автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Разработка и экспериментальная проверка метода расчета локальных периодических тепловых нагрузок в поршневых двигателях

На правах рукописи УДК 621.436

Фёдоров Вадим Анатольевич

РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДА РАСЧЁТА ЛОКАЛЬНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК В ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

05.04.02 — Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва — 2004

Работа выполнена в МГТУ им. Н. Э. Баумана на кафедре «Поршневые двигатели».

Научный руководитель:

доктор технических наук профессор Кавтарадзе Р. 3.

Научный консультант:

кандидат технических наук доцент Гайворонский А. И.

Официальные оппоненты: — доктор технических наук

профессор Фомин В. М.

— кандидат технических наук с. н. с. Попов В. П.

Ведущая организация: — НПП «Агродизель»

Защита диссертации состоится 7 октября 2004 г. в 16.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.141.09 в Московском государственном техническом университете им. Н. Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, Рубцовская наб., д. 2/18, Учебно-лабораторный корпус, ауд. 947.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н. Э. Баумана, учёному секретарю диссертационного совета Д 212.141.09.

Автореферат разослан « » сентября 2004 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, к. т. н., доцент

Тумашев Р. 3.

иж

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Проектирование поршневых двигателей с прогрессивными технико-экономическими характеристиками, диктуемыми ужесточающимися требованиями к токсичности отработавших газов, топливной экономичности, сроку безотказной работы, связано с форсированием ДВС по среднему эффективному давлению и скоростному режиму, что приводит к росту основных параметров рабочего цикла и, как следствие, к интенсификации процессов теплопереноса во внутрицилиндровом пространстве. В свою очередь, интенсификация теплопереноса влечёт за собой значительное повышение температур и температурных градиентов в деталях, образующих камеру сгорания двигателя.

Таким образом, процесс теплообмена между рабочим телом в цилиндре двигателя и поверхностями камеры сгорания, обусловливающий уровень тепловой напряжённости деталей цилиндро-поршневой группы, является превалирующим фактором, определяющим надёжность, долговечность, условия охлаждения узлов двигателя и степень его возможного форсирования.

Решающую роль в разработке практических рекомендаций по конструкционному исполнению основных деталей, ограничивающих объём камеры сгорания, играет достоверность определения граничных условий теплообмена между рабочим телом и тепловоспринимающими поверхностями.

Поэтому анализ и углубление существующих и развитие новых расчётных методов определения локальных нестационарных тепловых нагрузок в камерах сгорания перспективных двигателей в ходе их проектирования, модернизации и доводки является актуальной проблемой современного двига-телестроения.

Цель работы: Разработка расчётно-экспериментального метода определения локальных периодических граничных условий теплообмена между рабочим телом и поверхностями камеры сгорания поршневого двигателя.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:

• разработка метода, алгоритма и программы расчёта процесса тепловыделения в камере сгорания дизеля на основе экспериментальной индикаторной диаграммы с использованием экспериментально проверенных зависимостей для газовой постоянной, удельных внутренней энергии, энтальпии и теплоёмкости рабочего тела в зависимости от его параметров состояния и состава;

• разработка метода, алгоритма и программы расчёта динамического и теплового пограничных слоев и локальных тепловых нагрузок на поверхности огневого днища крышки цилиндра быстроходного дизеля с полуразделённой камерой сгорания;

РОС (( •ЧАДЬНАЯ

6 ' ' 1-КА

1 - <\>о*рг

разработка математической модели периодического теплообмена в цилиндре поршневого двигателя;

создание экспериментальной установки для моделирования периодических тепловых нагрузок в поршневых двигателях, позволяющей проверить основные теоретические положения, использованные при разработке математической модели периодического теплообмена в камере сгорания;

разработка алгоритма и программы расчёта, осуществляющей решение обратной задачи теплопроводности для неоднородной двухслойной пластины и позволяющей обрабатывать экспериментальные данные, полученные с помощью датчика теплового потока, работающего на принципе вспомогательной пластины;

проверка достоверности разработанных алгоритмов и программ по экспериментальным данным, полученным непосредственно на дизеле 8ЧН 12/12 (КамАЗ 740.50) в условиях стендовых испытаний.

Научная новизна:

модифицирован метод расчёта динамического и теплового пограничных слоев и локальных нестационарных тепловых нагрузок на поверхности камеры сгорания быстроходного дизеля в условиях радиационно-конвективного теплообмена; в частности, учтён реальный закон тепловыделения в цилиндре двигателя;

предложен метод определения к уточнены значения эмпирических коэффициентов в а-формуле, полученной в МГТУ им. Н.Э. Баумана с учётом взаимосвязи процессов тепловыделения и теплообмена в камере сгорания двигателя;

разработан и экспериментально проверен метод прогнозирования фазового сдвига между плотностью теплового потока на поверхности стенки камеры сгорания и разностью температур рабочего тела и стенки в процессах периодического теплообмена в цилиндрах поршневых двигателей;

получено выражение, распространяющее область применения закона теплоотдачи Ньютона на промежутки времени в цикле, когда тепловой поток в цилиндре меняет своё направление, а коэффициент теплоотдачи терпит разрыв.

Достоверность и обоснованность научных положений обусловлены: применением общих систем уравнений и фундаментальных законов гидро- и термодинамики, теории тепломассообмена, современных аналитических и численных методов реализации математических моделей;

• применением при обосновании и оценке адекватности математических моделей и построенных на их основе алгоритмов достоверных опытных данных, полученных в МГТУ им. Н.Э. Баумана с использованием современных средств и методов измерений на специальной экспериментальной установке и на полноразмерном двигателе;

• экспериментальным подтверждением приемлемой точности основных положений, лежащих в основе математических моделей, хорошим качественным и количественным согласованием расчётных и экспериментальных результатов.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

• создан пакет прикладных программ, позволяющий прогнозировать нестационарные локальные тепловые нагрузки в камерах сгорания перспективных двигателей на стадии проектирования, а также оценить уровень интенсификации теплообмена при модернизации и доводке существующих дизелей;

• создана моделирующая экспериментальная установка, позволяющая проверить адекватность математической модели периодического теплообмена в цилиндре поршневого двигателя;

• разработана программа для обработки опытных данных, позволяющая определить значения нестационарной плотности теплового потока по измеренным значениям нестационарных температур, полученных с помощью датчика теплового потока, действующего на принципе вспомогательной пластины.

Апробация работы

Диссертационная работа заслушана и одобрена на заседании кафедры «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана 22 июня 2004 г.

По основным разделам диссертационной работы были сделаны доклады на:

• Юбилейной научно-технической конференции, посвященной 70-летию кафедры судовых ДВС и дизельных установок, Санкт-Петербург, СПбГМТУ, 20 сентября 2000 г.;

• Научно-технической конференции «Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса», Москва, МАДИ (ГГУ), 4-5 февраля 2003 г.;

• XIV Школе-семинаре молодых учёных и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева, Рыбинск, РГАТА, 26-30 мая 2003 г.;

• Международной научно-технической конференции «Гидравлика (наука и дисциплина)», Санкт-Петербург, СПбГПУ, 11-12 марта 2004 г.;

• Заседаниях кафедры «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана

в 2000-2004 г. г.

Публикации. Основные положения диссертационной работы представлены в 6 печатных работах.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Она содержит 151 страницу основного текста, 65 рисунков, 1 таблицу, 10 страниц со списком литературы из 105 наименований.

Содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность проблемы создания эффективных расчётно-экспериментальных методов исследования локального периодического теплообмена в камерах сгорания поршневых двигателей. Приведена общая характеристика работы.

