Содержание к диссертации
Введение
ГЛАЗА I. АНАЛИЗ СОСТНОШЕНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ 18
1.1. Обзор и анализ работ других авторов 18
I. 1. 1. Впускные трубопроводы и каналы 18
1.1.2. Причины износа впускных клапанов и их седел
1.1.3. Двухфазный поток во впускных трубопроводах ДВС 23
1. 1.4. Пленочные течения , 30
1.2. Обоснование избранной тематики и характеристика объектов исследования 34
ГЛАВА 2. ГИДРОДИНАМИКА ОДНОФАЗНОГО ПОТОКА 44
2.1. Кинематика потока во впускном коллекторе.. 44
2.2. Профилирование впускного патрубка 56
2.3. Геометрическое профилирование каналовых поверхностей 62
2.4. Выводы 77
ГЛАВА 3. ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ ДИСКРЕТНОЙ ФАЗЫ ВО ВПУСКНОМ КОЛЛЕКТОРЕ 79
3.1. Участок прямой трубы 86
3.2. Влияние местных сопротивлений на процесс диффузии 106
3.3. Диффузия на участке с отверстиями ИЗ
3.4. Выводы 122
ГЛАВА 4. ПЛЕНОЧНОЕ ТЕЧЕНИЕ 125
4.1. Ламинарное движение пленки по наклонной стенке под действием касательных напряжений и силы тяжести 125
4.2. Волновой режим пленочного течения при наличии теплообмена 133
4.3. Управление потоком жидкой фазы 142
4.4. Влияние конструктивных элементов, управляющих жидкой фазой, на гидродинамику воздушного потока. Другие сопутствующие факторы.. 146
4.5. Выводы 149
ГЛАВА 5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОВЕДЁННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 151
5.1. Экономическая эффективность уменьшения гидравлических сопротивлений 151
5.2. Эффективность вследствии равномерного распределения жидкой фазы по цилиндрам и впускным каналам 152
5.3. Эффективность, достигаемая за счет закрутки и турбулизации потока 157
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 160
ЛИТЕРАТУРА 163
ПРИЛОЖЕНИЯ 164
- Обзор и анализ работ других авторов
- Кинематика потока во впускном коллекторе..
- Участок прямой трубы
- Ламинарное движение пленки по наклонной стенке под действием касательных напряжений и силы тяжести
- Экономическая эффективность уменьшения гидравлических сопротивлений
Обзор и анализ работ других авторов
Проблема воздухоснабжения ДВС продолжает привлекать большое количество исследователей ввиду ее большого практического значения. От того, насколько хорошо организовано воз-духоснабжение, в значительной мере зависят такие важные показатели, как мощность, токсичность и экономичность двигателя. Большой вклад в развитие теории газообмена в поршневых двигателях внутреннего сгорания внесли такие ученые, как Васильев-Южин P.M., Грудский Ю.Г., Драганов Б.Х., Дьяченко В.Г., Егоров Я.А., Ивин В.И., Круглов М.Г., Мунштуков Д.А., Никитин Е.А., Симеон А.Э., Эфрос В.В. и многие другие.
В настоящее время проектирование газовоздушного тракта в целом осуществляют в одномерной постановке, поскольку расчет в двух- и трехмерной постановке представляет значительные трудности и не во всех случаях является целесообразным и возможным для всего тракта. Однако при конструировании отдельных участков, создающих значительную долю гидродинамических потерь, необходимо привлекать двух- и трехмерные теории. В связи с этим возникают трудности в задании граничных условий /87/. Граничные условия в основном определяются коэффициентами сопротивлений, которые определяют по справочникам [ 60/. В связи с этим существует много высказываний о том, правильно ли подставлять коэффициенты сопротивлений, полученные в результате стационарных продувок, в дифференциальные уравнения, описывающие нестационарное движение потока в газовоздуш-ном тракте двигателя. Егоров Я.А. [ 47 _/, решая численными методами систему уравнений для определения параметров газа в цилиндре при нестационарном истечении, пришел к выводу, что расчетные и опытные данные хорошо совпадают, в то время как результаты расчетов по уравнениям установившегося движения существенно отличаются от экспериментальных. Рассмотрен вопрос о границе применимости квазистационарных методов расчета параметров газа в системах выпуска в работе flOIJ, В настоящее время и у нас, и за рубежом в основном проводят расчеты и эксперименты в квазистационарной постановке /"118, 133 и др./.
Козлов Л.Ф., Никитина Г.Д. /"76 J пришли к выводу, что при колебаниях жидкости квазистационарная модель может использоваться при весьма низких частотах, когда профиль скорости имеет параболическую форму и в предположении постоянства расхода жидкости через разные поперечные сечения трубы.
После того, как газовоздушный тракт в целом спроектирован, начинаются доводочные исследования отдельных узлов /"19, 137 и др./. При этом иногда удается добиться значительного уменьшения сопротивления тракта.
