автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Теплообмен в роторно-поршневом двигателе

ОАВКТ-ПЕТЕРБУРГСКИй ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

'На правах рукописи

ИВАНОВ Владимир Алексеевич

ТЕПЛООБМЕН В. РОТОРШ-ПОРШЕЗВОМ ДБИГАТЕ1Б; Специальность 05.04.02 -'"тепловыз дглгатэли

Ааторвфорат !

диссертации на оспсканяэ учэпой стааэкъ кандвдата тахрлзчзскях, наук

'Ç»rîî913p6jîpr ■

- IS22 '. . °

Работа выполнена в Санкт-Петербургсхщггоаддарствеаноы техническом университета на ка$адре "Двигатели внутреннего сгорания" Научные руководители: доктор технических наук, ■■ ■ профессор) Р.М.Петрачзнко| • кандидат технические наук:. ■ :'. ; додант Б.П.Пугачев

Офзцяалыша оппоненты: доктор технических наук,.

. , профессор' А.В.Николаекяо

|| , кавдвдат технических наук Б.Б.Оряов

Ведущая организация: Институт проблем шдшноведения Российской Академии Еаук-

" Защита оостоится " " лдвя 1992 г. в часов

на заседании специализированного совета К 063.38.01 в СПбПУ по адресу: 195251, С.-Петербург, Политехническая ул., 29, ■М/З уч.'корду с. а?д. ) ■.

С диссертацией поено ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета;-. .

Автореферат.разо&лая " ^ " ' " 1992 г. .

Ученый секретарь еяегоапизвраванного совета ;

К.1.Я., доцент Л.П.Грянко

ТЕПЛООБМЕН; Б РОТОРНО—ПОНШЕБОгД ДБИГАТЕЛЕ

' Общая характеристика работы. : . •

■ Актуальность темы. В-настоящее время нет необходимости доказывать важность проблемы теплообмена г двигателях внутреннего сгорания. Вопросы теплообмена проникают во.все элементы вроектгрования и доводки ДЕигателя. Это и определение терюдеформационннх напряжений деталей двигателя, и оценка интегральные потерь тепла' в охлавдающую гид-кость, и - оптимизация система охлаждения и прогнозирования возможности работы двигателя в критических условиях. Вопросы, работы роторно-роршневнх.ДЕЕгаталей (РПД), связанных с решением задач теплообмена, уделялооь значительное внимание, .однако результаты экспериментальных исследований не наали дольного теоретического обобщения. Так, больная экспериментальная работа-'по исследованию теплообмена' в РПД'была проделала в Института технической: теплофизика All УСС^..;Авторы пока- . зали, что расчет по формуле Ананда ке согласуется с результатами эксперимента. Обработка Ев результатов по методам теории подобия даке -для исследованного двигателя даэт разброс экспериментарннх данных отяоепгально теоретической крзвоЁ в 1,5...2 раза. ■/./

Аналогичные экспериментальные. методы использовали н рабэте,про-Еаденной в университете Карлсруэ. Автор предлагает формулу для ецчио-.ления коэффициента теплоотдачи, которая, безусловно; справедлива лишь ■ з рамках -эксперимента, на осноЕа которого .она выполнена. -

. "Подобные, со существу, -эмпирические подходы использованы з-е нй-которых.других работах. В сеяли о нзложеннш разработка и развитие расчетных методов теплообмена в'.роторно-яоршневых двигателях являемся, безусловно, актуальной задачей доследования. ' - .' ...

'"■• Цель работы. . Целью проведенных .исследований являлось, создание -нового тзорэтико-экспершентального метода расчета теплообмена'в ка-мзре.РЦД, базчрувдвгося на взааглооЕязи газодинамических и твштолёрз-даточных параметров. • - ': . - '" ' ...