В первой главе приведён аналитический обзор публикаций, посвященных теоретическому и экспериментальному изучению процесса локального нестационарного теплообмена в камерах сгорания поршневых двигателей. Подчёркиваются значение и особенности теплообмена в рабочем процессе двигателей. Отмечен вклад в развитие вопросов локального теплообмена в камерах сгорания, сделанный отечественными и зарубежными исследователями: Батуриным С.А., Иващенко H.A., Кавтарадзе Р.З., Костиным А.К., Овсянниковым М.К., Петриченко P.M., Петриченко М.Р., Розенблитом Г Б., Рудневым Б.И., Синицыным В.А., Стефановским B.C., Страдомским М.В., Чаяновым Н.Д, Шеховцовым А.Ф., Alkidas A.C., Annand W.J , Assanis D.N., Heywood J.B., Kolnhäuser A.A., Lee K.P., Lyford-Pike L.J., Overbye V.D., Pfriem H., Wendland D.W., Woschni G. и их сотрудниками.

На основе выполненного анализа опубликованных работ по заданной тематике и потребностей современного двигателестроения были определены цель и основные задачи данной диссертационной работы, изложенные выше.

Вторая глава посвящена разработке метода расчёта локальных нестационарных тепловых нагрузок на поверхности камеры сгорания (КС) быстроходного дизеля с учётом реального закона тепловыделения.

Закон тепловыделения в цилиндре дизеля был определён с использованием лежащей в основе однозонной модели рабочего процесса системы уравнений сохранения массы и энергии, а также уравнения состояния на основе экспериментальной индикаторной диаграммы. При этом учитывалась зависимое гь газовой постоянной, удельных внутренней энергии, энтальпии и

теплоёмкости рабочего тела от параметров его состояния и состава смеси газов. С учётом того, что процесс активного тепловыделения протекает при закрытых органах впуска и выпуска, учитывалось изменение массы заряда в КС только за счёт подачи топлива форсункой. Скорость теплоотвода от рабочего тела рассчитывалась с использованием осреднённого по тепловоспри-нимающей поверхности коэффициента теплоотдачи, определённого по формуле Г. Вошни.

Был проанализирован характер тепловыделения в цилиндре дизеля КамАЗ 740.50 (8ЧН 12/12) на различных скоростных и нагрузочных режимах работы.

Расчёт радиационно-конвективного теплообмена выполнен на основе теории турбулентного пограничного слоя. Математическая модель сложного теплообмена в КС дизеля описывается системой, включающей уравнения неразрывности, количества движения, энергии, а также уравнения переноса лучистой энергии в поперечном направлении пограничного слоя:

дх ду

и ди ди му дНл ^

я, дх

- + V-

2

дН,

Я, ду

ду'

Я, ду

_1_д£ Я, дх

Я,2Я3

ду

(Я,2Я3Г,);

57

Я, и + Я, Я,

дх

ду

дГ ду

Р°р

ду

[НхНъ{дк+дг+тти)]-,

дЕ_

= /?к(<х0Г4-£ ),

(1)

Зу

где х и у — продольная и поперечная координаты; и и V — компоненты усреднённой турбулентной скорости, совпадающие по направлению с осями х и у соответственно; дк и дг — плотности конвективного и лучистого тепловых потоков; и Е_ — плотности потока излучения вдоль оси у и в противоположном направлении; Р и к — коэффициенты диффузности излучения и ослабления луча; Я, и Я3 — коэффициенты Ламе (в случае течения газа на поверхности огневого днища крышки цилиндра Нх = 1; II3 = х); тт — касательное напряжение трения; <т0 — постоянная Стефана-Больцмана. Система уравнений (1) соответствует осесимметричной постановке задачи.

Граничные условия при этом имеют вид:

у = 0, м = у = 0, гг=гж, Т = ТК, Е+=Е+(0), Е.=Е_{0); у = ы = ит, гг=0;

>> = <5Г, Г = Г„; (2)

у = и-0, гг = 0. Здесь т„ и — напряжение трения в пристеночной области и температура поверхности камеры сгорания; Т,с — температура на внешней границе пограничного слоя; 8т, 8Т, 8 — толщины динамического, теплового пограничных слоев и струйной области течения; ит — скорость на внешней границе пристеночного пограничного слоя.

Пограничный слой, формирующийся на поверхностях КС рассматривался состоящим из двух областей: пристеночной и струйной, что позволило учесть различный характер изменения скорости и касательных напряжений в этих зонах. В частности, было принято, что в пристеночной области профиль скорости подчиняется универсальному логарифмическому закону, а в струйной области — закону Шлихтинга-Абрамовича. Напряжения трения для пристеночной и струйной областей определялись соответственно по формулам Блазиуса и Прандтля-Никурадзе. При этом использовалось свойство консервативности законов турбулентного пограничного слоя, установленное С.С. Кутателадзе и А.И. Леонтьевым.

Для решения поставленной задачи сложного теплообмена в цилиндре дизеля был использован метод, основанный на применении интегральных соотношений. Преимущество такого подхода заключается в устойчивости интегральных соотношений к некоторым неточностям выбора распределений скорости и температуры в пограничном слое, позаимствованных в силу отсутствия подобных зависимостей для условий камеры сгорания двигателей из фундаментальной теплофизики.

Интегральное соотношение гидродинамического пограничного слоя с учётом принятых выражений для распределения скорости и касательных напряжений трения в случае распространения турбулентной пристеночной струи на поверхности огневого днища крышки цилиндра даёт обыкновенное дифференциальное уравнение:

с!х { 2а) X ( а ) 0 {2 ) V ;

Здесь 8 ** — толщина потери импульса; а — показатель в степенном законе изменения скорости; А и Ь — постоянная и показатель степени в формуле Блазиуса; с1й — диаметр горловины камеры в поршне; и — кинематическая вязкость рабочего тела. В качестве условия нетривиальности решения была задана локальная радиальная скорость м0 у кромки камеры в поршне. Чис-

ленным решением уравнения (3) было определено изменение толщины потери импульса на поверхности огневого днища (рис. 1).

Аналогичным образом из интегрального соотношения теплового пограничного слоя с учетом профиля температур, выраженного степенным законом, получаем:

¿ё"

1

Г -Г 2х

+ С,

<С = сгх>»(ру

(4)

где <5" — толщина потери энтальпии; Рг и Рг , — диффузионное и турбулентное числа Прандтля; е№ — степень черноты поверхности камеры сгорания; Сщ — постоянная в выражении для изменения температуры поверхности огневого днища крышки цилиндра: Тк (х) = Тм - С№ х; 2а2 + За +1 „_а е„/3л:а0

С, -

С2 = А

Г"

рсри0{с10/2)0

/ 'у Ь

Рг-2/3Рг<-||воАи0"'

-А/2

величины, не зависящие при данном угле поворота коленчатого вала <р от продольной координаты х. Здесь £ — отношение толщин теплового и динамического пограничных слоёв.

Изменение толщины потери энтальпии на тепловоспринимающей поверхности крышки цилиндра в условиях сложного теплообмена (рис. 2) найдено путём численного решения дифференциального уравнения (4). Для определения плотности теплового потока на поверхности стенки было использовано выражение, полученное на основе модифицированной аналогии Рейнольдса:

= А

'2а2 + 3я+ 14

(5)

Локальные тепловые нагрузки на поверхности крышки цилиндра (рис. 3) были определены для различных режимов работы быстроходного дизеля КамАЗ.

Третья глава посвящена разработке математической модели процесса периодического теплообмена в цилиндрах поршневых двигателей, где тепловой поток от рабочего тела к стенкам имеет пульсирующий характер и меняет в течение цикла своё направление, вследствие чего в отдельные промежутки времени коэффициент теплоотдачи терпит разрыв, а закон теплоотдачи Ньютона становится непригодным.

Использование в практике расчётов периодического теплообмена в цилиндрах поршневых двигателей комплексных величин позволяет учитывать смещение во времени теплового потока на поверхности стенки и разности температур рабочего тела и поверхности (рис. 4).

