автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Разработка методики расчета локального теплообмена в цилиндре двигателя искрового зажигания

РГб од 1 3 НОЯ 1395

На правах рукописи

Сгибнев Юрий Евгеньевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ЛОКАЛЬНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ЦИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ ИСКРОВОГО ЗАЖИГАНИЯ

Специальность 05.04.02 - тепловые двигатели

Автореферат диссертации иа соискание ученой степ-, кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

-1095

- г -

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете, на кафедре двигателей внутреннего сгорания.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент А.Ю. Шабанов

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор A.B. Николаенко

- кандидат технических наук, доцент Д.Б. Кузнецов

Ведущая организация - Акционерное общество открытого типа Горькавский автомобильный завод

Защита состоится 12 декабря 1085 г. в 16 часов на заседании диссертационного Совета К.063.38.01 Санкт-Петербургского государственного технического университета по адресу: г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 28, главный корпус, ауд. 251.

Отвыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просьба направлять по адресу: 105251, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая 29, ученому секретарю диссертационного Совета К.0Ьо.38.01 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГТУ. Автореферат разослав " 3 « ноября 1995 г.

Ученый секретарь _

диссертационного совета, --t!~~J s к.т.н., профессор . '"---^l х Грянко Л.П.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертации. Развитие современного двигателест-роеяия происходит по пути форсирования установок (по среднему эффективному давления, по удельной мощности и т.д.) и сопровождается дальнейшим ростом теплонапряженности основных деталей, образу-вщих камеру сгорания ( КС ), что связано с изменением условий теплообмена. При этом одной из самых сложных в конструктивном отношении и наиболее теплоналряженных деталей конструкции двигателя с искровым зажиганием становится головка цилиндров.

Поэтому создание достоверных методов оценки условий локального теплообмена в КС, игравши реваюаую роль в формировании полей температур и температурных напряжений в деталях цилинд-ро-поршневой группы ДВС, является актуальной проблемой.

Цель работ. Создание и опытная проверка новых уточненных математических моделей и методов расчета локального теплообмена в камере сгорания ДВС с искровым зажиганием.

Задачи исследоваюш. В соответствии о целью работы были поставлены следующие задачи исследования:

- провести анализ современных представлений о процессах в цилиндре ЛВС, соответствувдих методик расчета мгновенных параметров рабочего тела и теплообмена а КС;

- усовершенствовать теоретическую методику расчета мгновенных локальных скоростей обтекают рабочим телом камеры сгорания ЛВС искрового зажигания в трехмерной постановке;

- создать теоретическую методику расчета локального теплообмена, с учетом влияния положения гранты зоны горения на уровень и характер изменения теплового потока а элементах тепловоспринимающей поверхности камеры сгорания ДВС искрового зажигания;

- экспериментально проверить разработанную методику;

- выполнить раэтетно- экспериментальное исследование теплового состояния головки цилиндров исследуемого двигателя с целью отработки методики проектирования детали о использованием средств автоматизации проектирования.

Научная иоэнваа работы определяется тем, что разработан новый подход к определению границ температурных вон в КС и определению локальных полей скоростей рабочего тела и коэффициентов теплоотдачи на стенках КС в трехмерной постановке.

Практическая ценность. Разработан метод расчета локального теплообмена в камере сгорания ЛВС с искровым зажиганием, пригодный для решения инженерных задач на стадии проектирования двигателя.

Достоверность научных положений и выводов определяется:

- 4 - ' '

- применением общих систем уравнений гидродинамики и фундаментальных законов тепло-массообмена, современных численных методов реализации математических моделей;

-' анализом обоснованности теоретических допущений и связанных с этим погрешностей расчета, хорошим количественным согласованием расчетных и экспериментальных данных, а также качественным согласованием полученных результатов с результатами опытов других авторов. ■

Практическая реализация. Теоретические и расчетные рееульта-ты диссертационной работы использованы в научно-исследовательских работах, выполненных на кафедре ДВС СПбГТУ по заказу ведущих предприятий отрасли, таких, как А/0 АвтоВАЗ и Мелитопольский моторный завод. Внедрение подтверждено актами предприятий.