- . Поотаалвпвая цель прадопредалйла следующие задача последоваазя: - анализ , имеющихся шзтодик расчета теплообмена в камера РЩ; " -. ок слорк; о я тальн оа исследование рабочего процесса в. камьрз РПД;. •, • -'- оездапзадостоверной методика расчета теплообмена в камера PIEi; \ ^ - окедзршетйльпая проверка црадлояонноЗглодели расчета' твплс-обиэпа в ваазр'о ИЩ. ' '•

Методы исследования. Исследование выполнено с псыощ>ю экспери-' . ментальных и теоретических методов. Эяспергглентальное ксследоганяе . проведено ва лабораторных стендах кафедры ДЕС СПбГВГ с учетом требований и рекомендаций нормативно-справочной литературы. Стенд для испытания двигателя был оборудован злектроториозной установкой производства ¿33 БСЕТИН (ЧССР). В экспериментах использовались такке отечественная регистрирующая аппаратура п датчика.

Теоретическое исследование выполнено путем математического моделирования гидродинамических и тепловых процессов в камера сгорания. а системы Охлаждения РОД с поморю СМ 1420 ЭВМ. Проверка разработанной методики осуществлялась путем сравнения расчетных и экспериментально полученных значений тепловых потоков от газов в статор РЦД, а такке сравнением расчетного тешературного поля статора с результатами тармо-метрирования..

Научная новизна. В результате экспериментальных и теоретических исследований выявлены особенности взаимосвязи-гидродинамические и тегкопггадаточкых параметров в камере РДД и предлоЕйн новый теоретя-ко-зкепзрилшнтачышй метод расчета твшюобглена в камере РЦД, коториЗ дсаншпиально отличается от известных, по существу, эмпирических методов расчета. Достоверность метода доказала экспериментально.

' Практическая значимость.. Данная работа позволяет еще на стадии проектирования нового дгагателя прогнозировать тепловую .напрякенноси в някечать пути ее скиЕЗная, Получены рекомендации по ссверавнстЕСБа-нию двигателя ЕАЗ-ЗН. ' •

'Апробация •работы. Результаты работы докладывались на Республиканской научно-технической конкуренции, посвященной 10-летию Камског политехнического института, т.НаберзЕлка Челны, 1990 г.

. Структура и объем работа. Диссертация состоит вз введения, четырех глав, заключения и списка литературы,' и злом 1а на страницах машинописного текста, содераит рисункоЕ, ■? таблиц, библиографов из С-1 наименований.

Автор считает своим долгом выразить благодарность научному, сотруднику кафедры ДБС СШ5ГТУ Ы.Н.Еиноградову за помощь, оказаннуа ем при проведении экспериментальных исследований.

Основное содержание работы

В первой главе по итогам обзора литературных источников выполне анализ работ, посвящэнньк аослеаовакив теплообмена, а такке, в той'

необходимой иера, в каксй окя связаны с тэялообмэаом, затронута воя-росы, касаквдеся рабочего процесса и газодинамики в РЦД. Прячем, теплообмену, естественно, уделяется основное евяшняо.

Для расчета а анализа те ил о обмена а двигателях взобходжо зевшш теплопередаточнкх .параметров рабочего тела: температуры к г.ог^лпи-ентов теплоотдача, которые, в'свое очередь, зависят от условен протекания рабочего процесса. Наиболее существенно отлячяя рабочих процессов, просекают* с РЦД, от работах процессов в псрзкзвих ДЬС олредалл-втся следудлкторага: температурным:? условиям?:, сор;.!ей. ка/.-:ерц сгорания и ДЕПЕОЕаек рабочего тела.

На основе качественных представлений делаются .попытки достроить расчетные модели рабочего процесса. Не вдаваясь е подробности, ответом лезь, что пока нет моделей, которое не настраивались 6:1 по экс-яергкентальккм даивал. ■ }' .