Для этого периодические функции давления р, температуры рабочего тела за пограничным слоем Тх, тепловыделения х в цилиндре двигателя необходимо разложить в ряды Фурье, которые, как и любые тригонометрические ряды, могут быть представлены в комплексной форме. Решение уравнения Фурье-Кирхгофа, описывающего изменение температуры рабочего тела поперёк пограничного слоя на поверхности камеры сгорания, даёт комплексное выражение для пространственно-временного распределения температуры:

Т{у,т)=Тк+(Т„-Т„)*&

2л/аг

.2 Л

т + -

2 а

ег& -

' ат

+ У

у

Лат

1

рс ¿X

ср <1т

(6)

Здесь г— время; а — коэффициент температуропроводности рабочего тела; х — доля сгоревшего в цилиндре топлива; Ни — низшая теплота сгорания топлива; егГс(г) — функция ошибок Гаусса.

Отсюда определены комплексные значения плотности теплового потока и коэффициента теплоотдачи ае на поверхности стенки камеры сгорания:

л/ ПТ V п

1

с„р ¿т

с1р #„ ¿X

—Е- -I--2----

Ср ¿т

(7)

(8)

«сОО^с/^с-^Иафе'

где Ь — коэффициент проникновения теплоты для пограничного слоя; | а | — модуль, а у/а (г) - агс^ [ а3 (г)/ (т) ] — аргумент комплексного коэффициента теплоотдачи, представляющий собой смещение во времени плотности теплового потока на поверхности и разности температур АТ рабочего тела за пограничным слоем и поверхности стенки Тк.

Для определения плотности теплового потока на поверхности камеры сгорания получено выражение с использованием найденных значений действительной ащ и мнимой а3 частей комплексного коэффициента теплоотдачи:

где Тср ,Тктя<рк — среднее значение, амплитуда и начальная фаза колебания к-ой гармоники разложения температуры газа Та, соответственно. Предложенное выражение для определения плотности теплового потока справедливо на протяжении всего рабочего цикла двигателя, включая моменты времени, когда происходит изменение направления теплового потока, а коэффициент теплоотдачи, определённый традиционным (ньютоновским) путём, терпит разрыв (рис. 5).

Четвёртая глава посвящена экспериментальному исследованию локального нестационарного теплообмена в цилиндрах поршневых двигателей

В лаборатории кафедры «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана при непосредственном участии автора была создана экспериментальная установка для проверки основных положений разработанной математической модели периодического теплообмена. Моделирующая установка (рис. 6) состоит из поршневой машины Стерлинга 1, электродвигателя переменного тока 2 (220 В, 100 Вт) и комплекса измерительной и регистрирующей аппаратуры. Электродвигатель соединён с поршневой машиной посредством ременной передачи 3 с возможностью изменения передаточного числа.

Со стороны горячей полости гильза цилиндра подогревается снаружи электрической спиралью 4, а со стороны холодной полости охлаждается воздухом. В торцевой части гильзы цилиндра горячей полости на расстоянии 20 мм от продольной оси установлен медно-константановый датчик 5 теплового потока ДГП-1-55, работающий на принципе вспомогательной пластины. Электрический сигнал от датчика проходит через усилитель 7 (коэффициент усиления 120) с блоком питания 6, поступает на входной разъём платы аналого-цифрового преобразователя LA2 M5PCI 8 и после дискретизации записывается для последующей обработки в последовательный файл па жёстком диске ПЭВМ 9.

Средняя температура рабочего тела контролируется с помощью выведенной в объём горячей полости стандартной термопары типа «К» 11, электрический сигнал которой подаётся на цифровой вольтметр 12, где автоматически переводится в единицы температуры (°С) и отображается на ЖК-дисплее

Давление во внутреннем контуре поршневой машины измеряется с помощью пьезоэлектрического кремниевого датчика 10 Motorola MPX5700D. Текущий угол поворота коленчатого вала регистрируется с помощью оптического маркировочного устройства, принцип действия которого основан на периодическом прерывании инфракрасного излучения, фиксируемом фотодатчиком.

Для восстановления плотности теплового потока на границе по показаниям датчика ДТП-1 -55 была решена обратная задача нестационарной теп-

лопроводности для неоднородной двухслойной пластины, приводящая к интегральному уравнению Вольтерра первого рода, и составлен алгоритм обработай экспериментальных данных, представляющих собой нестационарные температуры на тепловоспринимающей и теплоотдающей поверхностях датчика.

Для проверки адекватности разработанных метода и алгоритма расчёта динамического и теплового пограничных слоёв и локальных нестационарных тепловых нагрузок на поверхности камеры сгорания автором были использованы достоверные результаты экспериментального исследования процесса теплообмена в цилиндре дизеля КамАЗ, полученные на кафедре «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Наряду с серийной использовалась экспериментальная головка цилиндра с улучшенной конструкцией впускного канала, обеспечивающей увеличение интенсивности вихревого движения заряда на впуске на 20 % по сравнению со стандартной конструкцией. Каждая головка цилиндра была оснащена пятью датчиками теплового потока, действующими на принципе вспомогательной пластины. В ходе проведённых исследований были определены локальные нестационарные значения теплового потока, соответствующие различным нагрузочным и скоростным режимам работы дизеля.

Сопоставление расчётных и экспериментальных данных показывает хорошее их совпадение (рис. 7 и 8).

Основные выводы

1. Разработаны метод, алгоритм и программа расчёта процесса тепловыделения в камере сгорания дизеля на основе экспериментальной индикаторной диаграммы. Метод учитывает зависимость удельных внутренней энергии, энтальпии и теплоёмкости рабочего тела от параметров его состояния и состава. Разработанная программа позволяет исследовать характер тепловыделения на различных нагрузочных и скоростных режимах работы двигателя;

2. Разработаны метод, алгоритм и программа расчёта на основе теории турбулентного пограничного слоя локальных нестационарных тепловых нагрузок на поверхности камеры сгорания быстроходного дизеля. Расчётные результаты подтверждают ярко выраженную нестационарность и неравномерность распределения тепловых нагрузок по поверхности камеры сгорания;

3. Предложен метод расчёта коэффициентов в а-формуле, полученной с учётом взаимосвязи процессов тепловыделения и теплообмена в камере сгорания двигателя. Получены уточнённые значения этих коэффициентов применительно к дизелю КамАЗ. Вычислены значения критерия взаимо-

действия тепловыделения и теплоотдачи в камере сгорания для различных режимов работы двигателя;

4. Получено выражение, позволяющее определять с использованием комплексных значений коэффициента теплоотдачи плотность теплового потока на поверхности камеры сгорания с учётом фазового сдвига, характерного для процессов периодического теплообмена в цилиндрах поршневых машин. Данное выражение справедливо на протяжении всего рабочего цикла двигателя (включая промежутки времени, когда тепловой поток в цилиндре меняет своё направление и использование закона теплоотдачи Ньютона теряет физический смысл);

5. При снижении частоты рабочего процесса наблюдается уменьшение смещения во времени теплового потока относительно разности температур вплоть до 0° поворота коленчатого вала. Увеличение частоты имеет обратный эффект и сопровождается возрастанием сдвига теплового потока по отношению к разности температур ДТ.

