автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Исследование степени черноты тепловоспринимающих поверхностей камеры сгорания в двигателях внутреннего сгорания

(И 1" ,

-5М?ГйЗ -

' САНКТ - ПЕГЕРБУРГСШЙ ■ <

Г.осуязрственный технический университет

1

На правах рукописи ‘ ЗУЕВ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ

Исслелозание 'степени черноты тепловоспркнимап-щих поверхностей камеры сгорания в двигателях внутреннего сгорания •

Специальность 05.04.0?.. - ¿тепловые двигятелм. ■

АВТОРЕФЕРАТ ‘

диссертации на соискание ученой степени кчнпгг.этэ . . технических наук.

Счнкт-Петербург - 1593.

Работа выполнена на кафедре "Двигатели внутреннего сгорании" Алтайского государственного технического университета им.И.И.Ползунава

Научный руководитель - док'ор технических наук,

_ ' . профессор МАТИЕВСКИЙ Д.Д.

Официальные оппоненты - доктир технических наук, '

' . . профессор ЬАТУ№ С.А.

' - кандидат технических наук, •

Лсжкин В.Ь.

Ведущая организация - ПО Алтайский моторный завод. Защиту диссертации состоится

в ^_^"~часов на заседании специализированного Совета К 063.38.01 Санкт-Петербургского государственного технического университета в ауд."____________________"гла-

вного здания (195251, г.Санкт-Петербург, Политехническая, 29).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета. - -

■ •* /*~" “ - ' 'V? ~

Автореферат разослан года.

Ученый секретарь специализированного совета К 063.38.01, к.т.н., доцент ГРЯНКО Л.П.

. ОНЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ. .

АОТУАЛЬНОСТЬ,Р.АБОТ^ Двигатели внутреннего сгорания являются важнейшей составной частью энергетической базы народного хозяйства. Поэтому повышение энерговооруженности всех отраслей народного хозяйства требует развития и совершенствования производства двигателей внутреннего сгорания. Одним из существенных резервов повышения экономической эффективности работ по созданию современных и перспективных дизелей является сокращение трудоемких и дорогостоящих поводочных работ путем широкого внедрения в расчетную практику дизелестроения современных аналитических методов, построенных на основе математических моделей процессов, происходящих в цилиндре двигателя. В настоящее время для исследования теплового и напряженно-деформированного состояния детп-лей ЦПГ двигателя широко применяется метод конечных' элементов (МКЭ). Очевидно, что его применение должно основываться на точных и достоверных методах задания граничных условий по теплообмену, причем раздельно по конвективному и радиационному, учитывая их различимо механизм перенося и физическую природу. Используемый в настоящее время в расчетной практике двигателе-строения япнульнкй метод не позволяет применять его в полной мере для расчета локальных характеристик радиационного теплообмена в цилиндра дизеля из-за отсутствия достоверных данных сб излучающих характеристиках поверхностей КС, в частности степени черноты стенки.

Ц“'Л.,.13Г.(ЛУ: . ('СПОРНОЙ целью дисспртяписпиг.й рзботк .‘Ш1П-гпг.ь: разр^откэ пкспериментаяьшго метода иеслг’-!сч'чшп излучч-тепьн1'»чря*П'еристит{ тепловпппринииптоих П''прхногт-'1 К'.! п

оксгерт'енмдмю-тсоротичгеко^ !!Г',:!епс[пм,е ус топ* г» гт-,■'>•■:!■■ц~

’ I

ного теплообмена;В КС дизеля, а также использование полученных опытных данных для развития теории радиационного теплообмена в КС дизеля и совершенствовании методов расчета радиационного теплообмена. | \

НАУЧНАЯ..ШШЗНА_РАЩШ. Шервые получены экспериментальные данные о степени черноты поверхностей КС, позволяющие достоверно оценить роль физических, механических, оптических свойств и собственного излучения деталей ЦПГ в формировании радиационной тепловой нагрузки. Предложена классификационная схема формирования экран-поверхностей в зависимости от способа технического воздействия на эту поверхность.

№№Т1ШСК^_ЗНАЧШ0СТЬ_.. Разработана методика и создан стенд, позволяющий быстро и надежно определить излучательную способность любой твердой поверхности, которые могут быть использованы при проведении поисковых, конструкторско-технологических работ. Получение надёжных данных о степени черноты деталей ЦПГ позволит исключить произвольную форму её задания в расчетах радиационного Теплообмена и анализа теплонапряженного состояния деталей ЦПГ МКЭ при задании граничных условий по радиационному теплообмену. Результаты исследования позволяют существенно упростить методику расчета радиационного теплообмена.

_Ш9ЕАЩИ_РАЕЩЫ1 Основные результата докладывались на:

- Всесоюзном межотраслевом научно-техническом семинаре "Рабочий процесс, теплообмен в ДВС и теплонапряженность их деталей", г.Санкт-Петербург, СПГТУ, январь 1991 года;

- постоянно действующим научно-техническом семинаре "Повышение

топливной экономичности и надежности быстрохопных дизелей"

2.

