perbaikan.

Keuntungan dari desain empat katup adalah penggunaan yang lebih baik dari area yang dibatasi oleh kontur silinder untuk area lintasan leher katup, proses pertukaran gas yang lebih efisien, tegangan termal kepala yang lebih sedikit karena keadaan termal yang lebih seragam, kemungkinan penempatan sentral nosel atau candle, yang meningkatkan keseragaman kondisi termal bagian grup piston.

Ada desain kepala silinder lainnya, seperti yang memiliki tiga katup masuk dan satu atau dua katup buang per silinder. Namun, skema seperti itu relatif jarang digunakan, terutama pada mesin dengan akselerasi tinggi (balap).

Pengaruh jumlah katup pada dinamika gas dan perpindahan panas di saluran masuk secara keseluruhan praktis tidak dipelajari.

Elemen terpenting kepala silinder dalam hal pengaruhnya terhadap dinamika gas dan perpindahan panas pada proses intake di mesin adalah jenis saluran intake.

Salah satu cara untuk mengoptimalkan proses pengisian adalah dengan membuat profil lubang masuk di kepala silinder. Ada berbagai macam bentuk profil untuk memastikan pergerakan muatan segar yang terarah di silinder mesin dan meningkatkan proses pembentukan campuran, mereka dijelaskan lebih detail di.

Bergantung pada jenis proses pembentukan campuran, saluran masuk dibuat berfungsi tunggal (bebas pusaran), hanya menyediakan pengisian silinder dengan udara, atau berfungsi ganda (tangensial, sekrup atau jenis lainnya), digunakan untuk masuk dan berputar muatan udara di dalam silinder dan ruang bakar.

Mari kita beralih ke pertanyaan tentang fitur desain intake manifold mesin bensin dan diesel. Analisis literatur menunjukkan bahwa sedikit perhatian diberikan pada intake manifold (atau pipa intake), dan seringkali dianggap hanya sebagai pipa untuk memasok udara atau campuran udara-bahan bakar ke mesin.

Penyaring udara merupakan bagian integral dari sistem asupan mesin piston. Perlu dicatat bahwa dalam literatur lebih banyak perhatian diberikan pada desain, material dan ketahanan elemen filter, dan pada saat yang sama, pengaruh elemen filter pada kinerja perpindahan panas dan dinamis gas, serta konsumsi. karakteristik mesin pembakaran dalam piston, praktis tidak diperhitungkan.

1.2 Dinamika aliran gas di saluran intake dan metode untuk mempelajari proses intake pada mesin pembakaran dalam bolak-balik

Untuk pemahaman yang lebih akurat tentang esensi fisik dari hasil yang diperoleh oleh penulis lain, mereka disajikan secara bersamaan dengan metode teoretis dan eksperimental yang mereka gunakan, karena metode dan hasilnya berada dalam satu koneksi organik.

Metode untuk mempelajari sistem asupan mesin pembakaran dalam dapat dibagi menjadi dua kelompok besar. Kelompok pertama mencakup analisis teoretis proses dalam sistem intake, termasuk simulasi numeriknya. Kelompok kedua mencakup semua metode studi eksperimental proses asupan.

Pilihan metode untuk penelitian, evaluasi, dan penyempurnaan sistem asupan ditentukan oleh tujuan yang ditetapkan, serta bahan yang tersedia, kemampuan eksperimental dan komputasi.

Hingga saat ini, belum ada metode analitik yang memungkinkan untuk secara akurat memperkirakan tingkat intensitas pergerakan gas di ruang bakar, serta memecahkan masalah khusus terkait dengan deskripsi pergerakan di saluran masuk dan aliran keluar gas dari celah katup dalam proses yang benar-benar tidak stabil. Hal ini disebabkan oleh kesulitan dalam menggambarkan aliran gas tiga dimensi melalui saluran lengkung dengan hambatan yang tiba-tiba, struktur spasial aliran yang kompleks, aliran keluar jet gas melalui celah katup dan ruang silinder volume variabel yang terisi sebagian, interaksi aliran satu sama lain, dengan dinding silinder dan kepala piston yang dapat digerakkan. Penentuan analitik bidang kecepatan optimal di pipa masuk, di celah katup annular dan distribusi aliran dalam silinder diperumit oleh kurangnya metode yang akurat untuk memperkirakan kerugian aerodinamis yang terjadi selama aliran muatan baru di sistem asupan dan ketika gas memasuki silinder dan mengalir di sekitar permukaan dalamnya. Diketahui bahwa zona transisi aliran yang tidak stabil dari rezim aliran laminar ke turbulen, area pemisahan lapisan batas muncul di saluran. Struktur aliran dicirikan oleh variabel waktu dan tempat bilangan Reynolds, tingkat ketidakstasioneran, intensitas dan skala turbulensi.

Pemodelan numerik pergerakan muatan udara di saluran masuk dikhususkan untuk banyak pekerjaan multi arah. Mereka mensimulasikan aliran masuk pusaran dari mesin pembakaran internal dengan katup masuk terbuka, menghitung aliran tiga dimensi di saluran masuk kepala silinder, mensimulasikan aliran di jendela masuk dan silinder mesin, menganalisis efek aliran langsung. aliran dan aliran berputar pada proses pembentukan campuran dan studi komputasi efek putaran muatan dalam silinder diesel pada jumlah emisi nitrogen oksida dan indikator siklus. Namun, hanya dalam beberapa karya, simulasi numerik dikonfirmasi oleh data eksperimen. Dan sulit untuk menilai keandalan dan tingkat penerapan data yang diperoleh hanya dari studi teoritis. Perlu juga ditekankan bahwa hampir semua metode numerik, terutama ditujukan untuk mempelajari proses dalam desain sistem asupan mesin pembakaran internal yang ada untuk menghilangkan kekurangannya, dan bukan untuk mengembangkan solusi desain baru yang efektif.