6. Исследовано влияние рода рабочего тела в цилиндре поршневого двигателя на изменение сдвига фаз функций д№ и АТ. Показано, что при одинаковой частоте вращения коленчатого вала наибольшее значение фазового сдвига будет наблюдаться в случае использования в качестве рабочего тела воздуха, наименьшее — гелия;

7 Создана экспериментальная установка для моделирования периодических тепловых нагрузок в цилиндре поршневого двигателя, позволяющая исследовать влияние частоты и других параметров рабочего процесса на эффект фазового сдвига между плотностью теплового потока и разностью температур рабочего тела и поверхности стенки цилиндра;

8. Экспериментально подтверждено, что изменение теплового потока в стенку цилиндра опережает во времени соответствующее изменение разности температур среды и поверхности. Установлено увеличение фазового угла с 12° до 18° поворота коленчатого вала моделирующей установки при повышении частоты вращения с 200 до 400 мин"';

9. Сопоставление расчётных и экспериментальных значений плотности теплового потока на поверхности крышки цилиндра дизеля 8ЧН 12/12 свидетельствует о том, что разработанные метод, алгоритм и программа расчёта локальных нестационарных тепловых нагрузок в камере сгорания, основанные на предложенной в МГТУ им. Н.Э. Баумана математической модели, адекватно отражают изменение нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя, а также изменение интенсивности вихревого движения заряда на впуске в цилиндр.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Гайворонский А.И., Фёдоров В.А. Расчёт теплообмена во внутреннем контуре двигателя с внешним подводом теплоты с использованием комплексных значений коэффициента теплоотдачи // Двигатели двадцать первого века: Материалы российской юбилейной научно-технической конференции, посвященной 70-летию кафедры судовых ДВС и дизельных установок. — СПб., 2000. — С. 30-31.

2. Гайворонский А.И., Фёдоров В.А. Использование функций комплексных переменных для описания фазовых сдвигов при теплообмене в полостях переменного объёма тепловых двигателей // Изв. вузов. Машиностроение. — 2001. — № 2-3. — С. 62-66.

3. Кавтарадзе Р.З., Гайворонский А.И., Фёдоров В.А. Расчёт процессов тепловыделения и локального теплообмена в камере сгорания быстроходного дизеля // Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса: Материалы международной научно-технической конференции. — М., 2003. — С. 26-28.

4. Кавтарадзе Р.З., Гайворонский А.И., Фёдоров В.А. Радиационно-конвективный теплообмен в камере сгорания быстроходного дизеля И Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Труды XIV Школы-семинара молодых учёных и специалистов под рук. акад. РАН А.И. Леонтьева. — М., 2003. — С. 74-77.

5. Кавтарадзе Р.З., Гайворонский А.И., Фёдоров В.А. Влияние переменности плотности на распределение температур при периодических процессах в замкнутых полостях II Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Труды XIV Школы-семинара молодых учёных и специалистов под рук. акад. РАН А.И. Леонтьева. — М., 2003. — С. 78-81.

6. Кавтарадзе Р.З., Гайворонский А.И., Фёдоров В.А. Применение струйной модели течения при расчёте динамического турбулентного пограничного слоя в камере сгорания быстроходного дизеля // Гидравлика (наука и дисциплина): Материалы международной научно-теоретической конференции. — СПб., 2004. — С. 108-110.

Рис. 1. Изменение толщины потери импульса на поверхности огневого дншца крышки цилиндра дизеля 8ЧН 12/12 (и = 1600 мин"1; /V, =161 кВт)

Рис. 2. Изменение толщины потери энтальпии на поверхности огневого днища крышки цилиндра дизеля 8ЧН 12/12 (п = 1600 мин"1; Л^ =161 кВт)

Рис. 3. Изменение плотности теплового потока при сложном теплообмене на поверхности огневого днища крышки цилиндра дизеля 8ЧН 12/12 (и = 1600 мин-1; Ые = 161 кВт)

¿.градПКВ Г-л-^чг -о-дт|

Рис. 4. Изменение плотности теплового потока в стенку и разности температур рабочего тела и поверхности (поршневое сжатие-расширение, степень сжатия г = 1,5)

5000 4000 3000

^ 2000 *

1000 $ о ® -1000 8 -2000 -3000 -4000 -5000

1 - 1 1 | [ |

— ■ 1

! ;

-- \ -

N. __

|

—

— 1 — — —

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 ф, градПКВ

Рис. 5. Изменение коэффициента теплоотдачи, определённого традиционным (ньютоновским) путём

Рис. 6. Схема экспериментальной установки для моделирования периодических тепловых нагрузок на поверхности камеры сгорания поршневого двигателя

-4000 -6000 -8000 -10000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 (¿,градПКВ

' -й-расчет -о—эксперимент |

Рис. 7. Изменение плотности теплового потока в поверхность гильзы цилиндра горячей полости установки (и = 400 мин-1)

-i—"—>—г-

-80-70-60-50-40-30-20-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 '

(¿,градПКВ - эксперимент -о— расчёт

Рис. 8, Изменение плотности теплового потока в поверхность огневого днища крышки цилиндра дизеля 8ЧН 12/12 (и = 1600 мин Ne= 161 кВт; расстояние от оси цилиндра г = 45 мм)

Подписано в печать 2.09.2004 г. Формат 60x90,1/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №315

Отпечатано в ООО "Фирма Блок" 107140, г. Москва, ул. Русаковская, д.1. т. 264-30-73 ^уулЫокО 1 centre.narod.ru Изготовление брошюр, авторефератов, печать и переплет диссертаций

05. Ol-05.06

РНБ Русский фонд

2006-4 9370

17 CE H XQ04

Список условных обозначений.

Введение.

1. Методы исследования локального периодического теплообмена в поршневых двигателях.

1.1. Роль и значение моделирования процессов теплообмена при доводке существующих и проектировании поршневых двигателей.

1.2. Математическое моделирование процессов локального теплообмена на основе теории пограничного слоя.

1.2.1. Методы моделирования конвективного теплообмена.

1.2.2. Методы моделирования радиационного теплообмена.

1.3. Задание граничных условий теплообмена при определении теплового состояния деталей поршневого двигателя.

1.4. Экспериментальные методы исследования локального нестационарного теплообмена в поршневых двигателях.

1.4.1. Оптические методы исследования.

1.4.2. Экспериментальные методы исследования сложного теплообмена.

1.4.3. Экспериментальные методы исследования лучистого теплообмена.

1.5. Особенности процесса периодического теплообмена в цилиндрах поршневых двигателей.

1.6. Выводы к главе 1. Постановка цели и задач исследования.

2. Математическое моделирование процессов периодических тепловых воздействий на детали камеры сгорания поршневого двигателя.

2.1. Разработка алгоритма и программы расчёта локального нестационарного теплообмена в поршневых двигателях.

2.1.1. Определение теплофизических свойств рабочего тела.

2.1.2. Расчёт процесса тепловыделения в камере сгорания дизеля.

2.1.3. Рабочее тело как излучающая и поглощающая тепло- 63 вую энергию среда.

2.1.4. Математическая модель сложного теплообмена в камере сгорания дизеля.

2.1.5. Определение скорости перетекания в полуразделённой камере сгорания.

2.1.6. Обобщённое интегральное соотношение гидродинамического пограничного слоя.

2.1.7. Обобщённое интегральное соотношение теплового пограничного слоя.

2.2. Исследование взаимосвязи между процессами тепловыделения и теплообмена в камере сгорания поршневых двигателей.

2.3. Выводы к главе 2.

3. Исследование фазовых сдвигов между тепловым потоком и разностью температур рабочего тела и поверхности в периодических процессах теплообмена в поршневых двигателях.

3.1. Моделирование фазовых сдвигов при сжатии-расширении в случае малых амплитуд колебаний параметров рабочего тела в цилиндрах поршневых двигателей.

3.1.1. Использование метода разделения переменных Фурье. Однородные граничные условия.

3.1.2. Использование метода разделения переменных Фурье. Неоднородные граничные условия.

3.1.3. Использование метода интегрального преобразования Лапласа.

3.1.4. Сравнение решений уравнения энергии в случае действительного и комплексного представлений изменения давления в цилиндре.

3.1.5. Решение уравнения энергии для пограничного слоя.

