Введение к работе
Актуальность проблемы. Снижение уровня тепловой напряженности деталей двигателей с воздушным охлаждением (ДВО), находящихся в непосредственном соприкосновении с горячими газами, представляет одну из важных, трудноразрешимых проблем. Реальная близость верхнего уровня температуры цилиндров, поршней и головок цилиндров к предельным значениям сдерживает дальнейшее форсирование ДВО и отрицательно сказывается на показателях надежности в условиях жаркого климата. Не меньшее значение имеет снижение неравномерности распределения тепловых потоков по поверхностям перечисленных деталей, вызывающей различные по величине термические деформации, износы и прочие дефекты.
Несмотря на это ДВО продолжают успешно применяться, хотя их относительное количество в общем выпуске двигателей внутреннего сгорания (ДВС) уменьшилось. Однако, органические эксплуатационные преимущества этих двигателей будут и далее побуждать разработчиков и производителей к дальнейшему совершенствованию дизелей этого типа.
Проблема достижения высокого технического уровня дизелей с воздушным охлаждением заключается не только в совершенствовании конструкции и технологии производства, но и в уточнении и дополнении известных теоретических положений. Прогресс в теории газовой динамики и процессов теплопереноса позволяет отказаться от эмпирических и полуэмпирических, а порой и ошибочных положений и выдвигает на передний план создание методов расчета систем охлаждения с позиций эффективного использования теплоты сгорания топлива.
Настоящая диссертационная работа посвящается решению проблем, которые способствуют повышению эффективности систем охлаждения ДВО, что делает эту задачу актуальной.
Цель исследования - повышение эффективности работы систем воздушного охлаждения дизелей.
Объекты исследования - дизели с воздушным охлаждением.
Научную новизну представляют:
метод формализации теплоотдачи в виде симметричных пульсаций интенсивности теплообмена между стенками и рабочей средой в любой фазе термодинамического цикла;
метод анализа влияния кинематики и динамики движения воздушного потока в межреберных каналах цилиндров на теплоотдачу;
математическая модель движения воздушного потока в межреберных каналах головки цилиндров;
усовершенствованная методика определения конструктивных параметров камеры сгорания и системы охлаждения дизеля для обеспечения желаемого характера протекания рабочего процесса и теплопередачи;
- формализованная схема анализа параметров движения воздушного потока
на трассе от вентилятора до входа в межреберные каналы цилиндров и их головок
на теплопередачу;
закономерности изменения тешюфизических свойств воздушного потока при его движении в системе воздушного охлаждения дизелей.
Практическая ценность работы:
в определении оптимального отношения І/h, обеспечивающего повышен числа Нуссельта (Nu) более чем в два раз, соответственно, улучшение эффективь сти теплообмена на границе «стенка- охлаждающая среда(воздух)»;
метод оценки эффективности теплопередачи, обеспечивающий объективш прогноз технического уровня систем охлаждения на стадии проектирования ди: лей;
рекомендации по совершенствованию конструкций систем воздушного с лаждения дизелей;
опытные образцы с эффективными системами воздушного охлаждения ди: лей.
На защиту выносятся следующие результаты и основные положения работ
обобщенный метод анализа теплопередачи от рабочего тела в стенки дет лей, образующих камеру сгорания, учитывающий влияние их теплофизическ свойств и толщины на осредненный коэффициент теплоотдачи, позволяющий обх диться без традиционного теплообменного эксперимента;
формализованная схема анализа параметров движения воздуха на трассе вентилятора до входа в межреберные каналы цилиндров и их головок, с выделен ем, с учетом турбулентности, факторов, влияющие на динамику движения воздуха теплообмен,;
математическое описание движения потока в межреберных каналах голов цилиндров и теплообмен с охлаждающей средой, схематизация течения идеально газа в призматическом канале, образованном симметрично расположенными pe6f ми соседствующих головок;
математическая модель движения потока в межреберных каналах цилиндр и теплообмен с охлаждающей средой, которое допустимо рассматривать как дви» ние идеального газа в призматических каналах в полярной системе координат лиі в случае, когда параметры ребер по всему периметру окружности неизменны, и ь ждый из них снабжено дефлектором; во всех других случаях схематизация пото должна производиться применительно к отдельным (характерным) участкам трак-но с учетом приоритета сопротивления в минимальном проходном сечении;
осевой вентилятор с заданным продольным профилем в форме соплового а парата, состоящего из конфузора в направляющем аппарате, переходящего в дифф зор в нагнетательном участке. Цель - устранение обратных токов и вредного влг ния втулочного характера движения потока воздуха в подкожухном пространстве;
- система воздушно-масляного охлаждения, обеспечивающая нормальн
функционирование дизелей 4410.5/12.0 форсированных по среднему эффективно!
давлению до 1.6 МПа.
Реализация работы. Основные теоретические положения и методолог оценки эффективности теплопередачи и разработанные в ходе исследований зі менты конструктивных решений системы воздушного охлаждения дизелей переданы в ГСКБ по дизелям малого литража ОАО «Владимирский моторо - тр< торный завод» (ВМТЗ) для производственного использования.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доклад вались и получили одобрение на международных научно - технических конфере циях Владимирского государственного университета и Санкт-Петербургского <
рарного университета в 1989г., 1992г., 1993г., 1997г., 2008-2009 г.г., а также на ежегодных научных конференциях ТАУ 1978 - 2009г.г.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 27 научных статьях и 1 монографии, общим объемом более 20 п. л.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка и приложений, изложенных на 392 стр. машинописного текста. Оно включает в себя: - 326 учетных стр. текста; - 187 рисунков; - 6 таблиц; - 224 наименования использованных литературных источников, в том числе - 45 на английском, немецком и др. языках; - 8 приложений (47 таблиц и 29 рисунков).