г.Барнаул Алтайский ГТУ, 1988-1991г.г., а также на научнопрактических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава института, г.Барнаул, Алтайский ГТУ, 1988-1391г.г. :

к :

щташции. По теме диссертационной работы опубликовано три печатные работы. 1

■ ОЕЪЕМ_РАБ(ЛУ.. Диссертация состоит из введения, четырех . глав основных выводов и приложения. Работа содержит 120 страниц основного текста, 44 страницы иллюстраций, 19 таблиц, 2-х фотографий и приложение на 2 листах. .

С0®ШИ5_РЛБ0ди^ Во.ввепении^обосновывается актуальность исследования, излагаются положения, выносимые автором на защиту, раскрывается научная новизна и практическая ценность работы.

проведен анализ экспериментально-расчетных методов исследования граничим условий радиационного теплообмена в КС ДОЗ, которому посвящены работы российских и зарубежных исследователей (Сурикова D.A., Андрианова В.Н., Костина Л.К., Петриченко P.M., Батурина С.А.,'Сградомского М.В., Лоскутова A.C., Синицына В.А., Шиткея). Особое внимание при анализе удалено физическим условиям и определяющим показотелям радиационного теплообмена. Показано, что ^-чоичееки более оправдано и теоретически обосновано расчет рппнлученного теплообмена провопить по интегральной по спектру излучения степени черноты излучателя (£*) и сре-пнемяссовг.И по объему температуре сажистых чгстац (7h). Д">н анализ oKcnej »ментальным методам и срсчствям изучения {рдкатг'т-иого теплообмена в ДШ, п частности списан цутс.п ептт!^з!С"'го

рования применительно к конкретному двигателю и проанализированы методы исследования параметров радиационного теплообмена с помощью датчиков-радиометров. Проведенный анализ методов и средств аналитического исследования параметров теплового излучения в цилиндре дизеля показал, что приме мтеььно к ДВС целесообразно использование зонадьного метода определения фокальных -энергетических характеристик радиационного теплообмена. В то же время отсутствуют экспериментальные данные по, степени черноты тепловоспри-нимаюцих поверхностей КС, единичные же работы по опытному определению £ ст. деталей ЦПГ дают основания использовать их в расчетах радиационного теплообмена, т.к. они получены только для деталей ЦПГ карбюраторных ДВС и в узком (100-250°С) интервале температур этих деталей. Отсутствие экспериментальных данных по£ ст. поверхностей деталей КС дизелей не позволяет достоверно оценивать радиационную составляющую теплового потока и задавать граничные условия при расчетном анализе теплонапряженного состояния детайей ЦПГ, например, МКЭ.

' . В заключении первой главы сформулированы вышеуказанные цель

и задачи исследования.

Бо_второй_главе проведен анализ современных методов и средств исследования интегральной излучательной способности твердых тел. Анализ показывает, что наибольшее распространение получил радиационный метод. На рис.1 представлена экспериментальная установка цля определения интегральной излучательной способности твердых тел, изготовленная на базе современного агрегатного комплекта АПИР-С, в основе работы которого положен метод радиационной пирометрии. В качестве приемника излучения использован преобразователь пирометрического полного излучения ИНТ-131 01, имеющий спектральный диапазон чувствительности 0.4...8мкм. Приемный элемент пред-

ставляєт собой І4-спайную термобатарею из хромель-копелевых фольговых термопар и лингы объектива, которая служит для получения изображения объекта в плоскости полевой диафрагмы. Полевая диафрагма жестко крепится на кронштейне с помощью винта и предназначена для получения заданного показателя визирования 1/25. Для уменьшения влияния температуры окружающей среды применена мостовая схема, где п данном плече моста включено медное сопротивление, которое располояено в приемном устройстве и имеет надежный контакт с корпусом. Термобатареи имеют некоторый разброс чувствительности, поэтому л ля получения стандартной градуировочной характеристики предусмотрена апертурная диафрагма, перемещенном которой осуществляется подгонка градуировочной характеристики. Дополнительная погрешность преобразователя, вызванная отклонением температуры его корпуса от (20і 5) С регистрируется термопарой и компенсируется поправкой.

Сигнал низкого уровня, пропорциональный измеренной темера-туре объекта, от первичного пирометрического преобразователя полного излучения ПЛТ поступает на преобразователь вторичный, который состоит из: блока промежуточного ІЇЇ1-0; блока усилителя ВУ-01 и блока питания ГЛ. Па блоке 1ІЛ-0 сигнал преобразуется и усиливается го напряжения 0-213. С выхода преобразователя прожиточного постоянное напряжение 0 - Р.В, прспоршпнчльнсо• изморлсисй температуре, поступает на гкгояноП усилитель Р-У, где усиливаете л и преобразуется в т-гходнпй сигнал ГСП (0. ..&мА), который регистрируется блоком инпикпции, состоящим из прибора к.л/'бпг-'рован-пого цифрового Щ4ГЛЗ. Питание пркбоп) осуществляется от б,ном Питання ПІ. Для проверки работоспособности пре'і?рязс?ат"лн пго-М'-'чуючИ'-'Го І1П-0, а тачжо гсего прибора и п.с;И’'.г!И,'0 .ч<ей "отт греи--

К И Оі'') Р" »|;»УП 01'г ПЛУОТОт;р|[ п Приборе Ш'ОИТОЯ ПОЛИ

калибровки и установки нуля. .