В отлична от поранегых ДБС, для которкх иядпщроЕакзз, как правило, является обязательном .элементом исследования, в РЦД вследствие сложности снятия индикаторных длатрамл чаще используется скорость распространения пламени с пагодьи кокизациокгшх да?ч?;коз. Хотя бель- . етнетво проведению: р.сслвдовапяй показывает, что в рабочей камере суще с кует равномерное распределение давления, дрпведяте,: даикиа п о тал, что оно является переменным по контуру начэры. ''

Все это говорит о необходимости пндгщ'рсвапг.я роторяо-порзнэвкх двчгатзлей. Газодпна:ака РПД достаточно хороао г.эучэнэ. Большинство . исследователей приходят к выводу, что девевяио" рабочего тела в камере смеет явно Еыра?ЗЕнид однсмэргшЗ характер, поэтому вполне взрелт-во, что результаты, лолучонкыз с помогли одномернкг мод ело 2 тсчзпзя газа, окажутся достаточно тсчишс для расчетов теплообмена.

Выполненный анадзз литературных данных по вопросам работы РЦц, оЕязанннг с репешем задач теплообкена, позволяет .с^ормуляровата -следупцЕЗ пелоаенпя:

1. Нет приЕцякпатьЕых неясностей в протеканял процессов в каморе РЩ, однако достаточно кадеыше аначнтачесяяе подала расчета да, ракотров рабочего процесса, которыз являются осноесй для решения задач теплообмена, отсутствует. В связи с этим целесообразно базироваться на вкслермязталышх данных, получение которых мог.ет представлять некоторые трудяоетл.

2. Расчзткоз определенна коэйшотептов тёшюощачз долги?-опираться на данные по газодяп2ст?е рабо«Яго тала г РЦД, которая достаточно херово пзучава я еяолг.з «егбт сыть гагсана аналитически. Сс-

новной проблемой здеоь остается описание взаимосвязи газодинамячес-,. ких и темопередаточяых парше ов, которая для этих двигателей никем серьезно на анализировалась. .. .

3. Существует достаточная база для того,' чтобы приступить к разработке теоретико-экспериментальвого мет еда расчета теплообмена^' в камере РИД. •.. ; ■ "'•.:'.'.■'.■ у:

Во второй главе, описывается экспериментальная установка и приводятся результаты вкопервыантальикг работ, выполненных автором.:

Экспериментальные исследования преследовали достикенае двух селей; '

1)-определение параметров рабочего процесса, без которых• вообще, невозмокев серьезный: анализ в расчет процессов теплообмена в тамере двигателя;' ■ ■ ' • . . ' -- ,

2) получение экспериментальных данных (теплоЕас потоков в статор, сташрнаркых температур статора и ротора), позволяющих провести идентификацию расчетной модели теплообмена.' •

Эксперименты проводились на кафедра ДВС СПбГТУ на испытательном стенде с двигателей ВАЗ-ЭП. • -

Испытательный стенд имел следующие основные агрегаты:,

I) тормозную установку; .

. 2) устройство для,соединения двигателя о тормозом; :

3) устройство для охлаадения двигателя; ..

■ 4) устройство для смазка двигателя; - ;•,

5) устройство для питания двигателя тошшесм; л.

•6),усзройство для питания двигателя воздухом; : : - , :

?) устройство для отвода отработаваах и картерных газов;,: -

8) органы управления двагателем;

9) пульт для управления двигателем и производства измерений. 'V. .

Для индуцирования двигателя применялся ?0РВД-15,0" - объемно-

резиоторный пре образ ОЕаюль давления, разработанный сотрудниками Физико-технического иноштута им,А.в.Иоф$в и СПбГТУ. "0РЦЦ-15,0П ос; ществляет преобразование давления в электрический сигнал наарякевия Составной частью "ОРЦЦ-15,0" является датчик давления. Для получена полной ивдикаторней диаграммы использовались четыре датчика давлена Они были подобраны таким образ ом, чтобы осциллограммы, регистрируемые ва »кране осциллограф, имели одинаковый маоштаб. Погрешность и керения давления объемно-реаистивнчм преобразователем давления составляет но более 2,5?. :