Апробация работы. Результаты исследований составляющих основу диссертации, докладывались на: Всесоюзной научно-технической конференции "■ Повышение надежности и экологических показателей автомобильных двигателей " Горький, ГШ, 1990 г.; институтском конкурсе научных работ молодых ученых ЛГТУ, Ленинград, ЛГТУ, 1990 г.; на 12-м Всесоюзном межотраслевом научно-техническом семинаре "Рабочий процесс, теплообмен, теплоналряженность деталей ДВС", Санкт-Петербург, ЛГТУ, 1992 г..

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6-ти печатных работах.

Структура и обмм работ». Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы из 94 наименований, приложения. Она содержит 164 страницы, в том числе: 35 рисунков, 10 таблиц, б фотоснимков и 137 страниц основного текста, а также приложения на 6 страницах.

СОДЕРЖАНКЕ РАБОТУ

Во вввявшш обоснована актуальность проблемы создания эффективных подтвержденных экспериментально обоснованных расчетно-теоретических методов исследования теплового состояния тешюнапря-женных деталей ДВС. Приведена обцая характеристика работы.

В первой гам анализируется современный уровень теоретических и экспериментальных методов исследования рабочего процесса и локального теплообмена в ЛВС изложенных в работах Вибе И.И., Вой-нова А.Н., Костина А.К., Петриченко K.P., Петриченко P.M., Ро-венблита Г.Б., Свиридова D.В., Стефановского B.C., Страдомского М. В. , Третьякова Н.П., Чаянова Н.Д., Шабанова А.Ю., Шеховцова • А.Ф., Алкидаед А.» Веши Г., Хейвуда Дж. и их сотрудников.

• •■.-"• - б -

.В литературном обзоре затрагиваются вопросы, касающиеся рабочего процесса, движения рабочего тела в КС двигателя в той необходимой мере, в какой они связаны с локальным теплообменом, причем последнему уделяется осяовное внимание.

Проблема надежности ЛВС во многом связана с теплонапряжен-ностью его основных деталей, в частности головки цилиндров. При моделировании теплонапряденного состояния головок цилиндров наиболее ощутимо на результаты расчета влияют точность задания граничных условий ( ГУ ) теплообмена в КС двигателя.

В результате анализа литературы установлено, что область применения существующих подходов для расчета интенсивности теплоотдачи от рабочего тела к стенкам КС ограничена и не дает полной картины неравномерного распределения параметров теплообмена по поверхностям камеры сгорания ЛВС искрового зажигания.

Проведенный анаша методов я подходов к решению задач гидродинамики и теплообмена в КС позволил сделать следующие выводы:

1. Для наделкой оценки работоспособности теплонапряженных деталей двигателей необходима разработка математических моделей локального теплообмена для словак турбулентных течений, имеющих место в цилиндре ЛВС. Такие" модели догнны быть трехмерными и базироваться на фундаментальных полоаэнкях гидрогазодинамики;

2. Модель локального теплообмена домна учитывать пространственное изменение полей температур в КС двигателя, вызванное распространением границы аояы горенкя от свечи ваяигания.

Вторая глаза посвящена моделирован»» локального конвективного теплообмена в камере сгорслня ДВС о искровым зажиганием.

Согласно теории пограничного слоя, рассматривается двухзонная: модель движения рабочего тела а КС. Рабочее тело - вязкая жидкость, однако его вя&хоствдэ свойства проявляются лишь в непосредственной близости к ставке) КС в пограничном слое, где велики нормальны» градиент скорости. Поэтому рабочее тело можно условно разделить на две вогш. Перзсз sosa в виде турбулентного ядра, характерного»! которого мало чей отличаются от идеального газа. Характер двкюаиз ядра вдряда в этой зоне определяет скорости обтекашп позэрхсостей КС в тем саим интенсивность теплообмена во-второй воле - пограянчсоа ело», где движение заряда может быть представлено в вале течения «явного rasa.

Рабочее тело в цилиндра двигателя рассматривается как несжимаемая, но объемодеформироваявая жидкость. Справедливость такой "квавинесжимаемасти" доказывается, выполнением имеющего места неравенства Ы2 « i. Размеры КС относительно невелики, в связи о этим поля давлений в цилиндре ДВС, выравнивание которых происхо-

дит со скоростью звука, практически квазистационарны.

