Газодинамика и локальная теплоотдача во впускной системе поршневого ДВС

• Автор: Плотников, Леонид Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.14, 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 185 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Состояние проблемы и постановка задач исследования.

1.1. Основные элементы впускных систем поршневых ДВС.

1.2. Газодинамика течения во впускных каналах и методы исследования процесса впуска в поршневых ДВС

1.3. Характеристики теплообменных процессов во впускной системе поршневого ДВС.

1.4. Выводы и постановка задач исследования

2. Описание экспериментальной установки и методов измерения.

2.1. Экспериментальная установка для исследования процесса впуска в поршневом ДВС

2.2. Измерение частоты вращения и угла поворота коленчатого вала

2.3. Измерение мгновенного расхода всасываемого воздуха
2.4. Система для измерения мгновенных коэффициентов теплоотдачи
2.5. Система сбора данных
3. Газодинамика и расходные характеристики процесса впуска в двигателе внутреннего сгорания при различных конфигурациях впускной системы
3.1. Газодинамика процесса впуска без учета влияния фильтрующего элемента.
3.2. Влияние фильтрующего элемента на газодинамику процесса впуска при различных конфигурациях впускной системы.
3.3. Расходные характеристики и спектральный анализ процесса впуска при различных конфигурациях впускной системы с разными фильтрующими
элементами
4. Теплоотдача во впускном канале поршневого двигателя внутреннего сгорания
4.1. Тарировка измерительной системы для определения локального коэффициента теплоотдачи
4.2. Локальный коэффициент теплоотдачи во впускном канале двигателя внутреннего сгорания при стационарном режиме
4.3. Мгновенный локальный коэффициент теплоотдачи во впускном канале двигателя внутреннего сгорания.
4.4. Влияние конфигурации впускной системы двигателя внутреннего сгорания на мгновенный локальный коэффициент теплоотдачи
5. Вопросы практического применения результатов работы.
5.1. Конструктивное и технологическое исполнение
5.2. Энерго и ресурсосбережение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


К первой группе относятся теоретический анализ процессов во впускной системе, в том числе и их численное моделирование. Ко второй группе отнесем все способы экспериментального изучения процесса впуска. Выбор методов исследования, оценки и доводки впускных систем определяется поставленными целями, а также имеющимися материальными, экспериментальными и расчетными возможностями. До настоящего времени нет аналитических методов, позволяющих достаточно точно оценить уровень интенсивности движения газа в камере сгорания, а также решить частные задачи, связанные с описанием движения во впускном тракте и истечения газа из клапанной щели в реальном неу становившемся процессе. Это связано с трудностями описания трехмерного течения 1-азов по криволинейным каналам с внезапными препятствиями, сложной пространственной структурой потока, со струйным истечением газа через щель клапана и частично заполненное пространство цилиндра переменного объема, взаимодействием потоков между собой, со стенками цилиндра и подвижным днищем поршня. Известно [9,], что в канале возникают неустойчивые зоны перехода потока из ламинарного в турбулентный режим течения, области отрыва пограничного слоя. Структура потока характеризуется переменным по времени и месту числами Рейнольдса, уровнем нестационарности, интенсивностью и масштабом турбулентности [9,]. Численному моделированию движения воздушного заряда на впуске посвящено много разнонаправленных работ [-]. В них производят моделирование вихревого впускного потока ДВС при открытом впускном клапане, расчет трехмерного потока во впускных каналах головки цилиндра, моделирование потока во впускном окне и цилиндре двигателя, анализ влияния прямоточных и закрученных потоков на процесс смесеобразования и расчетные исследования влияния закручивания заряда в цилиндре дизеля на величину выбросов оксидов азота и индикаторные показатели цикла. Однако только в некоторых из работ численное моделирование подтверждается экспериментальными данным. А исключительно по теоретическим исследованиям сложно судить о достоверности и степени применимости полученных данных. Также стоит подчеркнуть, что почти все численные методы, главным образом, направлены на исследование процессов в уже существующей конструкции впускной системы ДВС на устранение ее недостатков, а не на разработку новых, эффективных конструктивных решений. Параллельно применяются и классические аналитические методы расчета рабочего процесса в двигателе и отдельно процессов газообмена в нем [2,4,-]. Однако в расчетах течения газа во впускных и выпускных клапанах и каналах в основном применяют уравнения одномерного стационарного течения, принимая течение квазистационарным. Методы расчета газообмена и основных газодинамических показателей процесса впуска в более сложной постановке развиваются в работах [9,,]. Однако и они также дают только общие сведения об обсуждаемых процессах, не формируют достаточно полного представления о газодинамических и теплообменных показателях, поскольку они основаны на статистических данных, полученных при математическом моделировании и/или статических продувках впускного тракта ДВС и на методах численного моделирования. Наиболее точные и достоверные данные по процессу впуска в поршневых ДВС можно получить при исследовании на реальных работающих двигателях. К первым же исследованиям движения заряда в цилиндре двигателя на режиме провертывания вала можно отнести классические опыты Рикардо и Засса. Риккардо установил в камеру сгорания крыльчатку и регистрировал ее частоту вращения при провертывании вала двигателя. Анемометр фиксировал среднее значение скорости газа за один цикл. Рикардо ввел понятие «вихревое отношение», соответствующее отношению частот вращения крыльчатки, замерявшей вращение вихря, и коленчатого вала. Засс установил пластинку в открытой камере сгорания и регистрировал воздействие на нее потока воздуха. Существуют другие способы использования пластин, связанных с тензо- , емкостными или индуктивными датчиками. Однако установка пластинок деформирует вращающийся поток, что и является недостатком подобных методов.