Secara paralel, metode analitik klasik untuk menghitung proses kerja di mesin dan secara terpisah proses pertukaran gas di dalamnya juga diterapkan. Namun, dalam perhitungan aliran gas di katup dan saluran masuk dan keluar, persamaan aliran tunak satu dimensi terutama digunakan, dengan asumsi alirannya kuasi-stasioner. Oleh karena itu, metode perhitungan yang dipertimbangkan secara eksklusif diestimasi (perkiraan) dan oleh karena itu memerlukan penyempurnaan eksperimental dalam kondisi laboratorium atau pada mesin nyata selama pengujian bangku. Metode untuk menghitung pertukaran gas dan indikator dinamika gas utama dari proses asupan dalam formulasi yang lebih kompleks sedang dikembangkan. Namun, mereka juga hanya memberikan informasi umum tentang proses yang sedang dibahas, tidak membentuk gambaran yang cukup lengkap tentang parameter dinamika gas dan perpindahan panas, karena didasarkan pada data statistik yang diperoleh dengan pemodelan matematika dan/atau pengaisan statis saluran masuk mesin pembakaran dalam dan pada metode simulasi numerik.

Data yang paling akurat dan andal tentang proses intake pada mesin pembakaran dalam bolak-balik dapat diperoleh dari studi tentang mesin kerja nyata.

Studi pertama tentang pergerakan muatan dalam silinder mesin dalam mode putaran poros mencakup eksperimen klasik Ricardo dan Zass. Riccardo memasang impeler di ruang bakar dan mencatat kecepatan putarannya saat poros mesin diputar. Anemometer mencatat nilai rata-rata kecepatan gas untuk satu siklus. Ricardo memperkenalkan konsep "rasio pusaran", sesuai dengan rasio frekuensi rotasi impeler, yang mengukur rotasi pusaran, dan poros engkol. Zass memasang pelat di ruang bakar terbuka dan mencatat efek aliran udara di atasnya. Ada cara lain untuk menggunakan pelat yang terkait dengan sensor kapasitif atau induktif. Namun, pemasangan pelat merusak aliran berputar, yang merupakan kerugian dari metode tersebut.

Studi modern tentang dinamika gas secara langsung pada mesin membutuhkan sarana khusus pengukuran yang mampu bekerja dalam kondisi buruk (kebisingan, getaran, elemen berputar, suhu dan tekanan tinggi selama pembakaran bahan bakar dan di saluran pembuangan). Pada saat yang sama, proses di dalam mesin pembakaran dalam berkecepatan tinggi dan berkala, sehingga alat pengukur dan sensor harus memiliki kecepatan yang sangat tinggi. Semua ini sangat mempersulit studi tentang proses asupan.

Perlu dicatat bahwa saat ini, metode penelitian lapangan pada mesin banyak digunakan baik untuk mempelajari aliran udara di sistem intake dan silinder mesin, dan untuk menganalisis pengaruh pembentukan vortex intake pada toksisitas gas buang.

Namun, studi alam, di mana sejumlah besar berbagai faktor bekerja secara bersamaan, tidak memungkinkan untuk menembus ke dalam detail mekanisme fenomena individu, tidak memungkinkan penggunaan peralatan kompleks dengan presisi tinggi. Semua ini adalah hak prerogatif penelitian laboratorium dengan menggunakan metode yang rumit.

Hasil studi dinamika gas proses intake yang diperoleh selama studi mesin disajikan cukup detail dalam monografi.

Dari jumlah tersebut, yang paling menarik adalah osilogram perubahan laju aliran udara di bagian saluran masuk saluran masuk mesin Ch10.5 / 12 (D 37) Pabrik Traktor Vladimir, yang ditunjukkan pada Gambar 1.2.

Beras. 1.2. Parameter aliran di bagian saluran masuk saluran: 1 - 30 detik -1 , 2 - 25 detik -1 , 3 - 20 detik -1

Pengukuran kecepatan aliran udara pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan hot-wire anemometer yang beroperasi pada mode arus searah.

Dan di sini tepat untuk memperhatikan metode anemometri kawat panas itu sendiri, yang karena sejumlah keunggulannya, telah menjadi begitu luas dalam studi dinamika gas dari berbagai proses. Saat ini, ada berbagai skema anemometer hot-wire, tergantung pada tugas dan bidang penelitian. Teori anemometri hot-wire yang paling rinci dan lengkap dipertimbangkan dalam. Perlu juga dicatat bahwa ada berbagai macam desain sensor anemometer kawat panas, yang menunjukkan penerapan metode ini secara luas di semua bidang industri, termasuk pembuatan mesin.