Число Рейнольдса для КС составляет порядок 105+106, поэтому движение рабочего тела в ядре заряда сильно турбулизовано.

Оценка критерия Струхаля в цилиндре ЛВС показала, что при характерной скорости распространения границы гоны горения, влияние нестационарности не превышает 10*202, это позволяет считать движение рабочего тела в ядре - кваэ «стационарным.

Оценка устойчивости пограничного слоя показала, что на поверхности КС двигателя с искровым важиганием удерживается ламинарный пограничный слой.

8а основу моделирования поля скоростей в КС двигателя взята модель, предложенная М.Р.Петриченко, которая была модернизирована Е.Е. Квасовым для случая рельефа конечной кривизны в осесимметрич-кой постановке.

Основное дифференциальное уравнение, описыьакщее движение рабочего тела в вамлкутой КС двигателя, полученное М.Р.Петриченко

выглядит следующим образом

+ — + ^ + с" (1)

с/г2 г А- Л? г2 ¿О2 Н

где Сп - скорость пораня в рассматриваемый момент времени; Н -текущий ход поршня; <р(г,г,0) - потенциал скорости в цилиндрических координатах, который связан, соответственно, с радиальной, осевой и азимутальной проекциями вектора скорости соотношениями

(¡9 йщ 1 С/ф

иг - —- ; Цг - —- г и» ---

ОТ 02 Г ОТ

Начало системы координат жестко свяжем о поршнем. ГУ, здесь, будут условия непроницаемости на поверхностях поршня и цилиндра:

- О

Г - й - на стенках цилиндра

о? (¡9

- - 0 ; -

<Яг (¡г

2 » 0 - на прршне

Для случая плоский поршень профилированная головка цилиндров ГУ характеривует непроницаемость по иормади к поверхности головки,

dtp dr d<t dz 1 dq d3 dz

dr dn dz dn г cM dn n dn

dr dz cto

где -, —, -- значения косинусов углов осей с нормалями

dn dn dn к поверхности контура непроницаемости, п - нормаль к контуру непроницаемости головки цилиндра.

Общее решение уравнения (1) осуществляется путей решения соответствующего однородного уравнения ч>° и частного решения определяемого видом правой части, т.е. ч> = <p° + ip*.

Тогда, ГУ у поверхности головки цилиндров запишется в виде

dtf° dr Gftp° dz 1 dq>° ей , z s dz --------<,„(---,)

dг ск\ dz с/п г сЛ> <±1 V Н / ¿п '*

ГДе = |0 Д ,к(дпск»г) (.-""Ч . .

• Сакп соз(кй) + ЬкП З1п(кй)] ,

где Дп<к) ■ собственные числа.

Неизвестные коэффициенты разложения а^п и Ь^п определяются методом наименьших квадратов при решении соответствующей нормальной системы уравнений. В процессе вычисления требуется знание непрерывной функции геометрии контура поверхности. Кроме значений координат требуются одновременно величины углов наклона нормали к поверхности по отношению к координатным осям. Для описания геометрических характеристик поверхности были применены кубические сплайны. Таким образом, определив неизвестные коэффициенты разложения, можем найти значения потенциальной функции в любой точке с КС цилиндра двигателя.

Общее алгебраическое решение задачи для потенциальной функции будет:

|Хпк2 ~Ш1к21

( £ S к - ( Z "МП 21

?(r,z,a) = | n5a Jk(unKr) [е + е J

л' z2

• Cakn cos(kO) 4 bkn sin(kO)] > - СП - .

' Z Н

(2)

Знание потенциальной функции позволяет найти скоростное поле рабочего тела, для любого текущего момента времени, в произвольной точке поверхности КС.

В настоящей работе для определения местоположения границы зоны горения использован метод, разработанный Р.М.Петриченко, основанный на обработке индикаторной диаграммы.