Измерение тепловьх потоков от рабочего тела и статор прст/.зьоделось с помощью датчиков теплоык потоков. Датчик теплового потока представляет собой цялпддр диаметром 10 uss и высотой 1,3 ш, на торцы которого нанесен' планочный термометр сопротивления толщиной примерно 5 ккм. При градуировка датчиков с!¡км получены зависимости изменения сопротивления от температуры R/tJn RJt) тармсрезнсторов, натканных на торш датчика. Произведя измерения па объекта, получила величины электрических сопротивлений R, и двух термо-резкетороз. Далее по графикам R,({) и Rs О.) ояредзлялг.сж величины температур и ¿2 , соответствующие измеренном сопротивлениям. Плотность теплового потока вычислялась но формула

О = Л , (I)

где £ - высота основания датчика; Л . - коэффициент теплопроводности материала, из которого выполнено основание. Исходя из существующих на сегодня методов градуировки датчиков теплового потока, га- . рантпруется погрешность измерения не более 30;$ при температура;-; до 300 С. . : /

Измерение стационарно: температур статора осуществлялось хремоль-копелеве.а термопарами. Закраплекиа торковер со стррэглт огнзбрХ поверхности производилось при помощи взаимного ьпнта, при зто.м расстояние кегду спаем и сгноеой. поверхностью статора составляю I мм. Со стороны водяных полостей задэлка термопар осуществлялась зачеканкой спаяв специально подготовленную лунку. В качестве регистрирующей аппаратуры использовался электронный саиокзаущяй потенциометр ХСЛ-4. Погрешности измерения температур определялись погрешностями измерительно!: аппаратури л составляла на более 1,5 С.

Измерение давлений, тега они "потоков а тешаратур 'производилось при изменении частоты врашеяия эксцентрикового вала от .¿500 до £50Э обЛган. через "паадш; 5G0 об/кмн. В результата проведенное экспериментальных последоезе!г2 баяа получены индикаторные диаграмш, значения средних за цикл плотностей теплойк потеков, от газов е статор двигателя, а так^е температур статора к ротора.

Траста глава яосюще&ткатеттйчзскояаг годалпрованая конвективного теплообмена в каморе РИД.

При моделпрокшки теплообмена трудно в равной степени учесть влияние всех определяют^ сГактсров. Поэтому автором обосковаваотея п вводится ряд упрощакх^их предпосылок. 5

1. Газ 2 цалшщра рассматривается как каскимаекая, но объемно-д сформируемая среда.

2. Движение раб очаг о тела е ядро мошю ста тать потенциальный: вихрепсточкики расположены в пограничном слое, в остальной ко часта пространства кинематические характеристики движения газа кал о отличаются от характеристик идеальной кндкости. "

3. Контур потенциального дара приблизительно совпадает с контуром каморы двигателя.

4. Движение газа в цилиндре носит квазистационарный характер.

НакбсиьаиХ вклад е формирование эпжры тздлоеой нагрузки дает

процессы, протекающие в каыера сгорания с постоянной ?.:ассой, т.е. процессы скатан, сгорания, расширения. Поэтому нас интересовала прек-де всего эти процессы. Используя приведенную еылв схематизацию, мокно представать уравнение, описывающее двиЕеиае ядра заряда в камере РЦЦ на тактах скатия-расиирекия е полярных координатах в следующем виде: Сем. рио.1):

d(xUz) , .dUe'_J^dV_ дг дв . ~ V dt

Здесь V - объем камеры в данный. комзнт Ере.мени; ? ~ полярный радиус-вектор; • 6 - полярный угол; Ut , Uo - соответствующие проекции вектора скорости.

Полю системы находится в точке 0{ , являзщегся центром округности, по дуге которой выполнен йройиль грани ротора.' Полярный угол в от-считквастся от осп 0< х< . против часовой стрелки, причем OtX,\\OX Угол G. изменяется е пределах от 6{, до Ок , радиус-Еектор 7 ст хй до ls(9) . Здесь - расстоянии от полюса до боковой грани ротора, zs(&) - расстояние от полиса до эпитрохоиды.