Температура исследуемых образцов измеряется 'хромель-копеяе7 вой термопарой ТР-0379-01 на глубине I.. Л,5мм от огревой повер-

I ■

хности по центру'образца. Горячий спай термопары для обеспечения наияучших условий контакта между материалом детали и спаем под-

1 ‘ С

жимается винтом,1 в холодный конец термостатируется при 30 С посредством осевого вентилятора и заслонки. Для поддержания требуемого температурного режима образца предусмотрены два контура регулирования. Первый контур обеспечивает регулирование истечения газа посредством редукционного клапана вентиля запорного. Второй контур обеспечивает необходимый тепловой поток с помощью газогре-лочного устройства. Погрешность, возникающая из-за неравномерного поля температур в образце свепена к минимуму за счет медленного нарастания и длительной стабилизации теплового потока на исследуемом режиме. .

После проведения серии экспериментальных циклов проверялась стабильность показаний. Разброс показаний относительно средних значений не превышал 1.0$.

На основании серии экспериментальных циклов разработана методика проведения эксперимента и получена рабочая формула для расчета интегральной нормальной степени черноты.

Порядок проведения эксперимента и обработки результатов:

1. Производит прогрев опытного образца Й на установке (рисЛ).

2. Определяем истинную температуру образца по следующей схеме.

По прибору ПП-63 и табл.1 устанавливаем напряжение, соответствующее исследуемой температуре, используя зависимость ’ И*Иу-б , ' (I)

Где И - истинное значение показания потенциометра при соответствующей температуре испытания, мВ; Иу - установочное значение по-

казания -потенциометра при соответствующей температуре испытания, взятое из табл.1, мВ; б - поправочный коэффициент, учитывающий температурное состояние свободных концов термопары (б»1.98мВ-град.табл. ГОСТ 3044-61).

3. Определение предварительного значения степени черноты.

По прибору ПП-63 фиксируем требуемое для определенной температуры напряжение И (с учетом поправки) и посредством переключения "Излучательная способность" на приборе ПВ-0 ориентировочно устанавливаем ток на блоке индикации Щ-4313, соответствующем исследуемой температуре согласно градуировочной характеристике табл.2.

4. Производим испытания

Изменяя подачу газа ручной редуктора, одновременно на блоке инаикации 1Д—4313 визуально фиксируем значение тока согласно градуировке преобразователя табл.2 и отмечаем в момент перехода этого значения полученное значение напряжения на потенциометре ' ПП-63 (показания снимаем два раза: при а) нарастающем переходе; б) падающем переходе и заносим показания в сводную табл.З.

. Для перевода полученного напряжения в градусы необходимо определить среднее .значение напряжения и ввести поправочный коэффициент б с целью возможности использования табл.1.

¿/ер V- сГ * ¿/иСГЦ//77.}

¿/испыт.^> (напряжение переводится в градусы по табл.1).

5. расчет степени черноты иссг.едуемого образца

Для рясчета степени черноты испытуемого образца используем полученную зависимость

. у. V. (2)

где - интегральная нормальная степень черноты опытного образца при заданной температуре; £$ - базовое значение степени черноты; 0,05 - приращение степени черноты, вызванное дискретностью установки; -¿и -1исследуемое значение температуры, °С; - сре-)

цнее текущее значение температурі,-°С;^ поля допустимого'абсолютного отклонения'при данной температуре '

¿«.0,04,

где 0.04 - суммарная приведенная основная погрешность термометрического преобразователя. •

В случае нарушения неравенства^/('¿с/- ¿і ) (для исследуемой температуры) производим корректировку £ посредством переключения "Излучательная способность" на ПВ-0.

6. Для определения Є исследуемого образца при других температурах пункты 2-5 повторить.

7. Определенные экспериментально значения степени черноты сводятся в таблицу, а затем строится график (табл.З, рис.2).

С целью пальнейшего сравнения полученных экспериментальных данных, по вышеизложенной методике, исследовались образцы металлов, имеющие наиболее полное литературное описание по степени черноты. На (рис.3,4,5) приведены некоторые результаты по степени черноты исслепуемнх образцов, которые показывают хорошую сходимость с литературными данными. Это позврляет нам сделать вывод о том, что данная установка пригодна для определения степени черноты деталей ЦПГ в ДВС.

. Отличительной особенностью данной установки являются:

- целенаправленное применение отдельных заводских блоков (как Пример АІІИР-С), что позволяет уйти от создания дополнительных

конструкций ( в частности отпала необходимость создания стенда модели черного тела для тарировкй ); :

- расширен предел температуры исследования степени, черноты от 300 до 600°С;

- нагревание опытного образца производилось Газогрелочньм устрой-ствоы с целью наибольшего приближения к .реальному процессу происходящему, в КС ДВС;

- регистрация соответствующей температуры образца фиксировалась ХК термопарой, которая обладает "наибольшей" т.э.д.с. среди термопар, используемых для этих целей.