3.2. Моделирование фазовых сдвигов в случае произвольных изменений параметров рабочего тела в цилиндрах поршневых двигателей.

3.3. Использование комплексных значений коэффициента теплоотдачи в практике расчётов периодического теплообмена в камерах сгорания поршневых двигателей.

3.4. Влияние частоты процесса и рода рабочего тела на величину фазового сдвига.

3.5. Выводы к главе 3.

4. Экспериментальное исследование нестационарного локального теплообмена в поршневых двигателях.

4.1. Описание экспериментальной установки, метода и точности измерений.

4.2. Особенности обработки экспериментальных данных по локальному теплообмену в поршневых двигателях.

4.3. Результаты расчётно-экспериментальных исследований.

4.3.1. Исследование процессов периодического теплообмена в цилиндрах поршневых машин.

4.3.2. Исследование локальных нестационарных тепловых нагрузок в камере сгорания быстроходного дизеля.

4.4. Выводы к главе 4.

Проектирование поршневых двигателей с прогрессивными технико-экономическими характеристиками, диктуемыми ужесточающимися требованиями к токсичности отработавших газов, топливной экономичности, сроку безотказной работы, связано с форсированием ДВС по среднему эффективному давлению и скоростному режиму, что приводит к росту основных параметров рабочего цикла и, как следствие, к интенсификации процессов теплопере-носа во внутрицилиндровом пространстве. В свою очередь, интенсификация теплопереноса влечёт за собой значительное повышение температур и температурных градиентов в деталях, образующих камеру сгорания двигателя.

Таким образом, превалирующим фактором, ограничивающим степень возможного форсирования, в большинстве случаев является теплонапряжён-ность деталей ЦПГ, непосредственно определяющая надёжность и долговечность узлов двигателя. Поэтому основной конечной задачей практических расчётов теплообмена в цилиндре ДВС является определение температурных напряжений в деталях и распределение тепловых потоков по отдельным элементам их поверхности.

К настоящему времени основным расчётным методом, дающим возможность с большой точностью определять тепловое и напряжённое состояния деталей двигателя, стал (во многом благодаря усилиям специалистов кафедры Э2 под руководством профессоров Н.Д. Чайнова и H.A. Иващенко) метод конечных элементов. Современный уровень развития МКЭ таков, что при условии 100 % точности задания граничных условий точность полученных результатов также может быть абсолютной [70].

В связи с этим решающую роль в оценке теплового состояния и разработке практических рекомендаций по конструкционному исполнению основных деталей ЦПГ начинает играть достоверность определения граничных условий теплообмена между рабочим телом и деталями, ограничивающими объём камеры сгорания (со стороны теплоотвода в охлаждающую жидкость уже получены достаточно точные решения).

При этом процесс теплообмена в камерах сгорания поршневых двигателей остаётся одним из наименее изученных процессов, что обусловлено ярко выраженной нестационарностью и локальностью его параметров, очевидной зависимостью от режимных, регулировочных и конструкционных факторов. Кроме того, среди исследователей отсутствуют единые представления о физической природе явления радиационно-конвективного теплообмена в цилиндре ДВС.

Поэтому в настоящее время особое значение приобретают анализ и углубление существующих и развитие новых расчётных методов исследования процессов теплопереноса в цилиндре двигателя ещё на стадии его проектирования, что должно обеспечить сокращение времени и материальных затрат на экспериментальную доводку.

Таким образом, актуальность темы настоящего исследования можно объяснить наметившимся отставанием расчётных методов задания граничных условий теплообмена между рабочим телом и поверхностями камеры сгорания поршневых двигателей от современных численных методов анализа теплового состояния деталей ЦПГ.

Цель работы: Разработка расчётно-экспериментального метода определения локальных периодических граничных условий теплообмена между рабочим телом и поверхностями камеры сгорания поршневого двигателя.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• разработка метода, алгоритма и программы расчёта процесса тепловыделения в камере сгорания дизеля на основе экспериментальной индикаторной диаграммы с использованием экспериментально проверенных зависимостей для газовой постоянной, удельных внутренней энергии, энтальпии и теплоёмкости рабочего тела в зависимости от его параметров состояния и состава;

• разработка метода, алгоритма и программы расчёта динамического и теплового пограничных слоёв и локальных тепловых нагрузок на поверхности огневого днища крышки цилиндра быстроходного дизеля с полуразделённой камерой сгорания; разработка математической модели периодического теплообмена в цилиндре поршневого двигателя; создание экспериментальной установки для моделирования периодических тепловых нагрузок в поршневых двигателях, позволяющей проверить основные теоретические положения, использованные при разработке математической модели периодического теплообмена в КС; разработка алгоритма и программы расчёта, осуществляющей решение обратной задачи теплопроводности для неоднородной двухслойной пластины и позволяющей обрабатывать экспериментальные данные, полученные с помощью датчика теплового потока, работающего на принципе вспомогательной стенки; проверка достоверности разработанных алгоритмов и программ по экспериментальным данным, полученным в МГТУ им. Н.Э. Баумана непосредственно на дизеле 8ЧН 12/12 (КамАЗ 740.50) в условиях стендовых испытаний.

Научная новизна работы состоит в том, что: разработан метод расчёта динамического и теплового пограничных слоёв и локальных нестационарных тепловых нагрузок на поверхности камеры сгорания быстроходного дизеля в условиях радиационно-конвективного теплообмена с учётом реального закона тепловыделения в цилиндре; предложен метод определения и уточнены значения эмпирических коэффициентов в а-формуле, полученной в МГТУ им. Н.Э. Баумана с учётом взаимосвязи процессов тепловыделения и теплообмена в камере сгорания двигателя; разработан и экспериментально проверен метод прогнозирования фазового сдвига между плотностью теплового потока на поверхности стенки камеры сгорания и разностью температур рабочего тела и стенки в прои цессах периодического теплообмена в цилиндрах поршневых двигателей; получено выражение, распространяющее область применения закона теплоотдачи Ньютона на промежутки времени в цикле, когда тепловой поток в цилиндре меняет своё направление, а коэффициент теплоотдачи терпит разрыв.

Достоверность и обоснованность научных положений обусловлены: применением общих систем уравнений и фундаментальных законов гидро- и термодинамики, теории тепломассообмена, современных аналитических и численных методов реализации математических моделей; применением при обосновании и оценке адекватности математических моделей и построенных на их основе алгоритмов достоверных опытных данных, полученных в МГТУ им. Н.Э. Баумана с использованием современных средств и методов измерений на специальной экспериментальной установке и на развёрнутом двигателе; экспериментальным подтверждением приемлемой точности основных положений, лежащих в основе математических моделей, хорошим качественным и количественным согласованием расчётных и экспериментальных результатов.

Практическая значимость работы заключается в том, что: создан пакет прикладных программ, позволяющий прогнозировать нестационарные локальные тепловые нагрузки в камерах сгорания перспективных двигателей на стадии проектирования, а также оценить уровень интенсификации теплообмена при модернизации и доводке существующих дизелей; создана моделирующая экспериментальная установка, позволяющая проверить адекватность математической модели периодического теплообмена в цилиндре поршневого двигателя; разработана программа для обработки опытных данных, позволяющая определить значения нестационарной плотности теплового потока по измеренным значениям нестационарных температур, полученных с помощью датчика теплового потока, действующего на принципе вспомогательной пластины. Апробация работы

Диссертационная работа заслушана и одобрена на заседании кафедры «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана 22 июня 2004 г.

По основным разделам диссертационной работы были сделаны доклады на:

• Юбилейной научно-технической конференции, посвящённой 70-летию кафедры судовых ДВС и дизельных установок, 20 сентября 2000 г., Санкт-Петербург, СПбГМТУ;

• Научно-технической конференции «Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса», Москва, МАДИ (ГТУ), 4-5 февраля 2003 г.