Учитывая, что многими исследователями отмечен явно выракенный одномерный характер двпкенпя рабочего тела в камере РПД, конно ЕЕес-111 допущение, что радиальная составляющая скорости меняется по линейному вакону. Тогда с учетом непроницаемости стенок камеры уравнение (2) мо,;;;ю преобразовать к виду

duo- U)dv UeJel/LtgCC-Qn -и?(9) ив (в) ,оЧ

ыв - Vdy 1 W ■ Zs/eTTTf tfiftffp) .

Здесь t - угол наклона касательной к эпитрохоиде; ¿¡»(9) = Щ^р) - нормальные скорости два зевая точбк боковой грани ротора; и/ - углевая скорость вращения ротора; Y - угол кеаду стороной ротора и-

6

осью о К .

Релзнпе уравнения (3) позволяет озгезрхпть скоростл рабочего тела вблгзз поверхностей 'камера дрпгс.тсгй, г.оебход":я:з для ¡лсчета теплообмена.

Далее обоспорылаютоя допущен-'.':, пчгдчг-еся пограничник олозв. Она сводятся к току, что, во-пеш-ж, сг.ороогнс;'. псгранич:;:-:.'! сто.", образующийся на станка}: коме],и, ?вяя*тс,л лгсл'нлркгм, во-Етор;у, что те-:/Дбратурп:2 ч дйнагстческзЗ пограксло:: ;:d::.md считать хвзэзст.где<с-наршип. Тогда задача об одределгкяк делали:!": ^иоюнких эиячз коэффициентов тзпяооадачз коигокше-.: яртсодя&ся к гиду

,Vtb = Ф(т, Рг ) fRey , (4)

гдо Mitj r Res - í.'8ctbb.i значения чисел Вуссельта п РвГ.яаг::.-.-чо^ соответственно; Рг ~ число Пряэдтля ь даинни мемант грепенп; r,i -характеристика ррицзеятвостп оотода.

Функция Ф(т, Рг) вкчгшжа Лгонсом грефкя es враиедятся г литературе.

Из (4) после соотгетстзувжя лсдстакогок косно'вогутсть .lop.'.'-yvy для вычисления локальнкх игноЕзпшгх коэ$Ф!цяэятое son.7oev.yna

c¿os = Ф{т,Рг)Л(Т) i^J^I ib)

где Л{т)~ zajráKsna коэ^гкявижа теплопроводное?;! рабочего j.jj;a;

j7(т,Р)~ вакгапа пошдапчосхсго коэолицяента еязкоотп; 7 , Р -температура п дягленяе рабочего тала в камере; lf¿ - скорость rasa вблизи данноц поверхности ротора яля статора с коощчватоЗ S в дан-кий момент времени.

Для определения коэйяцяэитоз теплоотдачи по ф)ркула (5), кос::-? распрэделонля сксростп гнеапзго потока относительно ойтекаеиой иоеогл-иоста необходимо знать Езпсматйчоояуэ п динг.;,пчоаку;о вязкости, кооп-$зцзввх теплопроводности газа в пограничном слое, а mxss аскишув таплоэккость газа при постоянном даЕхонпя. Перочлслзппие ларгмзтрк зависят от токпаратурв, далленгл и сьстага газа, которкз, в свод очередь, бнял получэни либо пз посредственно при пндяцррованаи двчг&твля, либо в результата обработки ягдпкаторвкх дгзгрз^.

Существенное ьаяиче ка кнтшедзвооть тояяоо&зла к ка-.-ер? двигателя оказывает турбулентность ядра. Ъ иастеяцз» нре^ сосюялг.з вопроса ecjá но позволяет вводить к расчет такие структура» хзр.гкхчрчо-тнкя заряда, как стаиекь его турбулентное:;;, настав знергосодеогл':;::;.;

7

вихрей и. т.д., однако ясно, что корректировочный коэффициент долкон Сыть связан с характеристиками сгорания топлива.

Методика определения характеристик выгорания топлиея построена на базе решения уравнения первого закона термодинамики для замкнуто! системы:

с!О = с1и * ил (6)

где <3 - подведенное таило; А - полезная работа; и - внутренняя энергия системы.

Осноеноэ дифференциальное уравнение для определения скорости выгорания тошяЕа в'зависимости от угла поворота ротора ¡.'.окно представить в следующем виде:

с/л_ _ МС^Т (ЫР I

ОУ Оч { РЫТ Су у МС,Т с/у /

Здесь Р , Т - дай они е и температура в камере; М - масса рабочего тела; С„ н СР - изохорная и изобарная теплоемкости рабочего тела; Он - низшая теплотворная способность топлига; - шк-

ловая подача топлива;. • - скорость таплоотвода от рабочего

тела б станки камеры:

. _____ ^ ______- {8)

где оС(Ч') - значение коэффициента теплоотдачи, осредненное по мгновенной тештовоспринимашсй поверхности; Ты - температура поверхностей камеры сгорания; пР , - частота Ераеения ротора.

Все величины, еходящнэ в правую часть Ецрааенпя (7), теп или иным путем определяются. Р м >ди измеряются непосредственно,

Он известно, так как известен род тошгаЕа, на котором работает двигатель, величины \/(У), ¿^/с/у , /УуУ определяются из кинематики РЦЦ. .

В результате вычислений били получены зависимости для выгорания и скоростей выгорания топлива, графики которых для одного из рекимов работы двигателя ВАЗ-ЗП представлены на рис,2.

Сопоставление результатов расчетов плотностей тепловых потоков с результатами натурных экспериментов с помощью датчиков тзплоеых потоков, проводимых на'двигателе ЕАЗ-ЗП, позволяет предлокить для'-вычисления интенсивности теплоотдачи конвекцией с учетом турбулиза-ядра в РОД следующую зависимость:

Рис.1. Схема к расчету скоростей газа я камере РПД

Рис.2. Характер выгорания топлива в РИД 3A3-3IJ

и у = ОloS [ 4 *

(9)

где <*ол' - значение интенсивности теплоотдачи, вычисляемое по формуле (5)

к(У) - (io)

Здесь Yi - условная длительность выгорания топлива; с/х/с/<у - скоробь Еа-ороная токтава в заввсшости от угла поворота ротора.

Еа psc.3 приведены значания средних за цикл локальных коэбйяцв-ектов тзахоотдача и плотностей тепловых потоков от газов Е статор Рц£ HA3-3II. Угат <Р - угол с вердиног, находящейся в'центра эпитрохоиды'в оточи тываеьхй от бскыдой оси эпитрохоиды (соя Ох , см. pzo.I) прошв часовой стрелкн.

' Четвертая глава посвящена экспериментально"! идентификации процессов конвективного теплообмена в камере РГЩ. Степень достоверности ¿отедихз определения интенсивнзстеЕ теплоотдачи в кг:.:йрз проьодплась сопоставлением результатов термометрярования статора с расчетным температурим пеле.'.: статора.

■ Для расчета температурного поля статора не обходило задать:

1) величины средних за цикл козгаЪцнентов теплоотдачи до рабочей поверхности статора;

2) величины хоэ^вдиентов теплоотдачи в скяавдащу» едкость.

.Звакзляя локальных коэффициентов тешюоздачз вахск:угг.а» осреднение;.: шгковзикк* локальных коэффициентов теплоотдачи, которые, л своз очередь, выделяли сь по методике, от санной вт третьей главе. Сроднят г&гчястынаа температура рабочего тела, aaiise Евсохедяиаа при расчета определялась из условия равенства тепла, передаваемого"цра пульсирующей noao:-cs за spe&i одного щкла, тзллу, явредаваемоиу при сташопв] по:; TanjiOBOi; потоке по слгдува;зй '¿этглуло:

-"»'«Г»

/ гм^м с/г .