Метрологические характеристики и эксплуатационные возможности установки соответствуют техническим требованиям и обеспечиваюі решение поставленных задач в полном объеме и с достаточной точность».

В_ £££ т£ £ Я_ г л а ве проведен теоретический анализ взаимодействия падающего излучения с поверхностью, на основе которого можно предположить, что детали ЦПГ относятся к первой группе классификации веществ по комплексному показателю преломления. Материалы, отнесенные к первой группе, характеризуются высокими значениями показателя поглощения^ 10. Радиационные свойства таких материалов определяются исключительно граничной поверхностью и для них характерны очень высокие значения отражательной способности. В подтверждение вышесказанного предположения явилось проведение . сравнительных экспериментальных исследований по определению издо-чательной способности деталей ЦПГ при различных способах формирования экран-поверхности. Для сохранения сопоставимости результатов соблюдались следующие условия: температур?» исследования опытных образцов 300°С; материал образца из поршня двигателя ЗИЛ-ІЗО (АЛ-ЗО). 3

Исследуема^ поверхновть подвергается механическому изменению. Так в таблице 4 п.1 образец из поршня двигателя (яитьё-пос- ■ тановка) имеет степень черноты равную 0,63. Значение степени черноты поверхности рбразца торцованной на станке 1К-62 равно 0,19, Полирование поверхности и обработка напильником дает практически одинаковое знанеНие степени черноты 0,42; 0,44.

В таблице 5 приведены результаты исследования воздействия на экран-поверхность, где существенное значение отводится среде воздействия. Данная среда воздействия в значительной степени формирует £ ст. В таблице 5 пЛ средой,при которой происходит формирование экран-поверхности является "воздух". Наибольшее значение степени черноты равной 0,88 имеет образец, формирование поверхности которой произведена в среде "бензина".

В таблице 6 приведены результаты исследования степени черноты образца с нагаром, но с последующим воздействием "шабера". •

На рис.6 представлены результаты исследования опытных образцов из металла ст.*0 и а* -30. Образцы имели теплоизоляционное покрытие , толщина покрытия 0,6мм. Из рис.6 видно, что ма-

териал образца не влияет на степень черноты, характер изменения кривой I (ст.20) и 2 (^^-30) совпадают. Нрипая 3,построенная по литературным данным, изложенным в работе Блоха А.Г. отражает зависимость степени черноты оксида алюминия от температуры. Необходимо отметить общую тенденцию изменения экспериментальных и литературных данных.

На оснобании анализа литературных, а также экспериментальных данных нами была разработана классификационная схема формирования экран-поверхнортей (рис.7). Естественно, что деление на способы воздействия на экран-поверхность являются условным. В реаль-

ности же наблюдается взаимное совмещение и существование многообразия как состояния поверхностей, так и способов их образования. Однако, .ланный подход позволяет охватить весь спектр задач по определению излучательных свойств поверхностей и выделить область практического экспериментального исследования для ДВС, а именно химический способ воздействия на экран-поверхность.

Анализ физических основ образования нагара в КС' позволяет сформулировать предположение о том,что для проведения исследования возможно использовать опытные образцы из.деталей ЦПГ после 50 часовой эксплуатационной наработки двигателя в условиях реальной эксплуатации. ' .

При проведении "целевых” исследований решались еле,дующие запачи: получить достоверные экспериментальные данные по степени черноты для различных поверхностей КС как для карбюраторных, так и для дизельных двигателей разного типа и назначения, а также определить зависимость <£ ст. от температуры исследуемой поверхности.

Экспериментальному исследованию подвергались образцы из поршней двигателей А—41; Д-37; ЯМЗ-740, взятые после 50 часов работы двигателя в условиях реальной эксплуатации. На рис.8 представлена зависимость £ образца из поршня двигателя Л-41. Полученные значения степени черноты показывают стабильное значение при вариации температуры от 300 до 400°С. Аналогичный характер распределения имеют ранные <5 образца из поршня двигателя Д-37 рис.9. Мы наблюдаем значение равное 0,81 при температурах от 300 400°С. Образец из пориня пвигателя ЯМЗ-740 имеет £ =0,8 в интервале исследуемых температур рис.10. Таким образом на излучательную способность не оказывает существенного значения ни марка двигателя (а следовательно и соотвегетлупщир этому двигателю процесс сгорания рчбочРй '

смеси) ни геометрй^ КС. Во всех приведенных примерах мы имеец относительно стабильное значение степени черноты равное 0,6,

На рис.IX приведены результаты эксдериментальных данных образца из поршня двигателя ВАЗ-?Ю1 (с толщиной нагара 0,4мм /нагар рыхлый/). Обмечено, что при увеличении температуры образца происходит значительное уменьшение степени черноты. З'ак,

500°С £ »0,68, Зависимость <£ образца из поршне дригртеля ЗИЛ-130 с толщиной нагара 0,6мм (нагар средней плотности) от температуры исследования приредеч. на рис.12. При температуре 300°С имеет наибольшее значение, затем происходит стабилизации значений и при т? =450°С значительное падение степени черноты. Рис.13 отражает зависимость £ образца из поршня дригателя ЗМЗ-бЗ при толщине нагара 0,6мм (Нагар плотный) от температуры исследования. Так, при 4 =300°С излучательная способность имеет наибольшее значение (в следствии наличия "маолянно-сапсевой" пленки), затем происходит её выгорание и стабилизация степени черноты в ходе дальнейшего исследования.

