Расчетно-теоретические методы оценки эффективности систем воздушного охлаждения дизелей

• Автор: Саибов, Абдуназар Алиевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 264 с. : 127 ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава I. Состояние проблемы и постановка задач исследования

1.1 Пути совершенствования и перспективы дизелей с

воздушным охлаждением

1.2 Особенности конструкции ДВО размерности 4410.5/12.0 и

перспективы их совершенствования

1.3 Современное состояние теории теплопереноса от ребристых ■'

поверхностей в условиях принудительной-конвекции 40 •

1.3. 1 Анализ теоретических основ движения потока воздуха и

теплообмена с цилиндрами и их головками

1.3.2 Анализ методологии расчета элементов оребрения цилиндров и
их головок 56*
1.4 Выводы 69‘
1.5 Задачи исследования
Глава II. Теоретические основы процессов теплообмена в дизелях. Критерии оценки и оптимизации параметров системы охлаждения
2. 1 Формализация процесса теплопередачи от рабочего тела в
элементы системы охлаждения
2. 1. 1 Анализ поведения целевой функции 98.
2. 1.2 Граничное условие третьего рода при анализе теплоотдачи от
рабочего тела в головку цилиндра
2. 1.3 Теплоотдача от рабочего-тела в цилиндр
2.2 Формализация граничного условия четвертого рода
2.2. 1 Оценка теплового баланса в дизелях 4410.5/12.0
2.2.2 Параметры потока воздуха перед входом в межреберные каналы
цилиндров и их головок
2.2.3 Параметры движения и теплообмена в межреберных каналах
цилиндров
2.2.4 Динамика движения и теплообмен в межреберных каналах
головки цилиндров
2.3 Теоретико-экспериментальное обоснование параметров
оребрения головок цилиндров
2.4 Выводы
Глава III. Методика исследований
3. 1 Программа и структура исследований
3.2 Методика безмоторных испытаний
3.3 Методика стендовых моторных испытаний
3.3. 1 Условия проведения испытаний
3.3.2 Виды и режимы испытаний

3.3.3 Характеристика оборудования и аппаратуры. Тарировка и
показатели точности средств измерений
3.3.4 Проведение стендовых испытаний
3.4 Методика эксплуатационных испытаний
3.5 Выводы-
Глава IV. Результаты экспериментальных исследований
системы воздушного охлажденип дизелей 44 10.5/12.0
4. 1 Теплофизические и термодинамические свойства атмосферного
воздуха в экстремальных условиях
4.2 Кинематика и динамика потока воздуха под кожухом
вентилятора
4.3 Кинематика и динамика потока воздуха в межреберных каналах
цилиндров
4.4 Стендовые испытания дизелей 4410.5/12.0 с сопоставляемыми
вариантами системы охлаждения
4.4. 1 Оценка влияния климатических факторов на характеристики
дизелей 4410.5/12.0
4. 4.2 Оценка температурного состояния деталей
4.5 Эксплуатационные испытания дизелей 4410.5/12.0 с
сопоставляемыми вариантами системы охлаждения
4. 5. 1 Оценка влияния условий и режимов эксплуатации на тепловое
состояние дизелей 4410.5/12.0
4.5.2 Оценка интенсивности загрязнения и трудоемкости технического
обслуживания системы охлаждения дизелей 4410.5/12.0
4.6 Выводы Глава V. Мероприятия по совершенствованию дизелей с
воздушным охлаждением
5. 1 Оценка эффективности систем охлаждения дизелей 4410.5/12.
при их эксплуатации в условиях резко-континентального климата
5.2 Прогнозирование эффективности систем с воздушным охлаждением на стадии проектирования форсированных дизелей
5.3 Мероприятия по повышению эффективности систем воздушного охлаждения дизелей 44 10.5/12.0
5.3. 1 Реализация задач первого направления
5.3.2 Реализация задач второго направления
5.4 Выводы
Общие выводы и рекомендации
Библиографический список
Приложения

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
гь, х0 - пространственный и временной период пульсаций
действительного коэффициента теплоотдачи;
_ г _ х „ х
2 = • х ~ • х ~ [ - - безразмерные координаты;
2 о 2 о ахо
безразмерное время;
_ _ X т
^ = т±г - обобщенная координата прогрессирующей волны;
а г ~ действительный коэффициент теплоотдачи;
а/ - реализованный коэффициент теплоотдачи;
а - , а = а у ато . безразмерные коэффициенты теплоотдачи;