Гидравлические потери имеют неодинаковую величину на различных участках тракта. И при доводке стараются в первую очередь уменьшить сопротивление тех участков, где потери больше, а такяе тех участков, где потери проще уменьшить.
Кинематика потока во впускном коллекторе
Наличие коллектора оказывает существенное влияние на поток: во впускных каналах, и вследствие этого - на величину потерь энергии в процессе впуска. Структура потока в коллекторе влияет также на распределение жидкой фазы по впускным каналам. Поэтому изучение течения свежею заряда в коллекторе и, в особенности, вблизи входных патрубков каналов, представляет несомненный интерес. Ниже анализируется возможность аналитического описания структуры потока на примере впускного коллектора 8-ми цилиндрового дизельного двигателя внутреннего сгорания ЧН 30/38. К каждому цилиндру двигателя подходят два впускных канала.
Поперечное сечение впускного коллектора имеет форму, близкую к прямоугольной /рис. 2.I.I/. С некоторым приближением воздушный поток в таком канале можно рассматривать плоским, а его структуру вне пограничного слоя считать /среднестатистически/ близкой к структуре потенциального течения, о чем уже говорилось в п. 1.2. Как известно, пограничный слой незначительно влияет на гидродинамику течения у поверхностей с малой аэродинамической кривизной [ВЪ , 147J, т.е. тех поверхностей, у которых не возникают предотрывные и отрывные явления. Данное утверждение имеет место при исследовании течений у тел и каналов удобообтекаемого профиля на сравнительно коротких участках потока.
Участок прямой трубы
Как уже указывалось ранее, явление оседания жидкой фазы на стенки впускного тракта началось изучаться в связи с повышенным и неравномерным износом фасок и седел впускных клапанов /рис.0.1/ Для проверки предположения о влиянии масла, находящегося в составе наддувочного воздуха, на износ фасок и седел впускных клапанов двигателя ЧН 30/38 были проведены экспериментатгьные исследования на модели впускного коллектора с целью установления ведущих Факторов процесса.
Общий вид модели впускного коллектора приведен. Интенсивность окраски бумаги, расположенной под впускными клапанами, приведена /Было проведено 14 продувок, в которых изменялись различные параметры двухфазного потока. В этих экспериментах установлено, что с увеличением размера капель аэрозоля в большей мере проявляются силы инерции и траектории капель сильнее отклоняются от потока воздуха. Радиус кривизни траекторий капель увеличивается и их больше попадает во вторые каналы. С увеличением размера капель жидкой фазы увеличивается степень неравномерности ее распределения по каналам. Такой вывод согласуется с данными, приведенными в работах по теории влажнопа-ровых турбин.
Ламинарное движение пленки по наклонной стенке под действием касательных напряжений и силы тяжести
Ввиду малой относительной толщины пленки по сравнению с эквивалентным диаметром трубопровода любой небольшой участок пленочного течения во впускном трубопроводе можно рассматривать как плоский. Поэтому для получения необходимых характеристик потока достаточно исследовать плоское течение пленки по наклонной плоскости с углом наклона fi к горизонту /рис. 4.I.I/. Толщину пленки обозначим через h . Свободная поверхность пленки находится в контакте с воздушным потоком, действие которого на пленку учитывается только с помощью касательного напряжения % .
Поскольку поток во впускном трубопроводе пульсирующий, касательное напряжение также будет изменяться со временем. Ввиду малой толщины пленки инерционные члены будут играть небольшую роль по сравнению с вязкими, и поэтому задачу можно считать квазистационарной, а , рассматривать как параметр.
Будем считать течение слоистым, зависящим только от поперечной координаты у .
Экономическая эффективность уменьшения гидравлических сопротивлений
Рекомендации по уменьшению гидравлических сопротивлений внедрены на трех типах двигателей ПО "Коломенский завод". Расчет экономической эффективности от внедрения спрофилированного впускного патрубка и канала выполнен сошіестно с представителями завода. "Акт о .внедрении приведен в приложении 3.
Расчет экономической эффективности уменьшения гидравлических сопротивлений в результате профилирования впускного патрубка и канала проводился на основе документов:
1. Д42.552. Анализ основных параметров дизелей 30/38. Отчет ОГКМ Коломенского Тепловозостроительного завода. 1974г.
2. Протокол испытаний № 3-8/28 для Ї-ЗДР42.528.
3.Отраслевая инструкция по определению экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений дизелестроения. Ленинград, ЦНИДИ, 1980,-75 с.
Так, в отчете ОГКМ отмечено, что между расходом воздуха и расходом топлива существует линейная зависимость, если изменение расхода воздуха находится в пределах 10%.
По данным протокола № 3-8/28, при увеличении диаметров впускных клапанов с 87,5 мм до 98 мм проходные сечения увеличились на 25%. Расход воздуха увеличился при этом на 2%, а удельный расход топлива уменьшился на 3 г/л.с. чг (4,08 г/кВт.ч).
В результате профилирования впускного патрубка и канала коэффициент расхода участка впускной коллектор - цилиндр увеличился на 9,5%.