• XIV Школе-семинаре молодых учёных и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева, Рыбинск, РГАТА, 26-30 мая 2003 г.

• Международной научно-технической конференции «Гидравлика (наука и дисциплина)», Санкт-Петербург, СПбГПУ, 11-12 марта 2004 г. Публикации. Основные положения диссертационной работы представлены в 6 печатных работах [6, 7, 19-22].

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Она содержит 151 страницу основного текста, 65 рисунков, 1 таблицу, 10 страниц со списком литературы из 105 наименований.

Общие выводы по диссертационной работе

1. Разработаны метод, алгоритм и программа расчёта процесса тепловыделения в камере сгорания дизеля на основе экспериментальной индикаторной диаграммы. Метод учитывает зависимость удельных внутренней энергии, энтальпии и теплоёмкости рабочего тела от параметров его состояния и состава смеси газов в цилиндре. Разработанная программа позволяет исследовать характер тепловыделения на различных нагрузочных и скоростных режимах работы двигателя;

2. Разработаны метод, алгоритм и программа расчёта на основе теории турбулентного пограничного слоя локальных нестационарных тепловых нагрузок на поверхности камеры сгорания быстроходного дизеля. Расчётные результаты подтверждают ярко выраженную нестационарность и неравномерность распределения тепловых нагрузок по поверхности;

3. Предложен метод расчёта коэффициентов в «-формуле, полученной с учётом взаимосвязи процессов тепловыделения и теплообмена в камере сгорания двигателя. Получены уточнённые значения этих коэффициентов применительно к дизелю КамАЗ. Вычислены значения критерия взаимодействия тепловыделения и теплоотдачи в камере сгорания для различных режимов работы двигателя;

4. Получено выражение, позволяющее определять с использованием комплексных значений коэффициента теплоотдачи плотность теплового потока на поверхности камеры сгорания с учётом фазового сдвига, характерного для процессов периодического теплообмена в цилиндрах поршневых машин. Данное выражение справедливо на протяжении всего рабочего цикла двигателя (включая промежутки времени, когда тепловой поток в цилиндре меняет своё направление и использование закона теплоотдачи Ньютона теряет физический смысл);

5. При снижении частоты рабочего процесса (приближении условий теплообмена между рабочим телом и поверхностями камеры сгорания к стационарным) наблюдается уменьшение смещения во времени теплового потока относительно разности температур вплоть до 0° поворота коленчатого вала. Увеличение частоты имеет обратный эффект и сопровождается возрастанием сдвига теплового потока ^ по отношению к разности температур АТ.

Проанализировано влияние рода рабочего тела в цилиндре поршневого двигателя на изменение сдвига фаз функций и АТ. При одинаковой частоте вращения коленчатого вала наибольшее значение фазового сдвига будет наблюдаться в случае использования в качестве рабочего тела воздуха, наименьшее — гелия;

Создана экспериментальная установка для моделирования периодических тепловых нагрузок в цилиндре поршневого двигателя, позволяющая исследовать влияние частоты и других параметров рабочего процесса на эффект фазового сдвига между плотностью теплового потока и разностью температур рабочего тела и поверхности стенки цилиндра; Экспериментально подтверждено, что изменение теплового потока в стенку цилиндра опережает во времени соответствующее изменение разности температур среды и поверхности. Установлено увеличение фазового угла с 12° до 18° поворота коленчатого вала экспериментальной установки при повышении частоты вращения с 200 до 400 мин-1;

Сопоставление расчётных и экспериментальных значений плотности теплового потока на поверхности крышки цилиндра дизеля 8ЧН 12/12 свидетельствует о том, что разработанные метод, алгоритм и программа расчёта локальных нестационарных тепловых нагрузок в камере сгорания, основанные на предложенной в МГТУ им. Н.Э. Баумана математической модели, адекватно отражают изменение нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя, а также изменение интенсивности вихревого движения заряда на впуске в цилиндр.

1. Акатнов Н.И., Чумаков Ю.С. Теория струйных течений и её применение в инженерных расчётах. — Л.: Изд-во ЛПИ, 1989. — 81 с.

2. Ассанис Д., Бадилло Е. Исследование тепловых потоков в дизельных двигателях с помощью малоинерционных коаксиальных термопар // Современное машиностроение. — 1990. — № 1. — С. 137-145.

3. Батурин С.А., Синицын В.А. Математическое моделирование локального лучистого теплообмена в дизелях // Двигателестроение. — 1982. — № 6.1. С. 15-18.

4. Батурин С.А., Синицын В.А. Физические условия и определяющие показатели радиационного теплообмена в дизелях // Двигателестроение.1982. — № 12. — С. 14-16.

5. Вошни Г., Цайлингер К., Кавтарадзе Р. Вихревое движение воздуха в быстроходном дизеле с четырьмя клапанами на цилиндр // Вестник МГТУ. Машиностроение. — 1997. — № 1. — С. 74-84.

6. Гайворонский А.И., Фёдоров В.А. Использование функций комплексных переменных для описания фазовых сдвигов при теплообмене в полостях переменного объёма тепловых двигателей // Изв. вузов. Машиностроение.2001. — № 2-3. — С. 62-66.

7. Гребер Г., Эрк С., Григгуль У. Основы учения о теплообмене. — М.: Изд-во иностранной литературы, 1958. — 566 с.

8. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / Д.Н. Вырубов, H.A. Иващенко, В.И. Ивин и др.; Под ред. A.C. Орлина, М.Г. Круглова. — М.: Машиностроение, 1984. — 372 с.

9. Егоров В.В. Расчёт скоростей перетекания газов через горловину камеры сгорания поршневого двигателя // Изв. вузов. Машиностроение. — 1976. — № 12. —С. 83-87.

10. Закржевский В.П. Аналитический расчёт вращательного движения воздушного заряда в камерах сгорания дизелей // Двигателестроение. — 1982. —№6. —С. 11-13.

11. Зуев A.A. Экспериментальное определение локальной степени черноты деталей ЦПГ дизелей. — Барнаул: Изд-во АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 1993.— 156 с.

12. Иванченко H.H., Бученков А.И., Петриченко М.Р. К вопросу об определении коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к головке цилиндров четырёхтактного двигателя // Тр. ЦНИДИ. 1975. - № 6. — С. 129-135.

13. Иващенко H.A., Кавтарадзе Р.З. Многозонные модели рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. —58 с.

14. Исследование и доводка тепловозных дизелей / Н.П. Синенко, Ф.Г. Гинс-берг, И.Д. Половинкин и др. — М.: Машиностроение, 1975. — 184 с.

15. Исследование процессов газообмена и теплообмена в дизелях методами математического и физического моделирования / A.A. Манджгаладзе, Р.З. Кавтарадзе, А.З. Апциаури и др. — Тбилиси: Мецниереба, 1986. — 197 с.

16. Кавтарадзе Р. 3. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. — 592 с.

17. Кавтарадзе Р.З. Решение задач конвективного и сложного теплообмена в камере сгорания дизеля с учётом пристенного турбулентного течения // Теплофизика высоких температур. 1990. - Т. 28, № 5. - С. 969-977.

18. Кавтарадзе Р.З., Гайворонский А.И., Фёдоров В.А. Радиационно-конвективный теплообмен в камере сгорания быстроходного дизеля

19. Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Труды XIV Школы-семинара молодых учёных и специалистов под рук. акад. РАН А.И. Леонтьева. — М., 2003. — С. 74-77.

20. Кавтарадзе Р.З., Лобанов И.Е. К вопросу расчёта пограничного слоя и турбулентного числа Прандтля при радиационно-конвективном теплообмене // Известия РАН. Энергетика. — 1999. — № 1. — С. 185-190.