Mari kita pertimbangkan pertanyaan tentang penerapan metode anemometri kawat panas untuk mempelajari proses asupan dalam mesin pembakaran internal bolak-balik. Jadi, ukuran kecil elemen sensitif dari sensor anemometer hot-wire tidak membuat perubahan signifikan pada sifat aliran udara; sensitivitas anemometer yang tinggi memungkinkan untuk mencatat fluktuasi kuantitas dengan amplitudo kecil dan frekuensi tinggi; kesederhanaan sirkuit perangkat keras memungkinkan untuk dengan mudah merekam sinyal listrik dari keluaran anemometer hot-wire dengan pemrosesan selanjutnya pada komputer pribadi. Saat anemometri kabel panas, sensor satu, dua, atau tiga komponen digunakan dalam mode pengengkolan. Sebagai elemen sensitif dari sensor termoanemometer, biasanya digunakan benang atau film logam tahan api setebal 0,5–20 μm dan panjang 1–12 mm, yang dipasang pada kaki krom atau kromium-nikel. Yang terakhir melewati tabung porselen dua, tiga atau empat lubang, di mana kotak logam yang disegel terhadap terobosan gas dipasang, disekrup ke kepala blok untuk mempelajari ruang intra-silinder atau ke dalam pipa untuk menentukan rata-rata dan komponen denyut dari kecepatan gas.

Sekarang kembali ke bentuk gelombang yang ditunjukkan pada Gambar 1.2. Grafik menarik perhatian pada fakta bahwa itu menunjukkan perubahan kecepatan aliran udara dari sudut rotasi poros engkol (p.c.v.) hanya untuk langkah hisap (? 200 deg. c.c.v.), sedangkan informasi selebihnya pada siklus lain adalah, sebagai itu adalah, "terputus". Osilogram ini diperoleh untuk kecepatan poros engkol dari 600 hingga 1800 menit -1, sedangkan pada mesin modern kisaran kecepatan pengoperasian jauh lebih luas: 600-3000 mnt -1. Perhatian tertuju pada fakta bahwa kecepatan aliran di saluran sebelum membuka katup tidak sama dengan nol. Pada gilirannya, setelah menutup katup masuk, kecepatan tidak diatur ulang, mungkin karena aliran bolak-balik frekuensi tinggi terjadi di jalur, yang di beberapa mesin digunakan untuk menciptakan dorongan dinamis (atau dorongan inersia).

Oleh karena itu, data tentang perubahan laju aliran udara di saluran masuk untuk seluruh proses kerja mesin (720 derajat, p.c.v.) dan di seluruh rentang operasi kecepatan poros engkol penting untuk memahami proses secara keseluruhan. Data ini diperlukan untuk meningkatkan proses asupan, menemukan cara untuk meningkatkan jumlah muatan segar yang masuk ke silinder mesin, dan menciptakan sistem pendorong dinamis.

Mari kita perhatikan secara singkat fitur dorongan dinamis pada mesin pembakaran dalam piston yang dilakukan cara yang berbeda. Proses pemasukan tidak hanya dipengaruhi oleh waktu katup, tetapi juga oleh desain saluran masuk dan keluar. Pergerakan piston selama langkah isap mengarah pada pembentukan gelombang tekanan balik saat katup masuk terbuka. Pada soket terbuka intake manifold, gelombang tekanan ini bertemu dengan massa udara ambien stasioner, dipantulkan darinya dan bergerak kembali ke intake manifold. Proses osilasi kolom udara yang dihasilkan di intake manifold dapat digunakan untuk meningkatkan pengisian silinder dengan muatan segar dan, dengan demikian, memperoleh torsi dalam jumlah besar.

Dengan jenis dorongan dinamis lainnya - dorongan inersia, setiap saluran masuk silinder memiliki tabung resonator terpisah yang sesuai dengan panjang akustik, yang terhubung ke ruang pengumpul. Dalam tabung resonator seperti itu, gelombang kompresi yang berasal dari silinder dapat merambat secara independen satu sama lain. Dengan mencocokkan panjang dan diameter masing-masing tabung resonator dengan waktu katup, gelombang kompresi yang dipantulkan di ujung tabung resonator kembali melalui katup masuk silinder yang terbuka, sehingga memastikan pengisian yang lebih baik.

Dorongan resonansi didasarkan pada fakta bahwa osilasi resonansi terjadi pada aliran udara di intake manifold pada kecepatan poros engkol tertentu, yang disebabkan oleh gerakan bolak-balik piston. Ini, ketika sistem asupan diatur dengan benar, menyebabkan peningkatan tekanan lebih lanjut dan efek dorongan tambahan.

Pada saat yang sama, metode supercharging dinamis tersebut beroperasi dalam rentang mode yang sempit, memerlukan penyetelan yang sangat kompleks dan permanen, karena karakteristik akustik mesin berubah selama pengoperasian.

Selain itu, data dinamika gas untuk keseluruhan proses kerja mesin dapat berguna untuk mengoptimalkan proses pengisian dan menemukan cara untuk meningkatkan aliran udara melalui mesin dan, karenanya, tenaganya. Dalam hal ini, intensitas dan skala turbulensi aliran udara yang terbentuk di saluran intake, serta jumlah vortisitas yang terbentuk selama proses intake, menjadi penting.

Pergerakan muatan yang cepat dan turbulensi berskala besar dalam aliran udara memastikan pencampuran udara dan bahan bakar yang baik sehingga pembakaran sempurna dengan konsentrasi rendah zat berbahaya dalam gas buang.

