Разработка и экспериментальная проверка метода расчета локальных периодических тепловых нагрузок в поршневых двигателях

• Автор: Федоров, Вадим Анатольевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с.

Список условных обозначений

1. Методы исследования локального периодического теплообмена в поршневых двигателях

1.1. Роль и значение моделирования процессов теплообмена при

доводке существующих и проектировании поршневых двигателей

1.2. Математическое моделирование процессов локального теплообмена на основе теории пограничного слоя

1.2.1. Методы моделирования конвективного теплообмена

1.2.2. Методы моделирования радиационного теплообмена

1.3. Задание граничных условий теплообмена при определении

теплового состояния деталей поршневого двигателя

1.4. Экспериментальные методы исследования локального нестационарного теплообмена в поршневых двигателях

1.4.1. Оптические методы исследования

1.4.2. Экспериментальные методы исследования сложного
теплообмена
1.4.3. Экспериментальные методы исследования лучистого теплообмена
1.5. Особенности процесса периодического теплообмена в цилиндрах поршневых двигателей
1.6. Выводы к главе 1. Постановка цели и задач исследования
2. Математическое моделирование процессов периодических тепловых воздействий на детали камеры сгорания поршневого двигателя

2.1. Разработка алгоритма и программы расчёта локального нестационарного теплообмена в поршневых двигателях
2.1.1. Определение теплофизических свойств рабочего тела
2.1.2. Расчёт процесса тепловыделения в камере сгорания дизеля
2.1.3. Рабочее тело как излучающая и поглощающая тепло
вую энергию среда
2.1.4. Математическая модель сложного теплообмена в камере сгорания дизеля
2.1.5. Определение скорости перетекания в полуразделённой камере сгорания
2.1.6. Обобщённое интегральное соотношение гидродинамического пограничного слоя
2.1.7. Обобщённое интегральное соотношение теплового пограничного слоя
2.2. Исследование взаимосвязи между процессами тепловыделения и теплообмена в камере сгорания поршневых двигателей
2.3. Выводы к главе
3. Исследование фазовых сдвигов между тепловым потоком и разностью температур рабочего тела и поверхности в периодических
процессах теплообмена в поршневых двигателях
3.1. Моделирование фазовых сдвигов при сжатии-расширении в
случае малых амплитуд колебаний параметров рабочего тела
в цилиндрах поршневых двигателей
3.1.1. Использование метода разделения переменных Фурье. Однородные граничные условия
3.1.2. Использование метода разделения переменных Фурье. Неоднородные граничные условия

3.1.3. Использование метода интегрального преобразования Лапласа
3.1.4. Сравнение решений уравнения энергии в случае действительного и комплексного представлений изменения давления в цилиндре
3.1.5. Решение уравнения энергии для пограничного слоя
3.2. Моделирование фазовых сдвигов в случае произвольных изменений параметров рабочего тела в цилиндрах поршневых двигателей
3.3. Использование комплексных значений коэффициента теплоотдачи в практике расчётов периодического теплообмена в камерах сгорания поршневых двигателей
3.4. Влияние частоты процесса и рода рабочего тела на величину фазового сдвига
3.5. Выводы к главе
4. Экспериментальное исследование нестационарного локального теплообмена в поршневых двигателях
4.1. Описание экспериментальной установки, метода и точности измерений
4.2. Особенности обработки экспериментальных данных по локальному теплообмену в поршневых двигателях
4.3. Результаты расчётно-экспериментальных исследований
4.3.1. Исследование процессов периодического теплообмена
в цилиндрах поршневых машин
4.3.2. Исследование локальных нестационарных тепловых нагрузок в камере сгорания быстроходного дизеля
4.4. Выводы к главе
Общие выводы по диссертационной работе
Список литературы

1.6. Выводы по главе 1. Постановка цели и задач исследования
Выполненный анализ опубликованных работ, посвящённых теоретическому и экспериментальному изучению процессов теплообмена в цилиндрах поршневых двигателей, позволяет судить о неуклонном увеличении за последние десятилетия внимания исследователей к данному вопросу в теории ДВС.
Важность процессов переноса тепла в КС складывается, во-первых, из их непосредственного влияния на качество протекания рабочего процесса и, следовательно, на технико-экономические и экологические показатели двигателя. Во-вторых, теплообмен между рабочим телом и поверхностями стенок КС обусловливает теплонапряжённость деталей ЦПГ, а значит, их надёжность, ресурс, условия охлаждения и допустимые пределы форсирования двигателя.
Основным источником информации об особенностях внутрицилиндро-вого радиационно-конвективного теплообмена до настоящего времени остаётся непосредственный эксперимент на натурных объектах и специальных моделирующих установках.
Исследование закономерностей и раскрытие физической сущности процессов теплообмена в КС ДВС позволяют построить достоверные математические модели, освоение и внедрение в конструкторскую практику которых реально сокращает сроки проектирования и доводки поршневых двигателей.
Однако, несмотря на крупные достижения последнего времени, связанные с исследованиями гидродинамической обстановки в цилиндре, с углублением представлений о механизмах конвективного и радиационного переносов теплоты, развитием теорий горения и пограничного слоя применительно к КС, существует ряд недостатков в методах исследования, и наблюдается отсутствие единства взглядов и суждений о физической сущности и определяющих факторах процессов теплообмена в поршневых двигателях.
Так, до сих пор при определении тепловых нагрузок в КС двигателя находит широкое применение принцип аддитивности, хотя доказано, что мгновенные значения плотности теплового потока, вычисленные в предположении