- пульсационная составляющая действительного коэффициента теплоотдачи;
Ь - амплитуда пульсаций действительного коэффициента
теплоотдачи;
_ а/ - отношение реализованного коэффициента теплоотдачи
к осредненному действительному;
§ - толщина стенки или расстояние от воспринимающей
теплоту поверхности до теплоносителя;
я 5 *
о = —, о - - безразмерные толщины стенки;

г о - безразмерное соотношение пространственного и вре-
аХо менного периодов;
а а * - коэффициенты Фурье пульсаций температур при
л к’ л к г;
х = о;
Вк, В *к - функции толщины стенки;
коэффициенты Фурье пульсаций истинного значения коэффициента теплоотдачи;
- термическое сопротивление цилиндра в детерминиро-

ги г =
уат0~ ванной и безразмерной форме;
„ ~ Я
ли л = .------------------- - действительный и безразмерный радиус цилиндра;
У «л о
к - волновой вектор; постоянная; показатель адиабаты;
а - коэффициент температуропроводности, 1/град;
р - плотность материала, среды, кг/м ;

Рациональной считают следующую конструкцию. Цилиндр представляет собой гильзу, отлитую из специального антифрикционного чугуна, на наружной поверхности которой закатывается алюминиевая лента, образующая охлаждающие ребра.
Ребра, прямоугольной формы сечения обладают высокой теплопроводностью, а их площадь 0.38 м2. При этом площадь проходного сечения каналов увеличилась с 1.55 10'3 м2 (Д37Е) до 1.77-10‘3м2, гидравлическое сопротивление снизилось на 30 %, а масса цилиндра не превысила 3.95 кг.
Моторными испытаниями установлено, что при одинаковых затратах энергии на подачу охлаждающего воздуха скорость его в межреберных каналах возрастает на 14 %. Во всем диапазоне максимальная температура цилиндра снижается, в верхней части на 4...8 °С, а в средней его части на 10...20 °С. Затраты мощности на привод вентилятора сокращаются на 10... 12 %, расход топлива снижается на 0.18 кг/ч.
Следует, однако, заметить, что успешное применение биметаллических ребристых цилиндров сдерживается недостаточной надежностью контакта алюминиевых ребер с чугунными втулками, довольной сложной технологичностью и соответственно высокой их себестоимостью.
Неравномерность нагрева цилиндров и головок по периметрам их поверхностей обусловлена расположением впускного и выпускного каналов в головке, условиями формирования потоков на входе в межреберные каналы, характером течения воздуха в каналах и дефлектированием потоков. Исследованиями ОАОВМТЗ, НАТИ и Таджикского АУ [94, 95, 104. ..123, 130..132,
153... 155] установлено, что форма и расположение дефлекторов могут существенно снизить неравномерность нагрева деталей и работы в этом направлении следует признать перспективными, особенно для условий с повышенной засоренностью воздуха.
Хорошие перспективы в снижении теплонапряженности ДВО в условиях жаркого климата усматриваются в возбуждении акустических колебаний в потоке охлаждающего воздуха. Идея генерации акустических колебаний в потоке воздуха с целью снижения аэродинамического сопротивления в тракте и улучшения условий теплообмена при принудительной конвекции была выдвинута П. Н. Кубанским [16].
В ЗИЛДе ВТЗ были проведены экспериментиальные исследования на установке, представленной схемой на рис. 1. 19. Колебания (высокочастотная турбулентность) создавались дополнительной, высоконапорной (0.20...0.78 МПа) струей воздуха, истекающей из сопла диаметром 3.0...3.5 мм, установленного за вентилятором так, что струя направлялась аксиально, по траектории основного потока.
Наилучшие результаты достигнуты при истечении струи напором 0.2 МПа из сопла диаметром 25 мм. Температура цилиндров снижается на 20...22 °С, головок - на 23...25 °С. При этом: разность температуры, между секциями ЦПГ не превысила 4 °С; коэффициент теплоотдачи увеличился на 19,2%; за-