close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Уточненная методика расчета некоторых элементов системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания..pdf

код для вставкиСкачать
Авиационная и ракетно-космическая техника
УДК 621.43
УТОЧНЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
©2011 И. В. Коломин, А. А. Аюков, В. В. Бирюк
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва
(национальный исследовательский университет)
Приведены основные аргументы в пользу создания программы расчета элементов системы охлаждения
ДВС для применения в учебном процессе во время проведения лабораторных занятий.
Двигатель
внутреннего сгорания, система охлаждения, методика расчета,
Современное развитие двигателестроения потребовало решения задач, связанных с
разработкой методик расчета различных сис¬
тем двигателя, в том числе и систем охлажде¬
ния. Использование различных электронных
систем контроля за тепловым состоянием
двигателя, борьба с токсичными выбросами в
атмосферу, улучшение эксплуатационных ха¬
рактеристик, безотказности работы систем
требует разработки комплексных расчётов с
использованием ЭВМ. Это, в свою очередь,
ведет к необходимости создания математиче¬
ских моделей объектов, основанных на жест¬
ких алгоритмах расчёта и описания взаимо¬
действия элементов систем.
Наглядным воплощением моделирова¬
ния расчета на ЭВМ элементов системы ох¬
лаждения ДВС является программа, разрабо¬
танная в МАДИ: «MADI-book». В процессе
проведения со студентами лабораторных ра¬
бот были выявлены следующие недостатки
исходной программы:
- ограниченное количество базовых вариантов
ДВС и невозможность их дополнения;
- не всегда можно четко проследить влияние
исходных параметров на результаты расчета;
- невозможность корректировки «тела» про¬
граммы при обнаружении ошибок в расчет¬
ных соотношениях или базовых коэффициен¬
тов;
- отдельно стоит отметить неустойчивую ра¬
боту программы, неоднозначность результа¬
тов расчетов при одинаковых начальных па¬
раметрах, частые ошибки сохранения данных;
- в описании программы указан модуль по¬
строения диаграмм, который в действитель¬
ности не работает.
Все это явилось причиной разработки
собственной программы (рис. 1) для проведе167
программа.
ния лабораторных занятий, основанной на
расчетах, изложенных в методических указа¬
ниях [1].
Рис. 1. Фрагмент рабочего окна
программы
Программа «Расчет элементов системы
охлаждения ДВС» разделена на несколько
вкладок:
«Исходные данные» - здесь вводятся
или загружаются исходные данные для расче¬
та, выбираются тип охлаждающей жидкости и
вид топлива, материалы трубок и пластин,
размеры трубок, параметры охлаждающей
жидкости, параметры воздуха на входе в ра¬
диатор и параметры ДВС (рис. 2).
Вестник Самарского
государственного
аэрокосмического
университета,
№3(27), 2011
Расчет сисге.иы охлаждения ДВС]
Исходные данные Расчет основный характеристик радиатора Критериальные зависимости и схемы радиатора Построение графиков
Исходные данные Расчет основных характеристик радиатора Критериальные зависимости и схемы радиатора Построение графиков
Тип охлаждающей жидкости
Тесел A-40
А
Критериальные зависимости
Материал трубок
Щц
D=
Для жидкостей
Ы
Материал пластин
|-|5
WBO3A=
V/ж- (0.5(=р
ЛМц
Id
<=0.7)"D = |O4
N u
Параметры топлив
_ |0.000021Э
.|0.00105
Nu
Re], йля 3400(
65
Re^fl.™
(5000
Re^, (3400
Вид топлива
deUa t ж =
6<=
|б
n оборотов = M750
<='
| Д и _
Для воздуха
Id
' пр = |0,0
Теплота сгорания
i= 1
|42,5
alpha
L= |0,073
1жвх= |85
delta t Бозд- 20<= 43.624
Ftp = Lr-L*= 0.2(= [041
h л= 0.002(- 0,0056
П
от[^4
<=0.G
LT/LK= 1.Z*.
[il
а= 0,01 G<=
|}Jo24
__]
, |0,0048
Ы
5гЧ1-Э5<= |T3t
(-0.0003
КПД оребрения
°-
0 2 4
| <=1.45 Г а = [ о д а Г
В=1.0"1ФР
А=0.6*3
<=1.25
( i
0 0 0 1 5
(=0,00025
(=600
|f]g
и схемы
а=
delta= 0,00015<= ° delta p рад = 300<= 300
Рис. 4. Окно критериальных зависимостей
строения
теплообменника
Основные размеры трубок и соотношения
<=Q.QQ6
h = 0.003(= 0,004 ~ ~ (-0.005
delta пл - 0.0002<- 0,0002
до |
<=30
1ФР=0.35(= jj_
(=0.45]*3г= ,0112
0
Рис.2. Окно ввода исходных
Во вкладке «Построение графиков» при
нажатии «построить ВСХ» (рис. 5) рассчиты­
вается и отображается ВСХ исследуемого
двигателя.