Salah satu cara untuk membuat vortisitas dalam proses asupan adalah dengan menggunakan peredam yang membagi saluran masuk menjadi dua saluran, salah satunya dapat diblokir olehnya, yang mengontrol pergerakan muatan campuran. Ada sejumlah besar desain untuk memberikan komponen tangensial ke gerakan aliran untuk mengatur vortisitas terarah di intake manifold dan silinder mesin.
. Tujuan dari semua solusi ini adalah untuk membuat dan mengontrol vortisitas vertikal di dalam silinder mesin.

Ada cara lain untuk mengontrol pengisian dengan muatan baru. Di gedung mesin, desain saluran masuk spiral dengan nada belokan berbeda, area datar di dinding bagian dalam dan tepi tajam di saluran keluar saluran digunakan. Perangkat lain untuk mengontrol pembentukan pusaran dalam silinder mesin pembakaran internal adalah pegas koil yang dipasang di saluran masuk dan dipasang dengan kaku di salah satu ujung di depan katup.

Dengan demikian, dapat dicatat kecenderungan para peneliti untuk membuat vortisitas besar dengan arah propagasi yang berbeda di saluran masuk. Dalam hal ini, aliran udara sebagian besar harus mengandung turbulensi skala besar. Hal ini mengarah pada peningkatan pembentukan campuran dan pembakaran bahan bakar selanjutnya, baik dalam bensin maupun dalam mesin diesel. Hasilnya, konsumsi bahan bakar spesifik dan emisi zat berbahaya dengan gas buang berkurang.

Pada saat yang sama, tidak ada informasi dalam literatur tentang upaya untuk mengontrol pembentukan pusaran menggunakan profil melintang - mengubah bentuk penampang saluran, dan, seperti diketahui, sangat mempengaruhi sifat aliran.

Setelah hal tersebut di atas, dapat disimpulkan bahwa pada tahap ini dalam literatur terdapat kekurangan yang signifikan dari informasi yang andal dan lengkap tentang dinamika gas dari proses intake, yaitu: perubahan kecepatan aliran udara dari sudut putaran poros engkol untuk seluruh proses kerja mesin dalam rentang operasi kecepatan poros engkol poros; pengaruh filter terhadap dinamika gas dari proses pemasukan; skala turbulensi yang dihasilkan selama proses pemasukan; pengaruh non-stasioneritas hidrodinamik pada laju aliran di saluran masuk mesin pembakaran internal, dll.

Tugas mendesak adalah menemukan cara untuk meningkatkan aliran udara melalui silinder mesin dengan modifikasi desain mesin yang minimal.

Seperti disebutkan di atas, data proses intake yang paling lengkap dan andal dapat diperoleh dari studi pada mesin nyata. Namun, jalur penelitian ini sangat kompleks dan mahal, dan dalam beberapa masalah praktis tidak mungkin, sehingga para peneliti mengembangkan metode gabungan untuk mempelajari proses dalam mesin pembakaran internal. Mari kita lihat yang paling umum.

Pengembangan seperangkat parameter dan metode untuk studi komputasi dan eksperimental disebabkan oleh banyaknya asumsi yang dibuat dalam perhitungan dan ketidakmungkinan deskripsi analitik yang lengkap dari fitur desain sistem asupan mesin pembakaran internal piston, dinamika proses dan pergerakan muatan di saluran masuk dan silinder.

Hasil yang dapat diterima dapat diperoleh dengan studi bersama tentang proses asupan pada komputer pribadi dengan metode simulasi numerik dan secara eksperimental melalui pembersihan statis. Banyak penelitian berbeda telah dilakukan sesuai dengan teknik ini. Dalam karya semacam itu, baik kemungkinan simulasi numerik aliran pusaran dalam sistem asupan mesin pembakaran internal ditampilkan, diikuti dengan verifikasi hasil dengan cara meniup dalam mode statis pada instalasi tidak bermotor, atau model matematika komputasi. dikembangkan berdasarkan data eksperimen yang diperoleh dalam mode statis atau selama pengoperasian modifikasi mesin individu. Kami menekankan bahwa hampir semua studi tersebut didasarkan pada data eksperimen yang diperoleh dengan bantuan pemulungan statis dari sistem asupan ICE.

Mari pertimbangkan metode klasik untuk mempelajari proses pemasukan menggunakan anemometer baling-baling. Pada lift katup tetap, saluran yang diselidiki dibersihkan dengan laju aliran udara yang berbeda per detik. Untuk pembersihan, kepala silinder asli, terbuat dari logam, atau modelnya (kayu yang dapat dilipat, plester, epoksi, dll.) Digunakan, lengkap dengan katup, busing pemandu, dan dudukan. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh tes komparatif, metode ini memberikan informasi tentang pengaruh bentuk saluran, tetapi anemometer baling-baling tidak merespons aksi seluruh aliran udara di atas bagian tersebut, yang dapat menyebabkan kesalahan signifikan dalam memperkirakan intensitas pergerakan muatan dalam silinder, yang dikonfirmasi secara matematis dan eksperimental.

Metode lain yang banyak digunakan untuk mempelajari proses pengisian adalah metode menggunakan grid pelurus. Metode ini berbeda dari yang sebelumnya karena aliran udara berputar yang disedot diarahkan melalui fairing ke bilah gril pengarah. Dalam hal ini, aliran berputar diluruskan, dan momen reaktif terbentuk pada bilah kisi, yang direkam oleh sensor kapasitif sesuai dengan besarnya sudut puntiran torsi. Aliran yang diluruskan, melewati jeruji, mengalir keluar melalui bagian terbuka di ujung selongsong ke atmosfer. Metode ini memungkinkan untuk mengevaluasi saluran masuk secara komprehensif dalam hal kinerja energi dan kehilangan aerodinamis.