Исходя из знания геометрии КС и величины давления в цилиндре, в зависимости от угла поворота коленчатого вала ( ПКВ ) двигателя, находится скорость выделения теплоты при сгорании топлива

- сК/ф. Решение этой задачи, основывается на первом начале термодинамики переменной массы:

сЩ +• 1с1М = сЦМ и) + Рс1У (3)

где 1с1М - поток энтальпии рабочего тела (поступающий и потерянный через неплотности) с элементарными массами с!М; М - масса рабочего тела в цилиндре; и - удельная внутренняя энергия рабочего тела; Р

- давление рабочего тела в цилиндре; с!У - изменение объема цилиндра; с!С} - тепло, сообщенное рабочему телу к данному моменту процесса сгорания, определяется по формуле

ЙЧ - сфпод ~ ¿Од - с!С}„ ,

где й0пОд«0цдцс1Х - количество тепла, выделившееся при сгорании элементарной относительной массы топлива - дцс1Х, Он - низшая теплотворность топлива, йОд - потери теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания, «КЗ* - тепло, отведенное в стенки.

Для двигателей с искровым зажиганием существенное влияние приобретает высокотемпературная диссоциация продуктов сгорания. Величина потерь тепла на диссоциацию определяется из выражения

п

<10д - П М1 0! , 1-1

где М( и - число молей продуктов сгорания и тепловые эффекты реакций диссоциации, п - число компонентов в продуктах сгорания.

В результате преобразования исходного уравнения (3). получим дифференциальное уравнение скорости выделения теплоты в КС ЛВС

= г ар' + с|у + _<<10д (Зо„ ^ мсут

^ Рй? УсЗ(? МС„Т \<3<? + <)<? )) Он £ц

где Т, Cv - температура и изохорная теплоемкость рабочего тела в цилиндре, к - показатель адиабаты, ги - цикловая подача топлива, dq> - элементарный угол поворота коленчатого вала.

Итак, пусть в сгоревшем сферическом объеме Vnc, ваключена масса сгоревшей смеси МПс. равная

Мпс - Рпс Vnc , (4)

где рпс ~ плотность продуктов сгорания в объеме Упс.

С другой стороны, если в цилиндре двигателя имеется масса топлива - а также масса воздуха - Мв и сгорает относительная доля топлива - X, то масса сгоревшей топливо-воздушной смеси составит - (ец + Мв) • X. И может быть записана, как

Мпс - ей С 1 + Й L0 ) х , (5)

где а - коэффициент избытка воздуха, Lo - стехиометрическое число.

Приравнивая относительные изменения массы в выгоревшем объеме, полученные из уравнений (4) и (5), с учетом того, что для данного цикла « « const и Lo » const и выполнив несложные преобразования получим уравнение для текущего объема сгоревшей смеси

dVnc d?

Vn<- э> --

dX dP dTa ---+ -

Xdq> Pdq> Тд dp

где Тд - температура в переменном объеме Упс.

Знание выгоревшего объема позволяет определить радиус сферы - Я®, моделирующей зону продуктов сгорания.

В основу методики определения термодинамических параметров топливо-воздушной смеси легли положения и результаты полученные в работах А.С.Лоскутова.

Для решения задачи приняты ряд допущений:

- к началу сгорания топливовоздушная смесь в цилиндре гомогенна, что для двигателей с искровым зажиганием близ«? к реальности;

- смесь в цилиндре в процессе сгорания разделена фронтом пламени на две зоны: продуктов сгорания и свежей смеси;

- температура в зоне продуктов сгорания в любой момент времени

одинакова по всей зоне, т.е. принимается гипотеза о наличии мгновенного перемешивания внутри этой зоны, из-за турбулентности вносимой сгоранием.

Найдя из уравнения баланса энтальпий адиабатическую температуру продуктов полного сгорания ТПс и определив величину потерь тепла на диссоциацию ¿Од и изменение энтальпии продуктов полного сгорания ÄH из решения уравнения (6) определяем значение температуры продуктов сгорания Тд с учетом диссоциации.

F(Ts) « йОд(Тд) - СН(Тпс) " Н(ТД)3 = 0 , (б)

где Н(Тпс) и Н(Тд) - соответственно энтальпии продуктов сгорания при температурах ТПс и Тд-

Температура свежей смеси в процессе сгорания определяется по уравнению адиабаты

Тс* - Тс (Р / Рс) <К_1,/К .

где Тс, Рс - температура и давление в цилиндре в конце хода сжатия.