данных
t$ Расчет системы охлаждения ДВС
«Расчет основных характеристик радиа­
тора» - в этой вкладке при нажатии клавиши
«Рассчитать» происходит расчет количества
трубок в радиаторе, его тепловых характери­
стик, площадей трубок, пластин и оребрения,
критериальных параметров жидкости и воз­
духа, массовых характеристик радиатора и
т.д. (рис. 3).
2W
4»
1300
2 000
2 200
Исходные данные Расчет основных характеристик радиатора Критериальные зависимости и схемы радиатора Построение графиков
Теплота передаваемая среде
0
II труб sigma-
ж
56100,1613775347
=
( i
Рис.5. Окно построения ВСХ
0,00542
п труб-
0,0001152
^ е=
0.0070243Э0243Э0244
Певозд; 6212,60323530426
NiB03fl= 54,633173350613
alpha = |215,47227553257
в
Мтр= 0.479796348903245
Мпл= 2,45621651002423
Мост= 2,33601465632753
im= |0,8444654Э55ЭЭ455
;
Рис. 3 . Окно расчета основных
характеристик
«Критериальные зависимости и схемы
радиатора» - в этой вкладке показаны крите¬
риальные зависимости и даны схемы устрой¬
ства радиатора (рис. 4).
После выбора интересующей функции,
переменной, шага и пределов изменения пе¬
ременной при нажатии клавиши «построить»
происходит построение интересующей функ¬
ции от выбранной переменной (рис. 6). По¬
строение графиков происходит по заранее
введенным исходным данным расчета, что
помогает при выборе оптимальных значений
размеров, материалов и так далее.
Для верификации программы расчета
радиатора были проведены натурные испыта¬
ния для трех теплообменников с разными ко¬
личеством трубок и их размерами.
Испытания были направлены на иссле¬
дование коэффициента теплоотдачи радиато¬
ров, были измерены температуры воздуха и
жидкости на входе и выходе из теплообмен¬
ника, измерено время термостатирования,
скорости жидкости, проходящей через радиа¬
тор, и обдуваемого воздуха.
168
Авиационная и ракетно-космическая техника
:
::-;Т
сшжденив ДВС
перимент, существенно ниже 0,5 м/с - скоро¬
сти, которая считается минимальной для рас¬
чета теплообменников. Такие низкие скорости
течения жидкости объясняют завышенные
величины коэффициентов теплоотдачи.
Полученные результаты (табл. 1 и 2) по¬
зволили уточнить методику расчета [2], зало¬
женную в собственную программу.
Иг lfflHtlPndHHtlp| f dl HKFDI HI lEHtL dpdl TepH
l CTWK рЩИсГГОрЗ ]' ^ЩйЩь^Ь^^РШ^'^^^^Щ^ЧМ Построение ГрафНКОВ |
Псстрсениб графике
Таблица 1. Результаты эксперимента
Параметры
Пёрбгаенш'гмегй:
Построить;
К,Вт/м"2"К
Материал трубок
температура воздуха, °С
Переменная по оси X
_] |W ж, м/с
0 т
_]
Печать графиков |
Построение ВСХ |
0,0001
Дс[Й
Колличество шагов [ ш
Рис. 6. Окно построения
Тип теплообменника
1
2
3
1Х18Н9Т
21
графиков
В процессе испытаний замеряются тем­
пература окружающего воздуха и его плот­
ность. Теплообменник подсоединяется к сис­
теме шлангов, через которые подводится и
отводится вода. Проводятся испытания на
герметичность системы.
Подводится шланг со сжатым воздухом,
к водным шлангам на входе и выходе из теп¬
лообменника подключаются термопары. Че­
рез 10-15 минут после подачи горячей воды
система термостатируется. Фиксируются тем¬
пературы на входе и на выходе из теплооб¬
менника в режиме естественной конвекции.
Вторым этапом в испытании теплооб¬
менника является анализ его работы при об¬
дувании воздухом. Для этого из системы со
сжатым воздухом проведен трубопровод.
Через 15-20 минут после включения об¬
дува теплообменника система термостатируется. Замеряются температуры воды на входе
и выходе из теплообменника. Замеряется тем¬
пература воздуха перед и за теплообменни¬
ком.