Meskipun metode penelitian pada model statis hanya memberikan gambaran paling umum tentang karakteristik gas-dinamis dan pertukaran panas dari proses pemasukan, metode tersebut tetap relevan karena kesederhanaannya. Para peneliti semakin banyak menggunakan metode ini hanya untuk penilaian awal prospek sistem asupan atau menyempurnakan yang sudah ada. Namun, untuk pemahaman fisika fenomena yang lengkap dan mendetail selama proses asupan, metode ini jelas tidak cukup.

Salah satu yang paling akurat dan cara-cara yang efektif studi tentang proses asupan pada mesin pembakaran internal adalah eksperimen pada instalasi khusus yang dinamis. Dengan asumsi bahwa fitur dan karakteristik pertukaran gas dan pertukaran panas dari pergerakan muatan dalam sistem intake adalah fungsi hanya dari parameter geometris dan faktor rezim, sangat berguna untuk penelitian untuk menggunakan model dinamis - pengaturan eksperimental, paling sering a model skala penuh dari mesin satu silinder pada berbagai kecepatan, beroperasi dengan memutar poros engkol dari sumber energi eksternal, dan dilengkapi dengan berbagai jenis sensor. Pada saat yang sama, dimungkinkan untuk mengevaluasi keefektifan total dari keputusan tertentu atau keefektifan elemen demi elemennya. Secara umum, eksperimen semacam itu direduksi menjadi penentuan karakteristik aliran di berbagai elemen sistem intake (nilai sesaat suhu, tekanan, dan kecepatan) yang berubah dengan sudut putaran poros engkol.

Dengan demikian, cara paling optimal untuk mempelajari proses pemasukan, yang memberikan data lengkap dan andal, adalah dengan membuat model dinamis satu silinder dari mesin pembakaran dalam piston yang digerakkan oleh sumber energi eksternal. Pada saat yang sama, metode ini memungkinkan untuk mempelajari parameter dinamika gas dan pertukaran panas dari proses pengisian dalam mesin pembakaran internal bolak-balik. Penggunaan metode hot-wire akan memungkinkan untuk mendapatkan data yang andal tanpa dampak signifikan pada proses yang terjadi di sistem intake model mesin eksperimental.

1.3 Karakteristik proses pertukaran panas dalam sistem pemasukan mesin piston

Studi tentang perpindahan panas pada mesin pembakaran internal bolak-balik sebenarnya dimulai dengan penciptaan mesin efisien pertama - J. Lenoir, N. Otto dan R. Diesel. Dan tentunya pada tahap awal Perhatian khusus dikhususkan untuk mempelajari perpindahan panas dalam silinder mesin. Karya klasik pertama ke arah ini meliputi.

Namun, hanya pekerjaan yang dilakukan oleh V.I. Grinevetsky, menjadi dasar yang kokoh untuk membangun teori perpindahan panas untuk mesin bolak-balik. Monograf yang dimaksud terutama dikhususkan untuk perhitungan termal proses dalam silinder di mesin pembakaran internal. Pada saat yang sama, ini juga dapat berisi informasi tentang indikator perpindahan panas dalam proses asupan yang menarik bagi kami, yaitu karya tersebut menyediakan data statistik tentang jumlah pemanasan muatan baru, serta rumus empiris untuk menghitung parameter di awal dan akhir langkah hisap.

Selanjutnya, para peneliti mulai memecahkan masalah yang lebih spesifik. Secara khusus, W. Nusselt memperoleh dan menerbitkan rumus koefisien perpindahan panas dalam silinder mesin piston. N.R. Briling, dalam monografnya, menyempurnakan rumus Nusselt dan membuktikan dengan cukup jelas bahwa dalam setiap kasus tertentu (jenis mesin, metode pembentukan campuran, kecepatan, tingkat dorongan), koefisien perpindahan panas lokal harus disempurnakan berdasarkan hasil percobaan langsung.

Arah lain dalam studi mesin bolak-balik adalah studi tentang perpindahan panas dalam aliran gas buang, khususnya memperoleh data tentang perpindahan panas selama aliran gas turbulen di pipa knalpot. Sejumlah besar literatur dikhususkan untuk solusi dari masalah ini. Arah ini telah dipelajari dengan cukup baik baik dalam kondisi tiupan statis maupun dalam kondisi nonstasioneritas hidrodinamik. Hal ini terutama disebabkan oleh fakta bahwa dengan memperbaiki sistem pembuangan, kinerja teknis dan ekonomis dari mesin pembakaran dalam piston dapat ditingkatkan secara signifikan. Selama pengembangan arah ini, banyak karya teoretis telah dilakukan, termasuk solusi analitik dan pemodelan matematika, serta banyak studi eksperimental. Sebagai hasil dari studi komprehensif tentang proses pembuangan, sejumlah besar indikator yang mencirikan proses pembuangan telah diusulkan, yang memungkinkan untuk mengevaluasi kualitas desain sistem pembuangan.