Знание локальных мгновенных значений скоростей обтекания рабочим телом огневой поверхности КС цилиндра двигателя, а также местоположения границы зоны горения и температуры в зонах продуктов сгорания и свежей смеси, в любой момент времени, позволяет перейти к определению локальных параметров теплообмена.

Для градиентного течения жидкости вблизи стенки, в ламинарном вязком пограничном слое, мгновенный локальный коэффициент теплоотдачи конвекцией для произвольной точки поверхности КС вычисляется по формуле

«xi - Ф(т.Рг) ГХ / X] Rex0-5 Ка (7)

» >

где Rex - критерий Рейнольдса; Рг - критерий Прандтля; и - параметр градиентности потока в окрестности рассматриваемой точки; Ф(т,Рг) - функция зависящая от показателя градиентности потока -m и числа Прандтля рабочего тела, для степенного закона изменения скорости внешнего потока, табулирована Г.Эвансом; \ - коэффициент теплопроводности рабочего тела; X - расстояние от критической точки до рассматриваемой; Ка - поправочный множитель.

Третья глава посвящена описанию экспериментального исследования температурного состояния головки цилиндров бензинового ДВС.

Экспериментальное исследование выполнялось с целью проверки 'теоретической методики. В задачу эксперимента входило получение

стационарного распределения температур в теле головки цилиндров, при этом, снятие характеристик двигателя производилось с одновременным индицированием цилиндра.

Экспериментальная работа проведена на кафедре ДВС СП6ГТУ на испытательном стенде с автомобильным двигателем МеМЗ-245. йндйци-рование осуществлялось при помощи охлаждаемого пьезокварцевого датчика-свечи. Для измерения стационарных температур в головке использовано 12 хромель-Копелевых термопар, установленных вблизи огневой поверхности КС. Препарирование головки цилиндров выполнено автором на кафедре двигателей Нижегородского технического университета под руководством к.т.н., доцента Линденбаума М.Б.

Основными вар«, ируемыми величинами в эксперименте были частота вращения коленчатого вала и нагрузка двигателя. Замеры проводились как по скоростным (от 2000 до 5000 1/мин) , так и по нагрузочным характеристикам (от 30 до 100%).

Больше внимание в данной главе работы уделено обработке результатов эксперимента и оценке погрешностей.

В четвертой главе приводятся данные расчетного исследования, которое проводилось с целью проверки математической модели локального теплообмена в КС сопоставлением расчетных данных с результатами эксперимента.

Программой исследований весь комплекс расчетов, по определению температурных полей в головке цилиндров, проводился для семи установившихся режимов работы двигателя, при этом скоростной режим изменялся в пределах от 2000 до 5000 1/мин, а нагрузка менялась от. 30 до 100 X.

Моделирование теплового состояния элемента головки двигателя МеМЗ-245 включило в себя:

- синтез индикаторных процессов в цилиндре двигателя с использованием законов изменения положения границы зоны горения, расчет текущих термодинамических и теплофизических параметров газа в КС;

- расчет локальной интенсивности теплоотдачи по поверхностям КС головки цилиндров по разработанной методике;

- расчет граничных условий теплообмена по другим тепловосприни-маюяцш пое^квстям головки (разъем седло-клапан, поверхности седел, полоста охлаждения);

- расчеты полей температур в элементе головки с использованием расчетных граничных условий тегйюобмена;

- проведении серии стыковочных и уточняющих расчетов температурного состояния исследуемой детали.

На рис. 1 приведены кривые изменения радиуса и скорости распространения граница зоны горения по_КС двигателя МеМЗ-245 по-

Кф> ш

и®,

м/сек

ит,иг,и2,ш,

м/сек

60 45 30 15 0

У

и9А N у/

у Л

Л N

60 12

45 30 15 О -

320 352 384 416 448 °п.к.в.

Рис. 1. Радиус и скорость рас. пространения границы воны горения двигателя МеМЗ-245 при 5000 1/мин.

6 О 6 12

«XI

кВт/(м2К) 1.2

V/

«4

0.9 0.6 0.3 О

О 10 20 30 40

Радиус цилиндра, мм

Рис. 2. Составляюпдае скорости рабочего тела и локальные ctxi для головки при 5000 1/мин. Л - профиль КС в данном сечении, иг - касательная скорость.