Скорость течения жидкости в трубках
рассчитывается исходя из объема воды, про¬
шедшего через радиатор за определенное
время.
Полный цикл испытаний проводится для
каждого из теплообменников, полученные
данные показаны в таблице результатов ис¬
пытаний.
Рассматривая результаты, стоит отме¬
тить, что скорости течения жидкости в тепло¬
обменниках, при которых был проведен экс169
давление воздуха
101300Па
количество рядов трубок
5
3
количество трубок в ряде
6
5
диаметр трубки, м
0,005 0,012
толщина трубки, м
0,00025
скорость течения жидко¬ 0,044
сти в теплообменнике,
м/с
естественная конвекция
время термостатирова12
14
ния, мин
температура на входе в
40
44
теплообменник, °С
температура на выходе
39
42
из теплообменника, °С
обдув воздухом
время термостатирова20
17
ния, мин
температура на входе в
40
45
теплообменник, °С
температура на выходе
36
38
из теплообменника, °С
температура воздуха пе21
21
ред радиатором, °С
температура воздуха за
22
21,5
радиатором, °С
средняя скорость воздуха 21,25
18,75
внутри теплообменника,
м/с
3
4
0,014
14
40
38
20
40
34
21
21,5
17,25
Таблица 2. Экспериментальные и расчетные
коэффициенты теплоотдачи
Номер
тепло¬
обменника
3
Коэффициент
теплоотдачи,
полученный
из расчета с
помощью раз¬
работанной
программы
41,1
32,4
28,3
Коэффициент тепло¬
отдачи, полученный
по расчету количества
отведенной теплоты
на единицу площади
поверхности теплооб¬
менника по экспери¬
ментальным данным
45,3
39,9
32,5
Вестник Самарского
государственного
аэрокосмического
Таким образом, создание собственной
программы на ЭВМ для проведения лабора­
торных работ по расчету элементов системы
охлаждения ДВС является перспективным
направлением.
Работа выполнена при финансовой поддержке Прави­
тельства Российской Федерации (Минобрнауки) на
основании постановления Правительства РФ №218 от
09.04.2010.
университета,
№3(27), 2011
Библиографический список
1. Коломин, И.В. Расчет основных эле¬
ментов системы жидкостного охлаждения
поршневого двигателя внутреннего сгорания
[Текст]: метод. указания / И.В. Коломин, А.П.
Толстоногов. - Самара: Изд-во Самар. гос.
аэрокосм. ун-та, 2010. - 32 с.
2. Толстоногов, А. П. Системы охлажде¬
ния поршневых двигателей внутреннего сго¬
рания [Текст] : учеб. пособие / А.П. Толстоногов, И.В. Коломин. - 2-е изд., перераб. и доп.
- Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та,
2009. - 168 с.
INTERNAL COMBUSTION ENGINE SOME COOLING SYSTEM COMPONENTS DE­
TAILED CALCULATION
©2011 I. V . Kolomin, A. A. Ajukov, V . V . Birjuk
Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov
(National Research University)
The main arguments in favor of creating a program for calculating the elements of the internal combustion engine
cooling system for use in the learning process during the lab exercises.
The internal combustion engine, cooling system, the method of calculation, program.
Информация об авторах
Коломин Илья Викторович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник
научно-исследовательского центра космической энергетики, Самарский государственный аэ­
рокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский
университет). E-mail: kolomin@list.ru. Область научных интересов: рабочие процессы систем
охлаждения, бортовая микроэнергетика.
Аюков Алексей Алексеевич, студент, Самарский государственный аэрокосмический
университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет).
Область научных интересов: рабочие процессы ДВС.
Бирюк Владимир Васильевич, доктор технических наук, профессор кафедры теплотех¬
ники и тепловых двигателей, Самарский государственный аэрокосмический университет имени
академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет). Область научных
интересов: термодинамические процессы, энергосбережение.
Kolomin Ilya Victorovich, candidate of technical science, Senior Researcher at Research
Center for Space Energy, Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov
(National Research University). E-mail: kolomin@list.ru. Area of research: working processes of
cooling systems, onboard micropower.
Ayukov Alexei Alekseevich, student, Samara State Aerospace University named after
academician S.P. Korolyov (National Research University). Area of research: working processes of
internal combustion engines.
Birjuk Vladimir Vasilievich, Doctor of Technical Sciences, Professor of Heat and heat engines
Department, Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov (National
Research University). Area of research: thermodynamic processes, energy conservation.
170
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
8
Размер файла
2 250 Кб
Теги
методика, сгорания, уточненный, система, элементов, двигателей, внутреннего, pdf, расчет, некоторые, охлаждения
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа