Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый

• Автор: Богославцев, Роман Викторович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЕЙ БЫСТРОХОДНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

1.1. Актуальность задачи определения теплонапряженного

состояния поршня при форсировании двигателя

1.2. Математическая постановка задачи определения теплового

состояния поршня газового двигателя

1.3. Методы экспериментального исследования теплового состояния

поршня

1.4. Расчетно-теоретические методы определения граничных

условий
1.5. Анализ методов решения задач теплопроводности
1.6. Выводы. Постановка задач исследований
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЯ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
2.1. Обоснование выбора объекта исследования
2.2. Технология конвертации штатного дизеля в газовый двигатель
2.3. Экспериментальная установка для исследования рабочего
процесса газового двигателя
2.4. Экспериментальное исследование теплового состояния поршня и
крышки цилиндра газового двигателя
2.4.1. Методы бесконтактного измерения температур
2.4.2. Измерение локальных температур головки цилиндра и поршня газового двигателя с использованием ИМТК
2.5. Сравнительный анализ экспериментальных значений локальных температур газового двигателя КамАЗ -740.13.Г и базового
дизеля КамАЗ
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЯ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
3.1. Анализ экспериментальной индикаторной диаграммы газового
двигателя
3.2. Расчетно-экспериментальное определение граничных условий
для расчета температурного поля поршня газового двигателя
3.3. Расчет теплового состояния поршня газового двигателя
3.4. Сравнительный анализ тепловых состояний поршней газового
двигателя и базового дизеля КамАЗ
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ПОРШНЕЙ В ГАЗОВОМ И ГАЗОЖИДКОСТНОМ ДВИГАТЕЛЯХ
4.1. Основные параметры, влияющие на теплонапряженное состояние
поршня газового двигателя
4.2. Расчет индикаторных показателей рабочего процесса в газовом
двигателе с искровым зажиганием
4.3. Расчет интегрального теплообмена в цилиндре газового
двигателя с искровым зажиганием
4.3.1. Расчет осредненного по поверхности коэффициента теплоотдачи
в цилиндре газового двигателя с искровым зажиганием
4.3.2. Уточненная зависимость для расчета коэффициента теплоотдачи
в газовом двигателе с искровым зажиганием
4.4. Сравнительный анализ рабочего процесса и процесса
теплообмена в газовом двигателе с искровым зажиганием и в газожидкостном двигателе
4.5. Расчет локального теплообмена в камерах сгорания газового двигателя с искровым зажиганием и газожидкостного двигателя
4.5.1. Описание метода расчета
4.5.2. Сравнительный анализ локального теплообмена в камерах
сгорания газового двигателя с искровым зажиганием и газожидкостного двигателя
4.6. Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования.
В настоящее время отмечается значительный рост мирового парка автомобилей, работающих на компримированном природном газе (КПГ). По данным национальной газомоторной ассоциации в 2007 году рост составляет 2 млн. единиц (36% относительно 2006 года) и превысил 7,5 млн. Потребление природного газа как моторного топлива увеличилось на 30% по сравнению с показателями 2006 года. Таким образом, КПГ остается самым быстро развивающимся видом альтернативного моторного топлива. Между тем формирование отечественного сектора КПГ явно не поспевает за мировыми тенденциями, с точки зрения создания транспортных средств различного назначения, использующих КПГ в качестве моторного топлива.
Основную часть «газовых» автомобилей составляют конвертированные для работы на КПГ базовые автомобили. В нашей стране серийное производство газовых и газожидкостных (газодизельных) двигателей находится на стадии становления. При конвертировании базовых двигателей, в большинстве случаев, задачи оценки надежности и долговечности их дальнейшей работы практически не решаются, ограничиваясь лишь исследованием отдельных показателей и характеристик рабочего процесса. Следует подчеркнуть, что теплонапряженное состояние газовых и газожидкостных двигателей вообще очень мало исследовано, что было заключено после проведения литературного обзора, где вопросы теплонапряженного состояния поршня или других основных деталей практически не затронуты. Это лишний раз подчеркивает значимость исследований в этой области.
В данной работе рассматривается задача оценки теплового состояния поршня, который является одной из основных и ответственных деталей двигателя, определяющей его долговечность и надежность.
Достоверная информация о температурных полях поршня газового двигателя и его дизельного прототипа позволяет создавать на базе дизеля

Рис. 1.8. Пример разбивки поршня с теплоизолирующей накладкой на
конечные элементы
области. Безусловным преимуществом метода конечных элементов являются наличие хорошо апробированных и доступных программных комплексов. Из них на различных этапах развития компьютерной техники наиболее распространенными были ASKA, SAFF, NASTRAN и другие. Российскими двигателестроительными заводами широко использовалась программа НДС, разработанный в МГТУ им. Н.Э. Баумана проф. H.A. Иващенко [67, 68, 69, 70, 71, 72]. Позже широкое применение нашла программа KOSMOS, а в настоящее время наиболее используемым является универсальный комплекс ANSYS. На рис. 1.8 в качестве примера приведена трехмерна разбивка поршня с камерой типа Гессельмана на конечные элементы, число которых достигает несколько десятков тысяч [25,70], выполненная для расчета трехмерного температурного поля по программе ANSYS.
1.6. Выводы. Постановка задач исследований
1. В ходе развития быстроходных дизелей и повышения их удельной мощности поршень является наиболее нагруженной деталью двигателя,