Perhatian yang kurang masih diberikan pada studi perpindahan panas dari proses pemasukan. Hal ini dapat dijelaskan dengan fakta bahwa studi di bidang optimalisasi perpindahan panas pada silinder dan saluran pembuangan pada awalnya lebih efektif dalam meningkatkan daya saing mesin pembakaran dalam bolak-balik. Namun, saat ini, perkembangan pembuatan mesin telah mencapai tingkat sedemikian rupa sehingga peningkatan indikator mesin apa pun setidaknya beberapa persepuluh persen dianggap sebagai pencapaian yang serius bagi para peneliti dan insinyur. Oleh karena itu, dengan mempertimbangkan fakta bahwa arahan untuk meningkatkan sistem ini pada dasarnya telah habis, saat ini semakin banyak spesialis yang mencari peluang baru untuk meningkatkan proses kerja mesin piston. Dan salah satu bidang tersebut adalah studi tentang perpindahan panas dalam proses pemasukan ke dalam mesin pembakaran dalam.

Dalam literatur tentang perpindahan panas selama proses pemasukan, seseorang dapat memilih pekerjaan yang dikhususkan untuk mempelajari pengaruh intensitas gerakan muatan pusaran pada asupan pada keadaan termal bagian-bagian mesin (kepala silinder, katup masuk dan keluar, permukaan silinder ). Karya-karya ini bersifat teoretis yang hebat; didasarkan pada solusi persamaan Navier-Stokes dan Fourier-Ostrogradsky nonlinier, serta pemodelan matematika menggunakan persamaan ini. Dengan mempertimbangkan sejumlah besar asumsi, hasilnya dapat diambil sebagai dasar untuk studi eksperimental dan/atau diestimasi dalam perhitungan teknik. Juga, karya-karya ini berisi data dari studi eksperimental untuk menentukan aliran panas non-stasioner lokal di ruang bakar mesin diesel dalam berbagai perubahan intensitas pusaran udara masuk.

Pekerjaan perpindahan panas yang disebutkan selama proses pemasukan paling sering tidak membahas masalah pengaruh dinamika gas pada intensitas perpindahan panas lokal, yang menentukan jumlah pemanasan muatan segar dan tekanan suhu di intake manifold (pipa). Namun, seperti yang Anda ketahui, jumlah pemanasan muatan baru berdampak signifikan pada laju aliran massa muatan baru melalui silinder mesin dan, karenanya, pada tenaganya. Selain itu, penurunan intensitas dinamis perpindahan panas di saluran masuk mesin pembakaran internal bolak-balik dapat mengurangi tegangan termalnya dan dengan demikian meningkatkan sumber daya elemen ini. Oleh karena itu, studi dan pemecahan masalah ini merupakan tugas mendesak untuk pengembangan mesin.

Perlu dicatat bahwa saat ini, perhitungan teknik menggunakan data dari blowdown statis, yang tidak benar, karena ketidakstasioneran (denyut aliran) sangat memengaruhi perpindahan panas di saluran. Studi eksperimental dan teoritis menunjukkan perbedaan yang signifikan dalam koefisien perpindahan panas dalam kondisi non-stasioner dari kasus stasioner. Bisa mencapai 3-4 kali lipat nilainya. Alasan utama untuk perbedaan ini adalah penataan ulang spesifik struktur aliran turbulen, seperti yang ditunjukkan pada .

Ditemukan bahwa sebagai akibat dari dampak aliran non-stasioneritas dinamis (percepatan aliran), struktur kinematik di dalamnya ditata ulang, yang menyebabkan penurunan intensitas proses perpindahan panas. Juga ditemukan dalam pekerjaan bahwa percepatan aliran mengarah pada peningkatan 2-3 kali lipat tegangan geser dekat dinding dan selanjutnya penurunan koefisien perpindahan panas lokal dengan faktor yang hampir sama.

Jadi, untuk menghitung nilai panas muatan segar dan menentukan tekanan suhu di intake manifold (pipa), diperlukan data tentang perpindahan panas lokal sesaat di saluran ini, karena hasil blowdown statis dapat menyebabkan kesalahan serius (lebih dari 50 %) saat menentukan koefisien perpindahan panas di saluran masuk , yang tidak dapat diterima bahkan untuk perhitungan teknik.

1.4 Kesimpulan dan pernyataan tujuan penelitian

Berdasarkan hal di atas, kesimpulan berikut dapat ditarik. Karakteristik teknologi dari mesin pembakaran internal sangat ditentukan oleh kualitas aerodinamis saluran masuk secara keseluruhan dan elemen individual: intake manifold (pipa saluran masuk), saluran di kepala silinder, leher dan pelat katupnya, ruang bakar di mahkota piston.

Namun, saat ini, fokusnya adalah pada optimalisasi desain saluran di kepala silinder dan sistem kontrol yang rumit dan mahal untuk mengisi silinder dengan muatan segar, sementara dapat diasumsikan bahwa hanya karena profil intake manifold yang dapat gas-dinamis, pertukaran panas dan karakteristik konsumsi mesin akan terpengaruh.

Saat ini, ada berbagai macam alat dan metode pengukuran untuk studi dinamis dari proses asupan di mesin, dan kesulitan metodologis utamanya terletak pada pilihan tepat dan gunakan.

Berdasarkan analisis data literatur di atas, tugas-tugas disertasi berikut dapat dirumuskan.

1. Menentukan pengaruh konfigurasi intake manifold dan adanya elemen filter terhadap dinamika gas dan karakteristik aliran mesin pembakaran dalam piston, serta mengidentifikasi faktor hidrodinamika pertukaran panas aliran berdenyut dengan dinding pipa saluran saluran masuk.