21. Кавтарадзе Р.З., Петриченко М.Р. Эволюция учения о теплообмене в дизелях от Нуссельта до наших дней // Двигателестроение. — 1993. — № 12. —С. 33-35.

22. Каганер М.Г. Приближённое решение нестационарных задач теории теплопроводности // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. — 1968. — № 2. —С. 48-51.

23. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твёрдых тел. — М.: Высшая школа, 2001. — 550 с.

24. Костин А.К., Михайлов Л.И., Сазаев Ж.О. Экспериментальное исследование локального теплообмена в цилиндре высокооборотного дизеля // Дви-гателестроение. — 1982. — № 4. — С. 12-15.

25. Костин А.К., Руднев Б.И. Количественные характеристики нестационарного теплообмена в цилиндре высокооборотного дизеля с наддувом // Двигателестроение. — 1986. — № 11. — С. 8-11.

26. Костин А.К., Пугачёв Б.П., Кочинев Ю.Ю. Работа дизелей в условиях эксплуатации. — Л.: Машиностроение, 1989. — 284 с.

27. Косяк А.Ф. Метод расчёта конвективного теплообмена в цилиндре поршневого двигателя // Двигателестроение. — 1985. — № 1. — С. 17-20.

28. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. — М.: Атомиздат, 1979. — 416 с.

29. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 320 с.

30. Лазурко В.П., Кудрявцев В.А. Программа обработки индикаторной диаграммы дизеля на ЭЦВМ «Мир-1» // Тр. ЦНИДИ. — 1975. — № 7. — С. 81-84.

31. Лебедев Б.О. Влияние лучистой составляющей на процесс тепломассообмена масляной плёнки в цилиндре дизеля // Теплофизика и аэромеханика. — 2001. — Т. 8, № 4. — С. 589-594.

32. Лобанов И.Е. Локальный радиационно-конвективный теплообмен в турбулентном пограничном слое в камерах сгорания быстроходных дизелей: Дисс. .канд. техн. наук. — М., 1998. — 173 с.

33. Лыков A.B. Теория теплопроводности. — М.: Высшая школа, 1967. 599 с.

34. Лыков A.B. Тепломассообмен. — М.: Энергия, 1978. — 480 с.

35. Максимов Е.А., Кавтарадзе Р.З., Бенидзе Д.Ш. Методика экспериментального определения мгновенных значений плотностей тепловых потоков и температур поверхности камеры сгорания в ДВС на рабочих режимах // Двигателестроение. — 1989. — № 10. — С. 47-49.

36. Максимов Е.А., Никишин В.Н., Кавтарадзе Р.З. Нестационарный локальный теплообмен в быстроходном дизеле при поршневом сжатии-расширении //Двигателестроение. — 1991. — № 5. — С. 10-11.

37. Матвеев В.В., Кудрявцев В.А. К анализу погрешностей при расчёте характеристик тепловыделения дизелей по индикаторным диаграммам // Тр. ЦНИДИ. — 1975. — № 9. — С. 144-149.

38. Махов В.З. О повышении точности оптических измерений при исследовании дизелей // Тр. МАДИ. — 1974. — № 71. — С. 53-59.

39. Нечаев JI.B., Синицын В.А. Температурное состояние деталей ДВС и его регулирование. — Барнаул: Изд-во АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 1997. — 151 с.

40. Овсянников М.К., Давыдов Г.А. Тепловая напряжённость судовых дизелей. — Л.: Судостроение, 1975. — 260 с.

41. Оптимизация конструкций теплонапряжённых деталей дизелей / В.В. Ми-рошников, H.A. Иващенко, С.М. Шелков и др. — М.: Машиностроение, 1983. —112 с.

42. Петриченко P.M. Физические основы внутрицилиндровых процессов в двигателях внутреннего сгорания. — Л.: Изд-во ЛГУ, 1983. — 244 с.

43. Петриченко М.Р., Валишвили Н.В., Кавтарадзе Р.З. Пограничный слой в вихревом потоке на неподвижной плоскости // Теплофизика и аэромеханика. — 2002. — Т. 9, № 3. — С. 411-421.

44. Петриченко P.M., Петриченко М.Р. Конвективный теплообмен в поршневых машинах. — Л.: Машиностроение, 1979. — 232 с.

45. Приходько A.M. Цифровая фильтрация при анализе тепловыделения по индикаторным диаграммам дизелей на персональной ЭВМ // Двигателестроение. — 1991.— № 12. —С. 21-23.

46. Райков И .Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. — М.: Высшая школа, 1975. —320 с.

47. Розенблит Г.Б. Теплопередача в дизелях. — М.: Машиностроение, 1977. — 216 с.

48. Розенблит Г.Б. Исследование сложного теплообмена в цилиндре дизеля // Энергомашиностроение. — 1977. — № 3. — С. 9-13.

49. Руднев Б.И. Математическое моделирование и экспериментальное исследование радиационно-конвективного теплообмена в камере сгорания дизелей. — Владивосток: Изд-во Дальневосточного университета, 1995. — 119 с.

50. Руднев Б.И. Процессы локального теплообмена в камере сгорания дизелей. — Владивосток: Дальнаука, 2000. — 220 с.

51. Руднев Б.И. Теплообмен в камерах сгорания судовых дизелей. — Владивосток: Дальнаука, 2001. — 35 с.

52. Семёнов B.C. Теплонапряжённость и долговечность цилиндро-поршневой группы судовых дизелей. — М.: Транспорт, 1977. — 182 с.

53. Семёнов B.C. Современные проблемы теории судовых дизелей (рабочий процесс и теплопередача). — М.: Мортехинформ, 1991. — 112 с.

54. Синицын В.А. Аналитические методы исследования теплообмена в ДВС. — Барнаул: Изд-во АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 1993. — 69 с.

55. Синицын В.А. Постановка и численное решение задачи о локальном радиационном теплообмене в камере сгорания дизеля // Изв. вузов. Машиностроение. — 1994. — № 7-9. — С. 88-93.

56. Стефановский Б.С. Теплонапряжённость деталей быстроходных поршневых двигателей. — М.: Машиностроение, 1978. — 128 с.

57. Страдомский М.В., Максимов Е.А. Оптимизация температурного состояния деталей дизелей. — Киев: Наукова думка, 1987. — 168 с.

58. Страдомский М.В., Шелков С.М., Максимов Е.А. Конвективный теплопе-ренос в циклическом процессе поршневого ДВС // Двигателестроение. —1983. —№ 10. — С. 56-58.

59. Страдомский М.В., Максимов Е.А., Фёдорова О.В. Определение плотности нестационарного теплового потока // Промышленная теплотехника. —1984. —Т. 6, № 1. —С. 79-83.

60. Страдомский М.В., Максимов Е.А., Маляров B.C. Измерение нестационарных тепловых потоков в высокотемпературных энергоустановках // Промышленная теплотехника. — 1984. — Т. 6, № 5. — С. 64-67.

61. Суринов Ю.А. Об итерационно-зональном методе исследования и расчёта лучистого теплообмена в поглощающей и рассеивающей среде // Изв. СО АН СССР. — 1978. — Т. 2, № 8. — С. 106-125.

62. Теория двигателей внутреннего сгорания / Н.Х. Дьяченко, А.К. Костин, Б.П. Пугачёв и др. — JL: Машиностроение, 1974. — 552 с.

63. Теория тепломассообмена / С.И. Исаев, И.А. Кожинов, В.И. Кофанов и др.; Под ред. А.И. Леонтьева. — М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 1997. — 683 с.

64. Теплонапряжённость двигателей внутреннего сгорания / А.К. Костин, В.В. Ларионов, Л.И. Михайлов и др. — Л.: Машиностроение, 1979. — 222 с.

65. Теплообмен в двигателях и теплонапряжённость их деталей / Н.Х. Дьяченко, С.Н. Дашков, А.К. Костин и др. — Л.: Машиностроение, 1969. — 248 с.

