УДОСКОНАЛЕННЯ ЕМПІРИЧНОЇ МОДЕЛІ ГРАНИЧНИХ УМОВ ТЕПЛООБМІНУ ПОРШНЯ ШВИДКОХІДНОГО ДИЗЕЛЯ
DOI:
https://doi.org/10.20998/0419-8719.2024.2.01Ключові слова:
поршень дизеля, температурний стан, граничні умови теплообміну, емпірична модель, охолодження поршня оливою, обробка експериментальних даних, режимні факториАнотація
Рівень притаманної поршням температури є фактором, який у значній мірі впливає на їх надійність. Тому в дослідницькій діяльності та під час проєктування існує потреба в моделюванні температурного стану поршня з достатньою точністю і мінімальними затратами ресурсів і часу. Розглянуто принципові підходи до визначення граничних умов задачі теплопровідності поршня на основі критерійних рівнянь, математичних моделей високого рівня і емпіричних моделей. Через простоту і зручність використання на практиці розповсюдження набули останні, їх придатність до використання обмежується певною сукупністю режимів роботи одного чи близьких за конструкцією двигунів. Для добре дослідженого дизеля 4ЧН12/14 на базі даних чотирьох серій експериментальних випробувань в роботі здійснено удосконалення існуючих емпіричних моделей граничних умов, придатних для ідентифікації температурного стану поршня лише в межах окремих серій. Виконано обробку сукупності даних щодо виміряних температур в контрольних зонах поршня і знайдено лінійні апроксимуючі функції, що задовільно описують вплив потужності дизеля на зазначені температури. Запропонована модель граничних умов для сукупності вісімнадцяти окремих областей на поверхнях поршня, що враховує залежність його температурного стану від ефективної потужності ДВЗ, кута випередження впорскування палива і умов охолодження поршня оливою. Вплив шару теплоізоляції на вогневому денці поршнів на умови теплообміну було враховано шляхом введення в граничні умови додаткового термічного опору. Ця модель дозволила отримати шляхом математичного моделювання температурне поля поршня, що узгоджується з результатами усіх серій експериментів в контрольних зонах периферії, кромки камери згоряння поршня, зони канавки першого поршневого кільця, на поверхні охолодження під денцем камери згоряння та на спідниці поршня. Продемонстровано роль повільної зміни температури оливи і охолоджуючої рідини при переході ДВЗ з одного режиму роботи на інший на температурний стан поршня. При аналізі впливу перехідних процесів навантаження дизеля рекомендовано враховувати температуру оливи з будь-якого попереднього режиму роботи.
Посилання
Алехин С. А. Анализ температурного состояния корпусов составных поршней двухтактных дизелей специального назначения / С. А. Алехин, С. В. Лыков, В. А. Пылёв // Двигатели внутреннего сгорания. – 2013. – №1. – С. 33-36.
Piston damage – recognizing and rectifying / ed. by: Motorservice, Technical Market Support // MS Motorservice International GmbH. – 50 003 973-02 – EN – 07/15 (012020), – 92 p.
Linkov O. Assessment of the Parametric Reliability of the Side Surface of the Diesel Engine Piston during Its Design / O. Linkov, A. Marchenko, V. V. Pylyov, S. Lykov // Proceedings of the 27th International Scientific Conference Transport Means. – Kaunas. – 2023. – Part I. – P. 340-346. Doi: 10.5755/e01.2351-7034.2023.P1.
Mollenhauer K. Handbook of diesel engines / Klaus Mollenhauer, Helmut Tschoeke. – Berlin : Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. – 636 р.
Dabbaghi M.F. Comparative evaluation of different heat transfer correlations on a single curved-cylinder spark ignition crank-rocker engine / M.F. Dabbaghi, M.B. Baharom, Z.A. Abdul Karim, A. Rashid A. Aziz, Salah E. Mohammed, Ezrann Z. Zainal A. // Alexandria Engineering Journal. – 2021. – Volume 60, Issue 3. – P. 2963-2978. https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.01.035.
Гащук П.М, Моделювання теплообмінних процесів, що перебігають в циліндрах двигуна внутрішнього згоряння / П.М, Гащук, С.В. Нікіпчук // Пожежна безпека. – 2018. – № 33. – С. 15-34.
Белогуб А. В. Расчѐт процесса теплоотдачи в дизельном двигателе типа Д-100 с использованием известных α-формул / А. В. Белогуб, В. З. Нгуен // Двигатели внутреннего сгорания. – 2018. – №1. – С. 14-20. doi: 10.20998/0419-8719.2018.2.03. 8. Wilcox, D.C. Turbulence Modeling for CFD. 2nd Ed. / D. C. Wilcox. – La Cãnada : DCW Industries, 1998. – 540 p.
Nicoud F. Subgrid-scale modelling based on the square of the velocity gradient tensor / F. Nicoud, F. Ducros // Flow, Turbulence and Combustion. – 1999. – № 62. – P. 183-200.
Laurence D.R. A Robust Formulation of the v2-f Model / D. R. Laurence, J. C. Uribe, S. V. Utyuzhnikov // Flow, Turbulence and Combustion. – 2004. – № 73. – P. 169-185.
Белогуб А. В. Оценка низкочастотного термонапряженного состояния тонкостенного поршня ДВС / А. В. Белогуб, В. А. Пылев // Вестник национального автомобильно-дорожного университета, сб. научн. Трудов. – 2010. – Вып. 49. – С. 35-38.