2. Kembangkan cara untuk meningkatkan aliran udara melalui sistem asupan mesin piston.

3. Temukan pola utama perubahan perpindahan panas lokal sesaat di saluran masuk ICE piston dalam kondisi ketidakstabilan hidrodinamik di saluran silinder klasik, dan temukan juga pengaruh konfigurasi sistem saluran masuk (sisipan berprofil dan filter udara) pada proses ini.

4. Ringkaslah data eksperimen tentang koefisien perpindahan panas lokal sesaat di intake manifold dari mesin pembakaran dalam bolak-balik.

Untuk menyelesaikan tugas yang ditetapkan, kembangkan metode yang diperlukan dan buat pengaturan eksperimental dalam bentuk model skala penuh dari mesin pembakaran internal bolak-balik yang dilengkapi dengan sistem kontrol dan pengukuran dengan pengumpulan dan pemrosesan data otomatis.

2. Deskripsi pengaturan eksperimental dan metode pengukuran

2.1 Penyiapan eksperimental untuk mempelajari proses pemasukan dalam mesin pembakaran dalam bolak-balik

Ciri khas dari proses asupan yang dipelajari adalah dinamisme dan periodisitasnya, karena rentang kecepatan poros engkol mesin yang luas, dan pelanggaran keselarasan berkala ini, terkait dengan gerakan piston yang tidak rata dan perubahan konfigurasi saluran masuk di area perakitan katup. Dua faktor terakhir saling berhubungan dengan pengoperasian mekanisme distribusi gas. Kondisi seperti itu dapat direproduksi dengan akurasi yang memadai hanya dengan bantuan model skala penuh.

Karena karakteristik gas-dinamis adalah fungsi dari parameter geometris dan faktor rezim, maka model dinamis harus sesuai dengan mesin dengan dimensi tertentu dan beroperasi dalam mode kecepatan karakteristiknya untuk memutar poros engkol, tetapi dari sumber energi eksternal. Berdasarkan data ini, dimungkinkan untuk mengembangkan dan mengevaluasi efisiensi keseluruhan dari solusi tertentu yang ditujukan untuk meningkatkan saluran intake secara keseluruhan, serta secara terpisah untuk berbagai faktor (desain atau rezim).

Untuk mempelajari dinamika gas dan perpindahan panas dari proses pemasukan dalam mesin pembakaran internal reciprocating, pengaturan eksperimental dirancang dan diproduksi. Itu dikembangkan berdasarkan mesin VAZ-OKA model 11113. Saat membuat instalasi, bagian prototipe digunakan, yaitu: batang penghubung, pin piston, piston (dengan revisi), mekanisme distribusi gas (dengan revisi), katrol poros engkol. Gambar 2.1 menunjukkan bagian longitudinal dari pengaturan eksperimental, dan Gambar 2.2 menunjukkan potongan melintangnya.

Beras. 2.1. Bagian longitudinal dari pengaturan eksperimental:

1 - kopling elastis; 2 - jari karet; 3 - leher batang penghubung; 4 - leher akar; 5 - pipi; 6 - mur M16; 7 - penyeimbang; 8 - mur M18; 9 - bantalan utama; 10 - mendukung; 11 - bantalan batang penghubung; 12 - batang penghubung; 13 - pin piston; 14 - piston; 15 - selongsong silinder; 16 - silinder; 17 - dasar silinder; 18 - penyangga silinder; 19 - cincin fluoroplastik; 20 - pelat dasar; 21 - segi enam; 22 - paking; 23 - katup masuk; 24 - katup buang; 25 - poros bubungan; 26 - katrol poros bubungan; 27 - katrol poros engkol; 28 - sabuk bergigi; 29 - rol; 30 - dudukan penegang; 31 - baut penegang; 32 - kapal tangki; 35 - motor asinkron

Beras. 2.2. Potongan melintang dari pengaturan eksperimental:

3 - leher batang penghubung; 4 - leher akar; 5 - pipi; 7 - penyeimbang; 10 - mendukung; 11 - bantalan batang penghubung; 12 - batang penghubung; 13 - pin piston; 14 - piston; 15 - selongsong silinder; 16 - silinder; 17 - dasar silinder; 18 - penyangga silinder; 19 - cincin fluoroplastik; 20 - pelat dasar; 21 - segi enam; 22 - paking; 23 - katup masuk; 25 - poros bubungan; 26 - katrol poros bubungan; 28 - sabuk bergigi; 29 - rol; 30 - dudukan penegang; 31 - baut penegang; 32 - kapal tangki; 33 - sisipan yang diprofilkan; 34 - saluran pengukur; 35 - motor asinkron

