Анализ и прогнозирование параметров рабочих процессов в поршневых расширительных и компрессорных машинах

• Автор: Григорьев, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.04.03, 05.04.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 308 с. : ил.

• УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

* ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ РАБОТ ПОСВЯЩЕННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНАХ ОБЪЁМНОГО ДЕЙСТВИЯ.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Математическое моделирование процессов, происходящих в рабочих камерах поршневых машин объёмного действия (МОД)

1.2. Моделирование работы самодействующих клапанов

ф 1.2.1. Общие замечания

1.2.2. Анализ методов моделирования движения консольно закрепленных

пластин самодействующих клапанов

1.3. Выводы. Цели и задачи исследований

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В КАМЕРАХ МАШИН ОБЪЁМНОГО ДЕЙСТВИЯ И РАБОТЫ ПРЯМОТОЧНЫХ И ЛЕПЕСТКОВЫХ КЛАПАНОВ
2.1. Составление системы дифференциальных уравнений, описывающих
Ф нестационарное течение вязкого газа
2.1.1. Общие замечания
2.1.2. Уравнения ламинарного течения вязкого газа
2.1.3. Уравнения турбулентного течения вязкого газа
2.2. Постановка задачи течения газа в рабочей камере МОД
2.2.1 Вывод уравнений, описывающих течение газа в камере
переменного объёма
* 2.2.2. Определение локальных параметров конвективного теплообмена
^ газа со стенками рабочей камеры МОД

2.2.3. Начальные и граничные условия задачи течения газа в рабочей
камере МОД
# 2.3. Составление математических моделей работы прямоточных и
* лепестковых клапанов
2.3.1. Общие замечания
2.3.2. Математическая модель работы прямоточного клапана
2.3.3. Математическая модель работы лепесткового клапана
3. КОНЕЧНО-РАЗНОСТНЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В РАБОЧЕЙ КАМЕРЕ МОД
3.1. Общие замечания о возможных методах решения задач газовой
динамики
•’ 3.2. Дискретизация частных производных
3.3. Дискретизация уравнений, описывающих течение газа в РК МОД
3.4. О методе решения задачи течения газа в рабочей камере МОД
* 3.5. Сходимость и точность разностных схем. Обоснование выбора
величины шагов расчета по пространству и времени
3.6. Дискретизация уравнений, описывающих работу прямоточного
клапана
® 3.7. Дискретизация уравнений, описывающих работу лепесткового
клапана
4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ТЕЧЕНИЯ
ГАЗА В РАБОЧЕЙ КАМЕРЕ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА
4.1. Влияние остаточных вихревых явлений процесса всасывания
на течение газа по пространству рабочей камеры ступени ПК
4.2. Влияние остаточных вихревых явлений процесса всасывания на
® теплообмен в рабочей камере ПК
4.3. Расчет нестационарного поля температур осесимметричного
течения газа в рабочей камере ПК
4.4. О влиянии движения поршня на изменение давления газа
по пространству рабочей камеры
4.5. Теплообмен и температурные поля в рабочих камерах различных ступеней многоступенчатого ПК
5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ТЕЧЕНИЯ
ГАЗА В ПОЛОСТЯХ ПОРШНЕВОГО ДЕТАНДЕРА
5.1. Нестационарные локальные коэффициенты теплоотдачи и
тепловые потоки на поверхностях ПД
5.2. Температурное поле в рабочей камере детандерной ступени
5.3. Влияние геометрических размеров рабочей камеры ПД
на параметры течения газа
5.4 Влияние начала закрытия впускных клапанов (окон)
на параметры работы ПД
5.5. О теплообмене и течении газа в выхлопной камере ПД
5.6. Проверка математической модели на адекватность
5.6.1. Экспериментальная проверка математической модели
на адекватность
5.6.2. Сравнение результатов расчета с данными, имеющимися
в публикациях
6. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ ПРЯМОТОЧНЫХ КЛАПАНОВ
6.1. О кинематике движения пластин прямоточных клапанов
6.2. Определение мгновенных напряжений в различных сечениях пластины прямоточного клапана и влияние ее геометрических
размеров на величину напряжений
2.3. СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РАБОТЫ ПРЯМОТОЧНЫХ И ЛЕПЕСТКОВЫХ КЛАПАНОВ.
2.3.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ.
Прямоточные клапаны, благодаря своей простоте, надежности и высокой эффективности широко используются в поршневых компрессорах общего и специального назначения.
Лепестковые клапаны широко применяются при комплектовании высокооборотных малорасходных поршневых компрессорных и расширительных машин малой мощности. В частности, они используются в ступенях низкого давления поршневых компрессоров специального назначения, в бытовых холодильниках и других случаях. Это объясняется простотой конструкции клапана, отработанной технологией его изготовления, а также (что особенно важно для небольших холодильных машин с большой степенью сжатия), они имеют высокую плотность в закрытом состоянии, малое мертвое пространство и низкий уровень шума.
Надежность и долговечность работы поршневых машин во многом зависит от надежности и долговечности работы запирающих пластин клапана, многократно воспринимающих значительные инерционные, аэродинамические и ударные нагрузки. В материале пластины под действием этих нагрузок происходят необратимые механические изменения даже в тех случаях, когда максимальные макроскопические напряжения не превышают предела упругости материала пластин. Большое число циклов работы запирающей пластины клапана приводит к накоплению необратимых механических изменений, которые в итоге вызывают усталостное разрушение пластины.
В теории усталостного разрушения характеристикой материала являются кривые усталости (кривые Велера) [87]. Ординатами кривой Велера являются напряжения, вызывающие разрушение материала при определенном числе циклов с той или иной степенью вероятности (обычно равной 0.5). Такие