66. Ценев В.А. Определение локальных коэффициентов теплоотдачи и других параметров теплообмена в камере сгорания ДВС // Двигателестрое-ние. — 1983. —№6. —С. 14-16.

67. Чайнов Н.Д., Заренбин В.Г., Иващенко H.A. Тепломеханическая напряжённость деталей двигателей. — М.: Машиностроение, 1977. — 152 с.

68. Чандрасекар С. Перенос лучистой энергии. — М.: Изд-во иностранной литературы, 1953. — 364 с.

69. Чеботарь A.C. Радиационный теплообмен в цилиндре судового дизеля: Автореферат дисс. .канд. техн. наук. — Одесса, 1991. — 16 с.

70. Чернышев Г.Д., Хачиян A.C., Пикус В.И. Рабочий процесс и теплонапряжённость автомобильных дизелей. М.: Машиностроение, 1986. - 216 с.

71. Шеховцов А.Ф. Математическое моделирование теплопередачи в быстроходных дизелях. — Харьков: Вища школа, 1978. — 153 с.

72. Шкловер A.M. Теплопередача при периодических тепловых воздействиях.

73. М.: Госэнергоиздат, 1961. — 160 с.

74. Элементы системы автоматизированного проектирования ДВС / P.M.9

75. Петриченко, С.А. Батурин, Ю.Н. Исаков и др.; Под ред. P.M. Петриченко.

76. Л.: Машиностроение, 1990. — 328 с.

77. Юдаев Б.Н., Михайлов М.С., Савин В.К. Теплообмен при взаимодействии струй с преградами. — М.: Машиностроение, 1977. — 248 с.

78. Annand W.J.D., Pinfold D. Heat Transfer in the Cylinder of a Motored Reciprocating Engine // SAE Tec. Pap. Ser. — 1980. — № 800457. — P. 1-6.

79. Assanis D.N., Friedman F.A., Wiese K.L. A Prototype Thin-Film Thermocou-pie for Transient Heat Transfer Measurements in Ceramic-Coated Combustion Chambers // SAE Techn. Pap. Ser. — 1990. — № 900691. — P. 1-12.

80. Bechtel J.H., Blint R.J. Structure of a Laminar Flame-wall Interface by Laser Raman Spectroscopy // Applied Physics Letters. — 1980. — Vol. 37, № 11. — P. 576-578.

81. Blint R.J., Bechtel J.H. Flame-wall Interface: Theory and Experiment // Combustion Science Technology. — 1982. — Vol. 27, № 6-7. — P. 87-95.

82. Carling R.W., Singh G. Review of Heavy-Duty Engine Combustion Research at Sandia National Laboratories // SAE Techn. Pap. Ser. — 2000. — № 20009 01-2199. —P. 1-5.

83. Farrell P.V., Verhoeven D.D. Heat Transfer Measurments in a Motored Engine Using Speckle Interferometry // SAE Techn. Pap. Ser. — 1987. — № 870456.1. P. 1-8.

84. Furuhama S., Enomoto Y. Heat Transfer into Ceramic Combustion Chamber Wall of Internal Combustion Engine // SAE Techn. Pap. Ser. — 1987. — № 870153. —P. 1-11.

85. Gatowski J.A., Smith M.K., Alkidas A.C. An Experimental Investigation of Surface Thermometry and Heat Flux // Expiremental Thermal and Fluid Science. — 1989. — Vol. 2, № 3. — P. 280-292.

86. Gedeon D.A. Cylinder Heat Transfer Model. Memo to R. Tew // NASA-Lewis. — 1989. —Vol. 14, № li. — p. 128-131.

87. Jackson N.S., Pilley A.D., Owen N.J. Instantaneous Heat Transfer in a Highly Rated DI Truck Engine // SAE Techn. Pap. Ser. — 1990. — № 900692. — P. 1-18.

88. Kafka B. C., Kolnhäuser A. A. Measurements of In-Cylinder Heat Transfer With Inflow-Produced Turbulence // Proceedings of the American Institute of Aeronautics and Astronautics. — 1994. — Vol. 24, № 4. — P. 1146-1152.

89. Kawtaradse R. S. Zur Ableitung allgemeiner Beziehungen zur Berechnung der Geschwindigkeit der Gasströmung in einer halbgeteilten Brennkamer // Schiffbauforschung. — 1988. — № 1. — S. 59-62.

90. Keller J., Singh G. Update on Engine Combustion Research at Sandia National Laboratories // SAE Tee. Pap. Ser. — 2001. — № 2001-01-2060. — P. 1-11.

91. Kornhauser A.A., Smith J.L. Application of a Complex Nusselt Number to Heat Transfer During Compression and Expansion // Transactions of the ASME. On Flows in Internal Combustion Engines. 1988. - № 3. - P. 1-8.

92. Kornhauser A.A., Smith J.L. The Effects of Heat Transfer on Gas Spring Performance //Journal of Energy Resources Technology. — 1993. — Vol. 115, №8. —P. 70-75.

93. Lee K.P. A Simplistic Model of Cyclic Heat Transfer Phenomena in Closed Spaces. // Proceedings of the IECEC. — 1983. — Vol. 2, № 4. — P. 720-723.

94. Lucht R.P., Maris M.A. CARS Measurements of Temperature Profiles Near a Wall in an Internal Combustion Engine // SAE Techn. Pap. Ser. — 1987. — № 870459. —P. 1-7.

95. Lyford-Pike L.J., Heywood J.B. Thermal Boundary Layer Thickness in the Cylinder of a Spark-ignition Engine // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1984. — Vol. 27, № 3. — P. 1873-1878.

96. Mure C.R., Rhee K.T. Instantaneous Heat Transfer over the Piston of a Motored Direct Injection-Type Diesel Engine // SAE Techn. Pap. Ser. — 1989. — №890469. —P. 165-179.

97. Pfriem H. Der periodische Wärmeübergang bei kleinen Druckschwankungen // Forschung auf dem Gebiete des Ingenierwesens. — 1940. — Bd. 11, № 2. — S. 67-75.

98. Pfriem H. Periodic Heat Transfer at Small Pressure Fluctuations. National Advisory Committee for Aeronautics. // NACA Journal. — 1943. — № 7. — P. 1048-1053.

99. Reeves M., Garner C.P., Dent J.C. Full-field IC Engine Flow Measurment Using Particle Image Velocimetry // Optical Engineering. — 1996. — Vol. 35, № 2. —P. 579-587.

100. Schihl P., Schwarz E., Bryzik W. Performance Characteristics of a Low Heat Rejection Direct-Injection Military Diesel Engine // Trans. ASME. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. — 2001. — Vol. 123, № 7. — P. 644-651.

101. Wendland D.W. The Effect of Periodic Pressure and Temperature Fluctuations on Unsteady Heat Transfer in a Closed System // NASA Annual Reports. — 1968. —Vol. 12, № 1. —P. 24-31.

102. Wiese K.L., Bonne M.A., Assanis D.N. Combustion and Heat Transfer Studies in a Direct-Injection Diesel Engine // SAE Techn. Pap. Ser. — 1989. — № 891902. —P. 1-11.

103. Woschni G., Spindler W. Heat Insulation of Combustion Chamber Walls — A Measure to Decrease the Fuel Consumption of IC Engines? // SAE Techn. Pap. Ser. — 1987. — № 870339. — P. 1-14.

104. Zacharias F. Mollier-I,S-Diagramme fur Verbrennungsgase in der Datenverarbeitung // MTZ. — 1970. — Bd. 31, № 7. — S. 296-303.

105. Zacharias F. Analytical representation of the thermodynamic properties of combustion gases // SAE Techn. Pap. Ser. — 1967. — № 670930. — P. 30453048.