’ На основе результатов экспериментального исследования в интервале температур от |50 до 600°С (данные значений £ поверхностей КС от 160 до 250°С взяты из работы Волкова А.Н.) для поверхностей карбюраторного двигателя была найдена зависимость (методом интерполяции) степени черноты от температуры,при которой формируется данная экран-поверхность. ■

¿ст./ +4А

где £елг.е текущее значение степени черноты йкран-поверхности КС

- текущее значение температуры, при которой происходит формирование екран-поверхности КС. •

! Экспериментально доказано, что экран-поверхности в КС ДВС имеют два фазовых состояния этой поверхности, природа образовал

ния которых различна. В карбюраторном двигателе наблюдаем первое фазовое состояние,при котором происходит выгорание нагара, и как следствие изменение степени черноты в зависимости от температуры, которая определяется по выражению (3). Б дизельном двигателе имеем второе состояние, где выгорание.нагара не происходит,

а излучательная способность поверхностей изменяется лишь в пре' I

делах от 0,96 до 0,8. Данные таблицы 7. отражают значения степени черноты поверхностей КС дизелей в зависимости от состояния экран-поверхности.

Результаты эксперимента по определению £ для всех исследованных зол как для карбюраторного, так и для дизельного двигателей представлены в таблице 8.

В четвертой главе представлена уточненная зональная математическая модель и методика расчета локального радиационного теплообмена в цилиндре дизеля при использовании реальных значений степени черноты поверхности камеры сгорания, полученных по предложенной методике.

В зональной модели радиационного теплообмена интегральное уравнение для результирующего теплового потока, определяющего тепловую нагруженность деталей ЦПГ запишется следующим образом:

Є/>*л.-£ҐМг/* М)

* А/Яг,

ііак видно, задача определения энергетических характеристик радиационного теплообмена распадается на два самостоятельных этапа. Первый - определение угловых коэффициентов излучения КЦ1/ ; '

Мк) и (М^ ; Ми), второй определение собственно локальных тепло-* пых потоков по уравнению (4) и характера их распределения по элементам теиловоспринимающих поверхностей излучающей систем,I. .

« В качестве;исходных данных при расчетах радиационного теп-

цицирования цилиндра дизеля и полученные экспериментально локальные значения стецени черноты -деталей поршня, крышки и втулки цилиндра. •

В результате расчетов получены поля локальных радиационных тепловых потоков для всех видов излучения (пацающего, эффективного, результирующего) как в функции угла поворота коленчатого вала, так и в функции относительного радиуса поршня и крышки цилиндра дизеля I ЧН 16/17. ( рис.14,15).

Обращает на себя внимание неравномерный характер распределения . по поверхностям крышки и поршня с максимумом в обла-

сти наибольшей кривизны поверхности поршня и противолежащей поверхности крышки цилиндра. Данный факт следует учитывать при задании граничных условий по радиационному теплообмену при расчетном анализе теплонапряжзнного состояния деталей 1ЩГ дизелей.

лообмена зональным методам принимались: интегральная по спектру . излучения черноты дизельного пламени, среднемассовая те- '

мпература сажистых частиц, определение по методу оптического ин-

■ , вывода И РЕКОМЕНДАЦИИ ■

В результате проведенных комплексных, теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы и рекоменпации. ;

> 1

1. Задание граничных условий при проведении расчетов радиационного теплообмена в цилиндре двигателя осуществляется не кор-

ректно, требуются специальные целенаправленные исследования по их корректировке. .

2. На базе использования современного агрегатного комплекта АПИР-С разработана и создана экспериментальная установка для определения степени черноты твердых материалов и деталей ЦПГ. Установка надежна в работе.

3. Разработана методика эксперимента и получена рабочая формула для определения степени черноты. Достоверность результатов измерений и их обработка достигается тарировкой и подтверждается хорошим совпадением с известными литературными данными.

4.’ Поптвержцено положение о том, что степень черноты определяется экран-поверхностью материала, состояние которой устанавливается способом формирования. Выполнена классификация способов формирования экргш-поверхностей и для ряда материалов получены численные значения степени черноты в зависимости от способе формирования экран-поверхности.