«XI.- 9

кВг/(мК)

Вт/(м2К)

1.2 0.9 0.6 0.3 О

200 280 360 440 520 °П.К.в.

Рис. 3. Локальные мгновенные ■аХ1 для головки двигателя ЫеМЗ-245 при 5000 1/мин. Для относительных координат р-г/й в данном сечении КС.

/

К л

V

ю го зо 40

Радиус цилиндра, мм

Рис. 4. Средние за цикл локальные «1 для 4-х сечений головки двигателя МеШ-245 при 5000 1/мин.

лученные при 5000 1/мин, в результате обработки экспериментальных индикаторных диаграмм.

Для расчета страстного поля и коэффициентов теплоотдачи, поверхность камеры сгорания была задана набором узловых точек лежащих на 18-ти сечениях, проведенных через 20?, имеющих свое начало в одной точке расположенной на оси симметрии цилиндра двигателя.

На рис. 2 приведены составляющие эпюр скоростей и мгновенных значений коэффициентов теплоотдачи у поверхности КС головки цилиндров двигателя МеЮ-245, соответствующие углу ПКВ двигателя 28° после ВМТ при 5000 1/мин (100 X нагрузки). Отличие данного решения скоростной задачи от полученного ранее заключается в наличии дополнительной азимутальной проекции скорости. Из рис. 2 видно, что азимутальная проекция принимает довольно значительную величину и учет ее существенно влияет на згпору скоростей у поверхности рассматриваемой детали. Представленньи график показывает, что кривая изменения мгновенной интенсивности теплоотдачи во многом повторяет эпюру касательной скорости.

В качестве примера, на рис. 3 приведены кривые изменения мгновенных локальных значений коэффициентов теплоотдачи в зависимости от угла ПКВ полученные при 5000 1/мин. Сопоставление расчетных результатов с данными литературных источников показало их качественное совпадение.

На рис. 4 приведены характерные изменения локальных средних за цикл коэффициентов теплоотдачи на поверхностях КС головки цилиндров двигателя МеМЗ-245 при 5000 1/мин. Результаты расчета показывают значительную неравномерность распределения тепловой нагрузки по поверхностям КС и подтверждают предположение о трехмерном характере действующей на головку цилиндров нагрузки.

В качестве расчетной схемы головки блока цилиндров двигателя МеШ-245 выбрана секция головки относящаяся к первому цилиндру. В выбранной схеме аппроксимируются важнейшие конструктивные элемен-' ты головки: огневое днище переменной толщины с отверстиями под клапана, свечу и шпильки, седла под впускные и выпускные клапана, а также поверхности контакта с водяными полостями.

Лри моделировании теплового состояния головки цилиндров использован суперэлементный подход к методу конечных элементов. В результате, расчетная модель задачи состоит из 705 объемных изопараметрический двадцатиузловых шестигранных конечных элементов, которые содержат 4899 узлов.

Результаты расчетяо-экспериментального исследования представлены в виде изменения температур в теле головки цилиндров, по

Т, °С

150 140 130

!

120

с.

110

100

2000' 2500 3000 3500 4000 4500 5000

п, 1/мин

Рис. 5. Температуры в головке цилиндров двигателя МеШ-245 в местах установки термопар (1-2-3-4).

II —1 расчет, а эксперимент; 21 -расчет, л эксперимент;

31 - расчет, о эксперимент; 41 — расчет, х эксперимент.

Т, °С

¿ 145

i

135

125'

115:

105 95

35 .45 55 65 75

Ме, Н*м

Рис. 6. Температуры в головке цилиндров двигателя МеМЗ-245

в местах установки термопар (1-2-3-4) при 3500 1/мин.

II -расчет, □ эксперимент; 21 -расчет, ь эксперимент;

31 -— расчет, о эксперимент; 41 — расчет, к эксперимент.

внешней скоростной и нагрузочным характеристикам, в местах установки -термопар (рис. 5-6). Сопоставление результатов расчета и термометрирования головки показало удовлетворительное (с точностью до б X) их совпадение.

В результате проведенных расчетных исследований, опираясь на данные натурного эксперимента, введена корректировка по моделированию процесса теплопередачи в головке цилиндра.

