Разработка методики расчета согласованных температурных полей деталей цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания

• Автор: Майоров, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Используемые обозначения ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В СОПРЯЖЕНИИ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРО - ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ
1Л Существующие математические модели определения температурных полей элементов щшиндро - поршневой группы
1.2 Анализ работ, посвященных исследованиям теплопередачи в уплотнительном поясе поршня

1.3 Цель диссертационной работы и задачи исследования.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕНА В ОБЛАСТИ УПЛОТНИТЕЛЬНОГО ПОЯСА ПОРШНЯ

2.1. Условия теплообмена в уплотнительном поясе поршня

2.1.1. Постановка задачи

2.1.2. Определение давлений в заколечных объемах

2.1.3. Определение толщины масляной пленки на рабочей поверхности поршневого кольца
2.1.4. Определение граничных условий теплообмена в зоне уплотнительного пояса поршня
2.2. Разработка математической модели теплообмена в сопряжении поршень - поршневые кольца - цилиндр
3. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА СОГЛАСОВАННЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПОРШНЯ И ГИЛЬЗЫ.
3.1. Создание конечно-элементных моделей (КЭМ) деталей.
3.2. Расчет рабочего процесса, определение граничных условий теплообмена со стороны рабочего тела.
3.3. Предварительная оценка граничных условий для первоначального расчета температурного поля поршня без учета тепловыделения при трении.

3.4. Предварительный расчет теплового поля поршня.
3.5. Расчет толщины масляного слоя между рабочими
поверхностями колец и гильзы, определение коэффициентов теплоотдачи.
3.6. Уточнение граничных условий по гильзе.
3.7. Расчет ТНДС гильзы
3.8. Уточнение толщины масляного слоя.
3.9. Уточнение граничных условий по поршню.
3.10. Расчет ТНДС поршня.
3.11. Сравнение расчетных температур.
3.12. Определение ГУ с учетом тепловыделения при трении.
3.13. Расчет ТНДС гильзы с учетом тепловыделения при
трении.
3.14. Определение толщины и коэффициентов теплоотдачи
масляного слоя.
3.15. Определение ГУ для расчета ТНДС поршня с учетом
теплоты трения.
3.16. Расчет теплового состояния поршня.
3.17. Сравнение результирующих температур и вывод
результатов.
4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ, ДАННЫЕ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ
4.1. Результаты расчета параметров теплообмена в зоне
поршневых колец.
4.2. Сравнительная оценка результатов расчетных и
экспериментальных исследований температурного состояния деталей ЦПГ.
Общие выводы 9з
Приложения
Список литературы ^

Используемые обозначения
ЦПГ - цилиндро - поршневая группа
ГУ - граничные условия
ДВС - двигатель внутреннего сгорания
ВМТ - верхняя мертвая точка
НМТ - нижняя мертвая точка
УПКВ - угол поворота коленчатого вала
МКЭ - метод конечных элементов
МКР - метод конечных разностей
ЯМЗ - Ярославский моторный завод
КС - камера сгорания
мкм-микрометр
р - динамическая вязкость масла
X - теплопроводность
ct-коэффициент теплоотдачи
амс -коэффициент теплоотдачи масляного слоя
$мс" толщина масляного слоя
f-коэффициент трения
Р - давление
q- удельный тепловой поток Q - объемный тепловой поток FTP - сила трения V - скорость движения детали Vh - рабочий объем s - степень сжатия Т - температура D-диаметр
п- частота вращения коленчатого вала т- касательные напряжения t - время
N- внешняя нагрузка

Информация о граничных условиях теплообмена в уплотнительном поясе поршня, содержащаяся в источниках [17, 31, 33, 71, 103], также как и в рассмотренных выше работах, носит противоречивый характер, результаты отличаются друг от друга. По данным [71] коэффициент контактной теплоотдачи 1-го кольца в ВМТ 27500, на половине хода поршня 1070 и в НМТ 1030 ккал/м ч°С. Удельный результирующий средний за цикл тепловой поток, оцененный по перепаду стационарных температур, составил #=108.8 ккал/ч при измерении температуры в кольце, и #=118 ккал/ч при гармоническом анализе температурных колебаний. В [17] при расчете теплового поля поршня приводятся следующие значения а для поршневых колец: а^ЗбООО и выше, а2=17500-^-53000, а3=35(Н-930 Вт/м2К (см. рис. 1.17)
П.А.Лощаков в работе [31] определяет коэффициент теплоотдачи поршневого кольца порядка 8000-10000 Вт/м2К. В работе [33], посвященной расчетному и экспериментальному исследованию теплового состояния поршней на базе двигателя ЯМЗ 12ЧН 14/14 приведены граничные условия применительно к поршням (рис. 1.19).
Таблица 2.
Граничные условия
Рис. 1.19. Схема расположения участков поверхности поршня ЯМЗ 12ЧН14/
№участка Вт/м2К Т,С

10 100
11 3250
12 10000
13 1500
14 600
15 15000
16 1500
17 2000