5. Для огневых поверхностей ДВС экран-поверхность есть слой нагара, образующийся в результате сложного химико-физического ' взаимодействия поверхности с субстанцией, находящейся в цилин- -лее. механизм которого по кенпя не выяснен. Однако, стябилира-ция характеристик нагара после 50 часовой наработки двигптэля»

полученная в исследованиях многих авторов, открывает возможность сопоставимости результатов различных исследований при . условии работы с образцами,взятыми из деталей двигателей по-еле их 50 часовой наработки. -

6. Экспериментально доказано, что формирование экран-поверхности

в КС ДВС имеет два фазовых состояния этой поверхности, природа образования которых различна, В карбюраторном двигателе мы наблюдаем первое фазовое состояние (при котором происходит выгорание саки, (нагара) и, как следствие, изменение степени черноты в зависимости от температуры).’ В дизельном двигателе имеем второе состояние, где выгорание сажи (нагара) не происходит, а излучательная способность поверхностей изменяется лишь в пределах от 0,96 до 0,8 за счет наличия индикатрисы рассеивания, которая образуется в слепствии различной геометрии КС и присутствия нагара. ■,

7. В КС дизельного пвигателя выявлено существование друх зон: зона один- это боковая поверхность цилинпра (имеющая значения £ =0,30-0,40) и зона два - все остальные поверхности КС, значения степени черноты которых изменяется в пределах 0.80-

0,96 (с учетом влияния индикатрисы рассеивания).

8. В КС карбюраторного двигателя на основе литературных данных,

в также результатов эксперимента получена (методом интерполяции) зависимость степени черноты от температуры при которой происходит формирование экран-поверхности с£ ст^/(У«*). Так при температуре формирования экран-поверхности КС от £0в+500°С . значения степени'черноты изменяются в пределах 0,96+0,5,

9. С учетом реальных значений £ ст. были получены значения до- ' кального результирующего радиационного теплового потока

по поверхностям поршня, крыши и втулки для точек граничной поверхности с координатами 2/rqo«0,75, 4¿п. »0,75.

дизеля I ЧН 16/17. Шявлено, что радиационный тепловой поток по мере движения поршня от ШТ резко увеличивается и достигает максимума в районе 30-40° п.к. в.после ШТ.

10.Распределение результирующего радиационного теплового потока по поверхности поршня и крышки при фиксированном положении поршня, соответствующим /»10° п.к.в..дизеля I ЧН 16/17 носит ярко выраженный неравномерный характер. Это обстоятельство необходимо учитывать при задании граничных условий по радиационной теплопередаче при расчете деталей ЦПГ на прочность методом конечных элементов.

11.Методика определения степени черноты деталей ЦПГ и результаты эксперимента всех исследованных зон (ка*для карбюраторных,

Так и для дизельных двигателей) представленные в работе могут быть использованы для расчета радиационного теплообмена в КС ДВС, а также при определении собственного теплового потока любой поверхности КС.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Челяпенков М.А., Зуев A.A. Метопы организации рабочего процесса пизеля с двойной попачей топлива. - в кн.: тезисы докладов

. к У1 краевой конференции молошх ученых и специалистов -Барнаул, 1984, с 93-94. ,

2. Зуев A.A. Критический анализ современных' метопов и средств определения показателей радиационного теплообмена в дизелях // Повышение топливной окономичности и напежности быстроходных дизелей/ течисы постоянно действующего семинара - Барнаул: Б.И., 1989 - с 12-14.

3. Зуев A.A. Экспериментальное определение локальной степени черноты деталей ЦПГ пиэелей // Совершенствование быстроходных дизелей: Межвуя. сб.1 Алт.ГТУ - Барнаул, 1991. - с 94-102.

Таблица I Градуировка ХК .

Темпера! тура ) pao.ко-! нца °С І

! !

!!

0!1!2!3!4!5!6!7!8!9

Mtí

41121.50121.58121.66[21.74121.83121.91121.99 41І22.49І22.58 22.66І22.74І22.82 24 !23 33! 23.41^23.50 ! 23.50123.67 35І24.43І24.52 .20І25.28І25.37

280 21.25121.33 f21

290 22.08 22.16 22

300 22.91 22.99 23

310 23.75 23.84 23

320 24.60 24.69 24

330 25.45 25.54 25

340 26.31 26.39 26

350 27.17 27.25 27

360 28.02 28.11 28

370 28.89 28.98 29

380 29.76 29.84 29

390 30.62 30.71 30

400 31.49 31.58 31

410 32.35 32.44 32

420 33.22 33.31 33

430 34.08 34.17 34

440 34.95 35.04 35

450 35.82 35.91 35

460 36,68 36.77 36

470 37.55 37.64 37

480 38.42 38.51 І8

490 39.29 39.38 39

.500 40.16 40.25 40

22

23

24 24 25. 26

27.

28.

29.

30.

.24І22.33 .08І23.І6 .92І24.0І •77І24.86 -62 !25.71 .48І26.66 .ЗЗІ27.42 .20 !28.28 .07І29.І5 .93І30.0І _

.80 ! 30.88 Î 30 .67 ! ЗІ.75ІЗІ. .53 f 32.61Í 32. . -40 ! 33.48 Î 33. .26І34.34І34. .13 f 35.21! 35. .99І36.08І36. .85І36.94І37. . 72137.81 ! 37 _ .59ІЗВ.68І38, .46139.55139. .ЗЗІ40.4ІІ40.

