Расчет коэффициента теплоотдачи от поршневого кольца к втулке цилиндра

Предложена методика определения граничных условий теплообмена в сопряжении поршневое кольцо–втулка цилиндра, которые необходимо задавать при расчете теплового состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания. В настоящее время существует проблема задания граничных условий в зоне кольцо–втулка, так как найти прямое решение полной системы уравнений в этой области трудно из-за малых размеров зазора, а известные полуэмпирические формулы получены для существенно упрощенной постановки задачи, где рекомендованные экспериментальные коэффициенты имеют слишком большой диапазон и оказывают существенное влияние на результаты расчета. Предложено аналитическое решение уравнений гидродинамики для определения коэффициента теплоотдачи от кольца к втулке в предположении наличия только гидродинамического режима трения в указанном сопряжении. Выведено уравнение для вычисления коэффициента теплоотдачи от кольца к втулке цилиндра двигателя. Расчет основан на предположении о том, что течение в зазоре между кольцом и втулкой подчинено уравнению Рейнольдса. Задача решена в квазистационарной одномерной постановке. Приведен пример расчета коэффициента теплоотдачи от кольца к втулке.

Литература

[1] Чайнов Н.Д., Мягков Л.Л., Володин А.Х., Маластовский Н.С. Сопряженная задача теплообмена при определении температурного поля крышки цилиндра среднеоборотного дизеля. Двигатели внутреннего сгорания, 2009, № 2, c. 3–7.

[2] Чайнов Н.Д., Мягков Л.Л., Маластовский Н.С. Численное моделирование движения жидкости в полости охлаждения крышки цилиндра среднеоборотного дизеля. Грузовик, 2015, № 5, с. 4–8.

[3] Harigaya Y., Suzuki M., Toda F., Takiguchi M. Analysis of Oil Film Thickness and Heat Transfer on a Piston Ring of a Diesel Engine: Effect of Lubricant Viscosity. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2006, vol. 128(3), pp. 685–693.

[4] Ishijima T., Shimada A., Harigaya Y., Suzuki M., Takiguchi M. An analysis of ring temperature, oil film temperature, oil film thickness and heat transfer on a piston ring of an IC engine in consideration of ring movement in a cycle. Spring Technical Conference of the ASME Internal Combustion Engine Division, 7–10 May 2006, Aachen, Germany, 2006, pp. 665–676.

[5] Bifeng Yin, Shao Sun, Bowen Wang, Yanqiang Qian. Numerical Research on Tribological Performance of Textured Liner Surface under Different Combustion Modes. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2017, vol. 139(1), pp. 011504.

[6] Rindi A., Rossin S., Conti R., Frilli A., Galardi E., Meli E., Nocciolini D., Pugi L. Efficient Models of Three-Dimensional Tilting Pad Journal Bearings for the Study of the Interactions Between Rotor and Lubricant Supply Plant. Journal of Computational and Nonlinear Dynamics, 2016, vol. 11(1), pp. 011011.

[7] Alakhramsing S., Van Ostayen R., Elin R. Thermo-Hydrodynamic Analysis of a Plain Journal Bearing on the Basis of a New Mass Conserving Cavitation Algorithm. Lubricants, 2015, vol. 3(2), pp. 256–280.

[8] Li W., Guo Y., He T., Lu X., Zou D. Interring gas dynamic analysis of piston in a diesel engine considering the thermal effect. Mathematical Problems in Engineering, 2015, vol. 2015, pp. 176–893.

[9] Rabuté R., Tian T. Challenges involved in piston top ring designs for modern SI engines. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2001, vol. 123, no. 2, pp. 448–459.

[10] Lee B.Y., Kim W.J. Thermal analysis of a liquid-petroleum-liquid injection engine piston using the inverse heat conduction method. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 2008, vol. 222, no. 6, pp. 1033–1045.

[11] Abbes M.T., Maspeyrot P., Bounif A., Frene J. A thermomechanical model of a direct injection diesel engine piston. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 2004, vol. 218, no. 4, pp. 395–409.

[12] He T., Lu X.Q., Guo Y.B. Analysis of the heat transfer coefficients on the top of a marine diesel piston using the inverse heat conduction method. Advanced Materials Research, 2011, vol. 291–294, pp. 1657–1661.

[13] Chun S.M. Simulation of engine life time related with abnormal oil consumption. Tribology International, 2011, vol. 44, no. 4, pp. 426–436.

[14] Finol Parra C.A. Heat Transfer Investigations in a Modern Diesel Engine. Doctor of PhD thesis, University of Bath, UK, 2008. 188 p.

[15] Ермилов Ю.И., Равикович Ю.А., Клименко А.В., Холобцев Д.П. Разработка матема-тической модели подшипника скольжения жидкостного трения, учитывающей теплообмен с окружающей средой. Электронный журнал «Труды МАИ», 2010, № 39, с. 1–11. URL: http://www.mai.ru/upload/iblock/1ef/razrabotka-matematicheskoy-modeli-podshipnika-skolzheniya-zhidkostnogo-treniya_-uchityvayushchey-teploobmen-s-okruzhayushchey-sredoy.pdf (дата обращения 15 мая 2017).

[16] Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трение, смазка, износ. Физические основы и технические приложения трибологии. Москва, Физматлит, 2007. 368 с.

[17] Кулешов А.С. Многозонная модель для расчета сгорания в дизеле. 1. Расчет скорости тепловыделения при многоразовом впрыске. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2007, спец. выпуск, с. 32–45.

[18] Петриченко Р.М. Физические основы внутрицилиндровых процессов в двигателях внутреннего сгорания. Ленинград, Изд-во Ленингр. ун-та, 1983. 244 с.

[19] Слезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. Москва, Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1955. 521 с.

[20] Барченко Ф.Б., Иващенко Н.А. Расчет давлений между поршневыми кольцами двигателя внутреннего сгорания. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2007, спец. выпуск, с. 80–85.

[21] Попов В.М. Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений. Москва, Энергия, 1971. 216 с.