Seperti yang terlihat dari gambar-gambar ini, pemasangannya adalah model skala penuh dari mesin pembakaran internal satu silinder dengan dimensi 7.1 / 8.2. Torsi dari motor induksi ditransmisikan melalui kopling elastis 1 dengan enam jari karet 2 ke poros engkol desain aslinya. Kopling yang digunakan mampu mengkompensasi sebagian besar ketidaksejajaran sambungan antara poros motor asinkron dan poros engkol instalasi, dan juga untuk mengurangi beban dinamis, terutama saat memulai dan menghentikan perangkat. Poros engkol, pada gilirannya, terdiri dari jurnal batang penghubung 3 dan dua jurnal utama 4, yang saling berhubungan menggunakan pipi 5. Leher engkol ditekan dengan pas interferensi ke pipi dan dipasang dengan mur 6. Untuk mengurangi getaran, penyeimbang 7 dipasang ke pipi dengan baut Gerakan aksial poros engkol dicegah oleh mur 8. Poros engkol berputar pada bantalan gelinding tertutup 9 dipasang pada penyangga 10. Dua bantalan gelinding tertutup 11 dipasang pada jurnal batang penghubung, di mana sambungan batang dipasang 12. Penggunaan dua bantalan dalam hal ini dikaitkan dengan ukuran pemasangan batang penghubung . Piston 14 dipasang ke batang penghubung menggunakan pin piston 13, yang bergerak maju di sepanjang selongsong besi tuang 15 yang ditekan ke dalam silinder baja 16. Silinder dipasang pada alas 17, yang ditempatkan pada penyangga silinder 18. Satu cincin fluoroplastik lebar 19 dipasang pada piston, bukan tiga baja standar. Penggunaan selongsong besi tuang dan cincin fluoroplastik memberikan pengurangan gesekan yang tajam pada pasangan selongsong piston dan cincin piston- lengan baju. Oleh karena itu, pengaturan eksperimental mampu beroperasi dalam waktu singkat (hingga 7 menit) tanpa sistem pelumasan dan sistem pendingin pada kecepatan kerja poros engkol.

Semua elemen tetap utama dari pengaturan eksperimental dipasang pada pelat dasar 20, yang dipasang ke meja laboratorium dengan bantuan dua segi enam 21. Untuk mengurangi getaran, paking karet 22 dipasang di antara segi enam dan pelat dasar.

Mekanisme distribusi gas dari instalasi eksperimental dipinjam dari mobil VAZ 11113: rakitan kepala blok digunakan dengan beberapa modifikasi. Sistem terdiri dari katup masuk 23 dan katup buang 24 yang dikendalikan oleh poros bubungan 25 dengan katrol 26. Katrol poros bubungan dihubungkan ke katrol poros engkol 27 menggunakan sabuk bergigi 28. Aktif poros engkol pemasangan menempatkan dua katrol untuk menyederhanakan sistem pengencangan sabuk penggerak poros bubungan. Ketegangan sabuk diatur oleh roller 29, yang dipasang pada rak 30, dan baut penegang 31. Oiler 32 dipasang untuk melumasi bantalan poros bubungan, oli dari mana mengalir secara gravitasi ke bantalan poros bubungan.

Dokumen Serupa

Fitur proses asupan dari siklus aktual. Pengaruh berbagai faktor terhadap pengisian mesin. Tekanan dan suhu pada akhir asupan. Koefisien gas sisa dan faktor penentu nilainya. Masuk saat piston berakselerasi.

kuliah, ditambahkan 05/30/2014


Dimensi bagian aliran di leher, bubungan untuk katup masuk. Pembuatan profil cam tanpa palu menggerakkan katup masuk tunggal. Kecepatan pendorong sesuai dengan sudut putaran cam. Perhitungan pegas katup dan camshaft.

makalah, ditambahkan 03/28/2014


Informasi umum tentang mesin pembakaran internal, fitur desain dan pengoperasiannya, kelebihan dan kekurangannya. Proses kerja mesin, metode penyalaan bahan bakar. Cari petunjuk untuk meningkatkan desain mesin pembakaran internal.

abstrak, ditambahkan 21/06/2012


Perhitungan proses pengisian, kompresi, pembakaran dan ekspansi, penentuan indikator, parameter efektif dan geometris mesin piston pesawat. Perhitungan dinamis mekanisme engkol dan perhitungan kekuatan poros engkol.

makalah, ditambahkan 01/17/2011


Studi tentang fitur proses pengisian, kompresi, pembakaran dan ekspansi, yang secara langsung mempengaruhi proses kerja mesin pembakaran dalam. Analisis indikator dan indikator efektif. Konstruksi diagram indikator alur kerja.

makalah, ditambahkan 10/30/2013


Metode untuk menghitung koefisien dan tingkat ketidakseragaman suplai pompa piston dengan parameter yang diberikan, menyusun jadwal yang sesuai. Kondisi hisap pompa piston. Perhitungan instalasi hidrolik, parameter dan fungsi utamanya.

pekerjaan kontrol, ditambahkan 03/07/2015


Proyek pengembangan kompresor piston berbentuk V 4 silinder. Perhitungan termal unit kompresor mesin pendingin dan penentuan jalur gasnya. Konstruksi indikator dan diagram daya unit. Perhitungan kekuatan bagian piston.

makalah, ditambahkan 01/25/2013


Karakteristik umum skema pompa piston aksial dengan blok silinder dan cakram miring. Analisis tahapan utama perhitungan dan desain pompa piston aksial dengan blok miring. Pertimbangan desain pengontrol kecepatan universal.

makalah, ditambahkan 01/10/2014


Merancang perlengkapan untuk operasi pengeboran dan penggilingan. Metode mendapatkan benda kerja. Desain, prinsip, dan kondisi pengoperasian pompa piston aksial. Perhitungan kesalahan alat ukur. Skema teknologi perakitan mekanisme daya.

tesis, ditambahkan 05/26/2014


Pertimbangan siklus termodinamika mesin pembakaran internal dengan suplai panas pada volume dan tekanan konstan. Perhitungan termal mesin D-240. Perhitungan asupan, kompresi, pembakaran, proses ekspansi. Indikator efektif dari mesin pembakaran internal.