Методика определения теплового состояния среднеоборотного дизеля с учетом кипения охлаждающей жидкости

Форсирование среднеоборотного дизеля повышением давления наддува приводит к росту тепловой напряженности его деталей. Высокие температуры огневого днища крышки цилиндра и рабочей поверхности втулки цилиндра становятся причиной образования в этих деталях термоусталостных трещин, а также задира поршня. В связи с этим разработка новых способов интенсификации теплообмена в полостях охлаждения и уточненных методик определения теплового состояния теплонапряженных деталей двигателя внутреннего сгорания являются актуальной задачей. В обоих направлениях исследований существенную роль играет процесс кипения охлаждающей жидкости, который значительно интенсифицирует теплоотдачу в системе охлаждения. Обзор литературы показал, что существующие методики математического моделирования сопряженного теплообмена в полостях охлаждения двигателя с учетом кипения жидкости имеют ряд существенных недостатков. Для их устранения разработаны математическая модель и методика определения теплового состояния деталей среднеоборотного дизеля с учетом кипения охлаждающей жидкости, позволяющие объединить достоинства инженерного подхода и численного моделирования на базе методов вычислительной гидродинамики. Проведен расчет теплового состояния среднеоборотного дизеля нового поколения 12ЧН26,5/31 (Д500). Дана оценка тепловой напряженности его основных деталей.

Литература

[1] 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.

[2] Костин А.К., ред. Теплообмен в двигателях и теплонапряженность их деталей. Ленинград, Машиностроение, 1969. 248 с.

[3] Chainov N.D., Myagkov L.L., Malastowski N.S., Blinov A.S. Integrated Approach for Stress Analysis of High Performance Diesel Engine Cylinder Head. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, vol. 327, pp. 052010, doi: 10.1088/1757-899X/327/5/052010

[4] Tschoke H. 75 Years of Large Engine Development as Reflected in MTZ. MTZ Worldwide, 2015, vol. 76, no. 11, pp. 36–40.

[5] Myagkov L.L., Strizhov E.E., Malastovskii N.S. Modeling of the thermal state of the diesel cylinder cover with allowance for liquid flow in the cooling cavity. Heat Transfer Research, 2008, vol. 39, no. 8, pp. 685–694, doi: 10.1615/HeatTransRes.v39.i8.40

[6] Hua S., Huang R., Zhou P. Numerical investigation of two-phase flow characteristics of subcooled boiling in IC engine cooling passages using a new 3D two-fluid model. Applied Thermal Engineering, 2015, vol. 90, pp. 648–663, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2015.07.037

[7] Das S., Punekar H. On Development of a Semi-Mechanistic Wall Boiling Model. Journal of Heat Transfer, 2016, vol. 138, iss. 6, no. 061501, doi: 10.1115/1.4032833

[8] Wu Z., Dong F., Song D., Yuan T. Experimental and Numerical Study of Boiling Heat Transfer in Engine Water Jackets Using Eulerian Multiphase Model. SAE Technical Papers, 2018, no. 01-0778, doi: 10.4271/2018-01-0778

[9] Gholinia M., Pourfallah M., Chamani H.R. Numerical investigation of heat transfers in the water jacket of heavy duty diesel engine by considering boiling phenomenon. Case Studies in Thermal Engineering, 2018, vol. 12, pp. 497–509, doi: 10.1016/j.csite.2018.07.003

[10] Dong F., Hou L., Xu Z., Cao T. Simulation of Subcooled Flow Boiling on Engine Cooling Jacket with a Bubble Waiting Time Coefficient Model. SAE Technical Papers, 2017, no. 01-0139, doi: 10.4271/2017-01-0139

[11] Menter F.R. Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications. AIAA Journal, 1994, vol. 32, no. 8, pp. 1598–1605, doi: 10.2514/3.12149

[12] Chen J.C. Correlation for boiling heat transfer to saturated fluids in convective flow. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, 1966, vol. 5, no. 3, pp. 323–329, doi: 10.1021/i260019a023

[13] Мягков Л.Л., Сивачев В.М. Моделирование теплообмена при кипении с недогревом в полости охлаждения двигателя. Часть 2. Грузовик, 2018, № 10, с. 8–13.

[14] Мягков Л.Л., Сивачев В.М. Математическое моделирование сопряженного тепломассообмена в системе охлаждения среднеоборотного дизеля. Двигателестроение, 2019, № 1, с. 9–13.

[15] Сальников М.А. Оценка долговечности крышек цилиндров тепловозных дизелей в зависимости от уровня теплонапряженности. Дис. … канд. техн. наук. Коломна, ОАО Коломенский завод, 1984. 210 с.