= -— (п

/ ¿i/vje/v

V

где 77Уу - мгновенные значения тэ.'.щерагур рабочего тел а в камера,

oti(V') - значение мгаовзвкшс коэ$$гдоенгов тепяооадачя от рабочз го тола в нэкотрро2 точнз i ■ , находящейся на статора.

Дня нахождения коэрицаентов теплоотдача в склаадаезу» й»дкссть ¿¡еобходимо располагать знанием скорости движения г.идкостп в к,-■■■ала:: ^оцаржй егаюра. Лгл этого необходимо располагать зншшоа расходо

эддкостя по кавдгму канату. Эта задача рекиась методом для сети переменного .расхода. Сн основап на теоремах гидравлики перемэнного расхода и подробно изложен? в докторской диссертации ?.!.Р.Петриченко. "Гидравлика наизотврмичэских потоков в системах еидкостного схлазде-ния пориЕЭЕых двигателей".

Рассмотрим элементарный тройник (см.рис.4), образованной сечениями 0-0, I—I, а-а . Расходы и полные напоры показаны на рисунке. Для этого гроЗниха мэгпо написать диа уравнения: неразрывности п уравнение работ:

а, = à0 +0о

HbQ0 * UqQ0 = H/Q, - AsQ,

где 4- - потерянный налор на участка кевду сечениями 0-0 и I-I. По определению г

Ъ = / Jf (13)

где £ - коэффициент сопротивления тройника; V, - скорость в сечении I-I.

Расчет коллектора производится вверх по течению. Известен расход в сечении I-I, тогда, зная три напора ( Яа , fit , ), грозно найти расход s сечении 0-0, т.е. ûo . Легко показать, что написанная система эквивалентна кубпчоскому уравнения) относительно

2 , или эквивалентна такому- уравнению с безразмерными ксэффп-цчентами:

г- Р0 * дегЦ7 г )3 - s + + Ç

, ¿=û.*,a - (14)

где £2 , и} - ялоздцп соответствующих сечений.

Для прямых изорапорнкх тройников, а в нашем стучав есть основания считать их таковыми, уравнение примет вид

г* + 2г *2 = х {- sj2 (Х5)

значит,-

_ зе * 1

V S.V

л- ' /

(16)

■ 600

ьоо

200

Sm_

£00

400

ZOO

200 220 269 260 280 300 320 tf ■

Рис.3. Распределение по эппороходде средних за цикл коэффициентов теплоотдача п Еяотяоствй тсатойщ, потеков в двигателе ЕАЗ-ЗП ( ti =5000 об/raн., Л4=42,*? кВт) —- '- расчет '' J - плотность теплового потока по пгхеронпж датчиком теялового' потока

S2

Ос

К-

Qu

со

I/

Q¡

SI

и,

i*

Рис.4. Битягной тройник

Здесь знак относится к вытяжному, а "+" - я приточному тройнику.

Знание расходов охлакдаюдей евдкости'по каналам статора есть достаточное условие для нахождения средней скорости двикения еидкос-та в каналах и определения.интенсивности теплоотдача от стенок каналов в охлаждающую ющкость .(без'фазовых пэреходов). Если числа Рей-водьдса при этом оказывались в пределах изменения от 4-10. до 5*10 , , то для определения числа Нуссельта использовалось соотношение

Л/и = р ße 4 V„/Ü * 300Re + <2. 7 /f^/StPz3-l) 1 (I7)

где Л - коэффициент сопротивления трения при изотермическом течении £ =(ICO Re )~°»25; _ число Нуссельта; Re - тшС_

- ло Рейнйльдса; "Рг - число Правдив; . у* коэффициент, учаты-

■ 'ваюащй влияние переменных свойств жидкости.

В области значений 10^ <Re < 2-10^ использовалось уравнение

А/и = 0,025 Re as Рг (13)

-..Коэффициент теплоотдачи •:<*■ \ вычисляется по формуле

■ сС = Л- (19)

- - ;- "•': с/

' где Я - коэффициент теплопроводности клдкости; с/ - эквивалентный диаметр. . -■ .

" .Датьнейаее реаеянв задачи определенля температурного состояния статора сгодилось к решению стационарного уравнения теплопроводности .с заданным граничными условиями методом конечных элементов (ЕйКЭ). V;■'•'.' Рассчитываемая часть статора,'т.е. там, где происходят процессы

сга тля, горения'и раозарения, была разбита примерно на 1200 элементов, . тип используемых элементов:-треугольные изопараметричесйие'элементы, содеркащие'шесть узловых точек. При расчете температурного поля ста-"•тора [Щ была использована программа, соотавлошая доцзптсм кафедры • ЛЕС СП6Г1У А.Ю.Шабановш. В качестве примера на рис.5 а 6 приведены

■ расчетные 'и экспериментально полученные температуры статора.

. ; Сопоставление результатов расчета и теркома трир ОЕания статора в широком диапазоне работы дгагателя показало удовлетворительное (с точностью до 5%). их совпадение. Это, в свою очередь, позволяет сделать вывод о достаточно высокой степени достоверности методика определения интенсиЕностей теолооддачл в камере РГЩ, предяоюнной в данной работа.

■ 24Ü

200

ÍSO

120

80

Í ! I i ! !

1 i Л / m \

/ К

s ® /■íbO Ji5S m ч о X

■ fl¿>¿

200 220 2iD 260 2gù 300 ¡2o

Рис.5, Распределение температур по рабочей поверхности статора РЦД BA3-3II { п =здсо oö/iiz;;., Уе =42,? кВт) ' ' —■ - расчет; - о - эксперимент

I

\p/v

Pao.6. Срагнапт аампаразурного пожя статора РДЦ EA3-3II

{розна тот се, что sa рчс.5) ■ . ' '

— - гасчгт; » - эксперимент

В н £ о д ы

1. Разработана аналитическая модель определения локальных (.биогенных коэффициентов теплоотдачи от газов в стенки камеры РПд,' осно-ЕанЕ2я па разбиении областл, занимаемой рабочим телом , на пограничный слой п потенциальное ядро,, знание гидродинамических характеряс-

~ттпс которого позволяет определять мгновенные интенсивности теплоотдачи. ..

2. Экспериментально получаны значения тепловых потоков от газов в статор РПД, что позволило скорректировать решения, полученные из условия нулевой турбулентности ядра заряда, тем самым косвенно учесть степень его турбулизацяи.

3. Разработана модель расчета системы схлаздекня РИД, основанная на теоремах гидравлики переменного расхода. Получены значения коэффициентов теплоотдачи от статора в схлаядаацуз гздкссть.

4. Знание коэффициентов теплоотдачи сс стсронц газов в статор

и от статора в охлаядаюкуз кидкосгь позволило рассчитать температурное поле статора.

. 5. Проведено терюкетрпровакие статора и получены сиспер-.кзн-тальныэ значения температур статора, необходимые для адентифнкаши расчетной методики.

6. Хородее соотввтствио расчетных температур с результатами термометрирования статора (до Ь%) говорит о работоспособности ког.'Л-лелсной модели и возмогностл за использования для расчета тедгператур-ного поля статора.

ilo теме диссертационной работы опубликованы следующие материалы:

1. Иванов Б.А. Тезисы доклада Республиканской научно-технической конференции "Аналитический метод определения локальных интенсив-ностей теплоотдачи е к.с. РПД", с.215, 1990 г. (27-29 .марта 1990 г.)

2. Иванов S.A., Канищез A.B., ¿1агпдовэт Л.З., Скворцов В.А. Теплообмен в роторно-пораневом двигателе.//ЦНТИЭИавтопром, 1Э90. Деп. й 1998-ая90. .- .. *