Термические сопротивления в зазорах цилиндропоршневой группы и их влияние на температурное поле поршня дизеля типа Д100

Nguyen Van Duong, Alexander Bilohub

Анотація


Исследованы процесс теплообмена через зазоры между частями цилиндропоршневой группы и влияние теплового сопротивления зазоров на температурное поле поршня. Рассмотрены зазоры пар деталей: поршня и первого кольца, а также цилиндра и головки поршня; эти зазоры заполнены продуктами сгорания (для моделирования - воздухом). Результаты расчетов, выполненных в среде Ansys CFX, показали, что для пары цилиндр - головка поршня движение воздуха в зазоре сильно зависит от относительного перемещения пары деталей поршень - цилиндр и ширины зазора. Процесс теплопередачи через зазоры исследован для двух случаев: первый – при движении поршня с постоянной скоростью (равной средней скорости поршня), второй при движении поршня со скоростью, изменяющейся по углу поворота коленчатого вала. Расчеты выполнены при различных значениях ширины зазора, скорости поршня и параметров, характеризующих свойства воздуха. Максимальные различия результатов, полученных для указанных случаев, не превышают 10%. На основе результатов моделирования сформированы аппроксимирующие формулы для расчета коэффициентов теплоотдачи воздуха со стенкой поршня (aц) и с стенкой цилиндра (aц) Максимальная погрешность при использовании аппроксимирующих формул по сравнению с моделированием составляет: для (aп) – 10%, для (aц) – 6%. Для зазора поршень – первое кольцо скорости течения воздуха рассчитаны по заданным значениям расхода утечки продуктов сгорания через зазор. По результатам исследований, выполненных при различных значениях ширины зазора и скорости течения воздуха, получены аппроксимирующие формулы для расчета коэффициента теплоотдачи воздуха к стенкам деталей с максимальными погрешностями 13%. Исследовано влияние ширины зазора цилиндр – головка поршня на температурное поле поршня. В результате показано, что поле температур поршня слабо зависит от ширины зазоров. Максимальное увеличение температуры составляет 6К при увеличении ширины зазора от 0,1 мм до 0,5 мм. Так как поле температур поршня слабо зависит от зазора кольцо – стенка поршня, то и от зазора юбка - цилиндр эта зависимость будет слабая. Предложенные зависимости можно использовать для задания граничных условий теплообмена в зазорах при расчетах сложного напряжённого состояния поршня для оптимизации его конструкции

Ключові слова


Поршень1; цилиндр2; зазор3; коэффициент теплоотдачи4



Адреса редакції журналу:
Редакція журналу «ВД», Національний університет "Запорізька політехніка", 
вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, 69063, Україна. 
Телефон: 0 (61) 228-16-27, 769-82-69
E-mail: vd@zntu.edu.ua

При повному або частковому використаннi матерiалiв посилання на журнал є обов’язковим.