09І24.І8І24.26 94 Î 25.03 Í 25.II 79І25.87І25.96 65І26.74І26.82 50І27.59І27.67 37І28.46І28.55

29.33І29.4І 3Ó.I8Í30.27 ЗІ.06ІЗІ.І4 ЗІ.93І32.0І 32.79І32.87 33.66І33.74 34.52І34.6І 35.39І35.47 36.25І36.34 37Л2І37.20 37.99І38.07 ^ 38.06І38.94І39 39.73 ! 39.81! 39 40.60І40.68І40

.04І26.ІЗ

.9ІІ26.99

76І27.В4

63І28.72

50І29.59

30.44

31.31

32.19

33.05

33.91

34.78

35.65

36.51

37.38

38.25

39.12

39.99

40.86

26.22

27.08

27.93 28.81 29.67 30.53 31.40 32.27 33.14 34.00 34.86 35.73 36.59 37.46 38.33 39.20 40.07

40.94

Градуировочная характеристика преобразователя

ПВБ-01000 Градуировка РФ-6А-І

Темпера-!, тура °С ! 0 - 100 мВ ! Бхолноі) сигнал 0 - 10 мВ ! 0 - 5 мВ "Т~4~- 20~1

300 0.000 0.000 0.000 4.000

350 3.237 0.824 0.412 . 5.318

400 19.538 1.954 0.977 7.І26

460 33.613 3.361 І.68І 9.378

500 51.329 5.133 2.566 . 12.213

550 73.555 7.355 3.678 15.769

СОО 100.000 10.000 5.000 20.000

іI.! Литьё - поставка

¡2.' Поверхность торцована на | |станке 1К-62, п=500 об/мин.

¡3.{Поверхность полирована на .станке 1К-62, пастой "ГОИ"

4.! Поверхность обработана напильником

(Параметры образца I

-\----------------------Н

! Поршень ЭШ1-130 '

| новый

Поршен!» ЗИЛ-130 новый

Порщень ЗИЛ-130 новый

ПоршенЬ ЗИЛ-130 | новый

£

0,63

0,19

0,42

0,44

Таблица № 5

|#| ' Среда

Ї.’ Воздух I

I. 1 Бензин ..І........

воздействия

Параметры образца

| Поршень ЗШІ-ІЗО новый, і окисленный при 600°С

1 Поршень ЗИЛ-130 с рагаром

0,68

0,88

Таблица № б

Инструмент воздействия ] Параметры образца £

Шабер ' і . | Поршень ЗИЛ-ІЗО с нага- 0,46

I ром

Тип двигателя ¡Темпера-) ¡Состояние экран-поверх-¡Источник ин-|тура по—( £ )ности ’формации

' верию-!| ( !

сте!! КС | ' |

............з" ]

I

Дизель

<. I

*1 Г

разли- : 0,96 , Поверхность плоская чная , ' без нагара (рабочая)

■Литературные ланние

0,90 I Поверхность плоская ¡эксперимент

I I с нагаром .

| 0,05 ! Поверхность без на-

I I

• ' гара различная гео-

)

> метрин (рабочая)

' 0,80 ' Поверхность с нага-

I *

'¡эксперимент

¡эксперимент

ром рьлличиой геометрии .

Таблица № и

¡Поверхность каморы сгорания | ' Степень черноты

| |КлрСм ор~т.пплгл-ель ¡Дизельный .г пи гот.

¡Крыша цилиндров 0,80-0,96

¡Боковая поверхность пилингтре 0,3-0,4 0,3-0,4

¡Поршень ■ ^ ' 0,60-0,96

|Клапон впускной <5 -/#«) 0,ь0-0,96

|Клапвн выпускной 0, вО-0,96

гг

<‘ L-<1

w

■к

1H ? ,

£ $ éH4v 5

G Ç 'U S 4$

> ЭДФ

11 if ? Ill'll?

IWISss

t ivli ?A Ï

! 'Wf!^

г . ч,Ъ Û *4Í S>

5 *‘гНк\&5

*^ ■fhi

« *|m!vs

í ЦЇІЩі

F! ■ 11! !

Т^ілицнігЛ З

фадуироІксг тщомола/oét *ft3 Sqâ3 ês,u ¿9,51 35 Í4 IS, fi ЦВІ

Температура о£рсг$ца № т т 4*0 500 SSO $00

Грсгдуироікс/ npeodpcuoSt/те* я QfiÛQ 0,4 tí 0,97г */// ¿,5S£ \6П $,060

Дол9 aSco-лютною от-клоненая а 44 Н ¿0 H і4

стежень черно ть(

£

0,0

44

0,1

О

Зі Ю 3S0 т Ш SDQ SSO $00 і

Рис. ¿ За êucuMûcmt стелені/ 4&fiHOt7w oé/ое/вца

е

4*

¿i,,■

>•» J "■“( 2 \

за о SSO

MÛO

tce

sao

/ha. &z£uc<sjtsocf»b фпєпєа/v vep^am*/ oâ/xxju/л uj ¿галтуА/і/ (73,2J", Cu + 7Yo Sn ) o/n ¿га /пел*лл~