Точное решение уравнения теплопередачи через пограничный слой дает заниженный результат по причине не учета влияния турбулентности вызванной сгоранием на конвективную теплоотдачу. Поправку Кя в уравнении (7) следует искать в виде функции от режима движения границы зоны горения по КС

Ка - Reu0-07 ,

где Reu - число Рейнольдса, построенное по радиусу цилиндра и скорости распространения границы зоны горения по КС.

Степень при числе Рейнольдса 0.07 можно считать справедливой для рассматриваемого класса двигателей.

Результаты данной работы были использованы при выполнении х/д работы коллективом кафедры ДВС СПбГТУ по ваказу Мелитопольского моторного завода. Проведенное сопоставление результатов расчетного исследования теплового состояния поршня двигателя МеМЗ-245 с результатами термометрирования проведенными заказчиком показало удовлетворительное о точностью до 5 Z их совпадение.

ВЫВОДЫ

1. Произведенные оценки показали, что для целей определения параметров теплообмена, о определенной степенью точности 10+20 Z, можно использовать квазистаццонарное приближение движения рабочего тела в КС. Оценки показали, что на стенках КС двигателя удерживается ламинарный пограничный слой, который также можно считать квазистационарным.

2. Для определения параметров локального теплообмена в цилиндре двигателя искрового зажигания необходимо учитывать пространственное изменение полей температур в КС, вызванное распространением границы зоны горения от свечи зажигания.

3. На основе анализа структуры движения рабочего тела в КС показано, что использование двухмерных моделей не полностью отражает реаиъную картину процессов и приводит к значительным погрешности)! в расчете мгновенных значений скоростей.

4. Выполненная на двигателе МеМЗ-245 экспериментальная работа подтвердила в целом правильность и обоснованность теоретических разработок. На основании результатов эксперимента в исходную методику внесено ряд изменений и уточнений, касающихся определения локальных коэффициентов теплоотдачи в КС.

В ходе работы получены следующие основные результаты:

1. Разработана методика и алгоритм расчета локальных полей скоростей рабочего тела и коэффициентов теплоотдачи на' стенках КС ДВС о искровым зажиганием в трехмерной постановке;

2. Разработаны прикладные программы модели гадания ГУ локального теплообмена со стороны КС, которые возможно использовать в составе системы автоматизированного проектирования теплонапряженных деталей ДВС искрового зажигания.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Петриченко P.M., Сгибнев Ю.Е. Гидродинамика и теплообмен в циликдрэ карбюраторного ДЗС* / / Тезисы доклад es и соо0ш,сили. Всесоюзная научно-техническая конференция " Повышение надежности и экологических показателей автомобильных двигателей". - Горький: ГПИ, 1990, 152 с.

2. Сгибнев Ю.Е., Шабанов А.Ю. Определение средних локальных значений интенсивности теплообмена в КС карбюраторного двигателя. ?/ Деп. в НИИстандартавтосельхозмаше. N 2094 -ап91

3. Сгибнев Ю.Е., Шабанов А.Ю. Трехмерное моделирование локального теплообмена в КС карбюраторного ДВС с учетом постадийного выгорания топлива. Материалы 12-го Всесоюзного межотраслевого-научно-технического семинара. С.-Петербург, 1992, ЛГТУ, с. 55.

4. Шабанов А.Ю., Сгибнев Ю.Е., Савинова Л.X. Экспериментально-теоретическое исследование локального конвективного теплообмена в КС двигателя МеМЗ-245 в трехмерной постановке. Тезисы докладов. Постоянно действующий научно-технический семинар стран СНГ "Улучшение эксплутационных показателей двигателей тракторов и автомобилей". - С.-Петербург: СПбГАУ, 1995,.72 с.

5. Шабанов А.Ю., Зайцев А.Б., Савинова Л.Х., Сгибнев Ю.Е. Расчетная методика исследования теплового состояния головки блока цилиндров бензиновых двигателей. Тезисы докладов. Российская научно-техническая конференция "Инновационные наукоемкие технологии для России". - С.-Петербург: СПбГТУ, 1995, 89 с.

Ю.Е.Сгибнев 25.10.95 г.