Kajiwara H. An analytical approach for prediction of piston temperature distribution in diesel engines / H. Kajiwara, Y. Fujioka, T. Suzuki, H. Negishi // JSAE Review. – 2002. – Volume 23, Issue 4. – P. 429-434 https://doi.org/10.1016/S0389-4304(02)00234-5.
Нгуен В. З. Метод прогнозирования полей температур и напряжений поршня ДВС / В. З. Нгуен, А. В. Белогуб // Система и средства транспорта, проблемы эксплуатации и диагностики : монография. – Херсон : ХДМА, 2019. – С. 9-27.
Bilohub A. Analysis of heat transfer coefficients for simulation of the heat exchange between oil and the internal cavity faces of the isolated piston at variable gravity conditions / A. Bilohub, N. Van Duong, F. Sirenko, V .Savchuk, I. Bilousov, R. Symonenko, I. Zajačko // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, Vol. 776 : 24th Slovak-Polish International Scientific Conference on Machine Modelling and Simulations - MMS 2019, Liptovský Ján, Slovakia, 3-6 September 2019 / Liptovský Ján, 2020. – 012020. doi 10.1088/1757-899X/776/1/012020.
Pylyov V. Simulation of the partially dynamic heat insulation phenomena in ICE сylinder / V. Pylyov, S. Kravchenko, O. Linkov // Proceedings of the Institute of Vehicles. – 2018. – № 1(115) P. 91-97.
Современные дизели: повышение топливной экономичности и длительной прочности / Абрамчук Ф. И., Марченко А. П., Разлейцев Н. Ф. и др. ; под ред. А. Ф. Шеховцова. – Київ : Тэхника, 1992. – 272 с.
Пильов В.О. Автоматизоване проектування поршнів швидкохідних дизелів із заданим рівнем тривалої міцності: монографія. – Харків: Видавничий центр НТУ «ХПІ», 2001. – 332 с.
Pylyov V. The Effect of fuel Injection Advance Angel on Temperature State of Diesel Engine Piston / V. Pylyov, R. Aryan // Науково-технічний журнал "Proceedings of the Institute of Vehicles" Інститут транспортних засобів Варшавського технологічного університету. – 2016. – No 4. – С.77-86.
Левтеров А. М. Трехмерная конечноэлементная модель анализа нестационарных термоупругих напряжений поршня быстроходного дизеля / А. М. Левтеров, А. Н. Авраменко // Двигатели внутреннего сгорания. – 2008. – № 2. – С. 49-55.
Marchenko A. Estimation of strength of the combustion chamber of the ICE piston with a TBC layer / A. Marchenko, V. Pylyov, O. Linkov // In: Nechyporuk, M., Pavlikov, V., Kritskiy, D. (eds) Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering – 2020. Lecture Notes in Networks and Systems, Springer, Cham. – 2021. – Vol. 188, – pp. 415–426. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-66717-7_35.
Клименко О. М. Оцінка впливу регулювання температурного стану поршнів на техніко-економічні показники дизеля : дис. ... канд. техн. наук : 05.05.03 / Олександр Миколайович Клименко. – Харків, 2016. – 165 с.
Марченко А. П. Моделювання нестаціонарного високочастотного температурного стану поршня ДВЗ з теплоізольованою поверхнею камери згоряння / А. П. Марченко, В. В. Пильов // Двигуни внутрішнього згоряння. – 2015. – № 2. – С. 41-47.
Пылёв В.А. Результаты оценки ресурсной прочности поршня автотракторного дизеля при учете локального теплообмена в камере сгорания / В. А. Пылёв, В. В. Матвеенко, А. В. Матюха // Двигатели внутреннего сгорания. – 2011. №2. – С. 78–81.
Мордвинцева И. А. Особенности задания граничных условий нестационарной задачи теплопроводности поршня дизеля / И. А. Мордвинцева, А. Н. Клименко, Р. Ариан, О. Ю. Линьков, В. А. Пылев // Двигатели внутреннего сгорания. – 2017. – № 1. – С. 33-41. doi: 10.20998/0419-8719.2017.1.07.
Пильов В. В. Визначення впливу теплоізоляції камери згоряння на показники роботи ДВЗ : дис. ... канд. техн. наук : 05.05.03 / Пильов Вячеслав Володимирович. – Харків, 2014. – 202 с.
Клименко О. М. Експериментальне дослідження можливості покращення еколого-економічних показників та надійності транспортного дизеля / О. М. Клименко, В. О. Пильов, С. В. Обозний, О. М. Ломакін // Двигатели внутреннего сгорания. — 2015. — № 2. — С. 24–27.
Аріан Расул. Підвищення ефективності моделювання теплонапруженого стану поршнів ДВЗ у багатоетапній САПР : дис. ... канд. техн. наук : 05.05.03 / Расул Аріан. – Харків, 2017. – 167 с.
Пылев В. А. Оценка теплонапряженности поршня с учётом конструктивных особенностей в зоне кромки камеры сгорания / В. А. Пылев, Р. Ариан // Двигатели внутреннего сгорания. – 2015. – № 2. – С. 47-52.
Chicco D. The coefficient of determination R-squared is more informative than SMAPE, MAE, MAPE, MSE and RMSE in regression analysis evaluation / D. Chicco, M.J. Warrens, G. Jurman // PeerJ Computer Science. – 2021. – 7:e623. https://doi.org/10.7717/peerj-cs.623
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Двигуни внутрішнього згоряння
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