/еатуоА/

/- лату** акаелемэл r?pv âû&*S (¿}S/+4&P) â - ллгпумь длыгалемл/аЯ - ¿uremp c/Jt/essm

<ЛЛ?

ft/e. -4 За£исіж*/асть a/m.nä/sis уе^емат*/

e/з vyty+ta ¿V77 aeo /ъел/леаагпуо**

/- Yt/гум attfójf^A/ManS /7/0a ¿Mahl fâfv-f- £$76)

2 - ‘/уцулґ аАеиелемм'л/с/ - JxerJÆf і/ЛиЄ*/ГГ>

ÍO

Є

4s

М

/

SM

SSO 4VO

¥SO

seo t*e Sßo

А/с. сґлуаorr>Ù a/n*/i4»*sts </£/>jva/r>&/ aSpa»-

ífa <yJ omatjhs «4г? os» 4*0 тлл/пнераґгіу/*а/

■/-eme*jT4 ахиелАкжял при SOû*e (0,4 ) à- л/najté óMucJréMMcu, - рмсплр&л/*/*т

є

0J

о,s

ОАу----------------------------------------1 / -

' MO 2ÛÛ 300 ЛІ90 2Г <P

Рис. & '¿абисал/асліА S л/<ауп^Ри<хло£ памр*ф//Пб/х cxcis&oju a^AajtstsArisJZ

В -аПЄ¥ЄН0Ш ПО/за Ш04С

0 - ju<zme./>c/a. /г noArfAfsn

(ґГ7£>Лсх( U/*KX ПОЛ:/К6//ПСґЯ $ SjUAs)

4k - A*asrj£/MJ<Z/r (?fr¡a^6 ¿?¿> /70*Ы>0//77 {mOJtCLft/ASa. r*0Mf>¿//n¿sA qSJtSAf)

2ь

#J<tC<SUÇOt/M!Ct.i(</0ASA/CXJt, ffXÜJUCt Çf*a/>JVU-pçjfaiArtfjt &acj0<m-ґго^а/охлґав/ті&сг

ê

4S

qs

MO

3AT>

&00

Рис. В ¿kx£trcis^sac/T?& £ ¿¡fyastfü из

. á&t/S¿Z/7->£s7J¡ Os7?y/pA' 4f<3-

AjtA/Poéte/VC/JÍ.

АҐС- /77(//7<я SZJJJS

a

4S

àÛO

3£0

<VûO

£°<i

Pue. 9 o&âactsjsacmb £ aSpas*¿<z ¿ss

яА/а/м ¿ít?aa.a/r>ejfj¿ ¿f -3? &/п /псл/-ntyca/Tiy^As c/cc¿r&¿?0<!?<xf-/crjtz.

Л'с? - лслу^оазсЗлжм/***#-

û,s

¿¿о

VO0

û°e.

sa

Pue. fO ■Зег^асимоать £ ¿?J/><xj¡cfae un

s7a/?í¿SA/jR Sá’t/s.&srnssljl- JtP-ЛУЗ ~ 7A'& &sr7 /71A .<✓/"? ß/~Ct.mi/X><bS UCCJfe¿?0#¿*A/W&-

sao

SSV

■voâ

JVo ¿*<£

Я/e- Ja&/ecs¿tr0<isr>6 S 0á/S>¿t3£*¿t ¿/3 /га/>**л*Л

á&t,'¿difn¿jtjz &S3-JP/0/ a/» m&As/jjpit/ny/iA'

-— /7fa/tufUA/a мл*<г/>а ¿¿Vusji/^гатга^гмл%)

S

4à

4*

V

> \

ô&i <3SV 400 yjv JVO t

ê

4*

A/a. № Sa£ucujoàc/rTb S afy>4Jtcfa 4/л /&/>иг+ля

díisa&rniLitA Jtíf-•КЛО ¿»гг/ /плл//ііре*гпум/

—* majtufcr^a млглрхх dS*¿*s ¿vata# е/»л&*л&

■ '/MU9!*¿esnt/)

sao

■амфм>«м«1ммфлама

ïiv 400

4т

jbô tv

А/с. /З Я*А,еш ша/Пф £ efyetAtfq t/a /ф*и*ґЛ

ащияа/пА^лА \?*£/3 ~ ¿3 en sr>A*//7up>a/*i¿p>*s -— /?Ul7u/-¿sA/<* ArasAjoa 4£Л/лг&/а*лр

^РЕЪ ' ó)

Лte. té Pacn/>£¿4jtAMC/e /eaAt/^fór77I¿f£20

jc**#ttaefifow¿>e0 m&nurcáoeo лотом-а />а /iaáfc&se-

/ÿ/'e/Пи s>ojpus*fA (<a) ¿r *-¿>4/u/xis çpu*a*fjaà-

СаМАЮЛ* rtÛJfOAM. £^ЛҐ(/ /Г0АИЛ/Л/Яь ¿á<3/T?¿4/7yCS»lft/A0-

ufuA/ <P=/Oer>.«.f. Ji/je^ IW¿/S//7.

/І *а,І>А//г&; a-/1*2000*,«* '* /V гЇМЛч. n J