Экспериментальное исследование и совершенствование процессов газообмена поршневых и комбинированных ДВС в условиях газодинамической нестационарности

Известно, что более 80 % всей мировой энергии вырабатывается двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Поэтому совершенствование рабочих процессов и модернизация систем и элементов поршневых и комбинированных ДВС с целью повышения их технико-экономических показателей является одной из актуальных задач в мировой энергетике. Исследования по этому направлению проводились в основном методами численного моделирования или экспериментально в стационарных условиях. Сведения о процессах газообмена в условиях нестационарности очень ограничены и весьма противоречивы. Данная работа направлена на получение дополнительной, уточняющей информации по газодинамике и локальной теплоотдаче в газовоздушных трактах ДВС, а также на поиск способов совершенствования процессов в них. В настоящей статье представлены результаты математического моделирования и экспериментальных исследований процессов газообмена во впускных и выпускных трактах поршневых двигателей с наддувом и без него. Экспериментальные исследования проводились на натурных моделях одноцилиндрового ДВС. Представлены расчетные и опытные зависимости изменения мгновенной скорости и давления потока газа в газовоздушных трактах от угла поворота коленчатого вала. Предложено направление совершенствования процессов газообмена во впускных и выпускных трубопроводах поршневых ДВС за счет поперечного профилирования каналов. Разработан способ снижения пульсаций давления и скорости газового потока (в среднем в 2 раза) во впускном трубопроводе комбинированного ДВС.

Литература

[1] Драганов Б.Х., Круглов М.Г., Обухова В.С. Конструирование впускных и выпускных каналов двигателей внутреннего сгорания. Киев, Вища школа, 1987. 175 с.

[2] Вихерт М.М., Грудский Ю.Г. Конструирование впускных систем быстроходных дизелей. Москва, Машиностроение, 1982. 151 с.

[3] Орлин А.С., Круглов М.Г., ред. Двигатели внутреннего сгорания: теория поршневых и комбинированных двигателей. Москва, Машиностроение, 1983. 372 с.

[4] Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 592 с.

[5] Кавтарадзе Р.З., Онищенко Д.О., Голосов А.С. Анализ трехмерного состояния поршня двигателя с применением экспериментальных граничных условий. Тр. Третьей Рос. нац. конф. по теплообмену. Т. 7. Москва, Изд-во МЭИ, 2002, с. 135–138.

[6] Михеев Н.И., Кирилин А.К., Колчин С.А. Повышение теплогидравлической эффективности теплообменников на основе нестационарных эффектов. Тез. Шестой Рос. нац. конф. по теплообмену. Москва, 27–31 октября 2014 г. Т. 3. Москва, Издательский дом МЭИ, 2014, с. 85–86.

[7] Краев В.М. Теплообмен и гидродинамика турбулентных течений в условиях гидродинамической нестационарности. Известия вузов. Авиационная техника, 2005, № 3, с. 39–42.

[8] Давлетшин И.А. Экспериментальное исследование теплоотдачи в сложных турбулентных течениях. Тр. Академэнерго, 2007, № 1, с. 25–36.

[9] Plotnikov L.V., Zhilkin B.P., Brodov Y.M. Influence of high-frequency gas-dynamic unsteadiness on heat transfer in gas flows of internal combustion engines. Applied mechanics and materials, 2015, vol. 698, рр. 631–636.

[10] Бродов Ю.М., ред. Совершенствование процессов в газовоздушных трактах поршневых двигателей внутреннего сгорания, Екатеринбург, Изд-во Урал. ун-та, 2015. 228 с.

[11] Хинце И.О. Турбулентность. Москва, Физматгиз, 1963. 680 с.

[12] Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. Ленинград, Машиностроение, 1974. 480 с.

[13] Брэдшоу П. Введение в турбулентность и ее измерение. Москва, Мир, 1974. 282 с.

[14] Фреймут П. Теория регулирования с обратной связью для термоанемометров постоянной температуры. Приборы для научных исследований, 1967, № 5, с. 98–105.

[15] Плотников Л.В., Жилкин Б.П. Верификация лабораторных данных о процессах газообмена на действующем ДВС. Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Тез. докл. XX Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством акад. РАН А.И. Леонтьева. Звенигород, 25–29 мая 2015. Издательский дом МЭИ, 2015, с. 115–116.

[16] Плотников Л.В., Жилкин Б.П., Бродов Ю.М., Григорьев Н.И. Влияние газодинамической нестационарности на локальную теплоотдачу в выпускном тракте поршневого двигателя внутреннего сгорания. Известия вузов. Проблемы энергетики, 2014, № 7–8, с. 24–31.

[17] Шароглазов Б.А., ред. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов. Челябинск, ЮУрГУ, 2010. 382 с.