W pracy przedstawiono problem badań obciążeń cieplnych tłoków
silników spalinowych. Został określony model matematyczny stacjonarnego
przepływu ciepła, metody rozwiązywania i określania pola temperatury w
tłokach. Omówiono metodę elementów skończonych z konkretną adaptacją do
tłoków silników wysokoprężnych SW 680 oraz silnika Fiat Grandi Motori
2112 SSF służącego do napędu lokomotywy spalinowej. W pracy posłużono
się systemami wspomagania komputerowego, między innymi ANSYS,
Mechanical Desktop 6, CATIA, Mathcad 2001 oraz SPCT2112. Analiza
obciążeń cieplnych została przeprowadzona na podstawie rozkładu
temperatury w przekroju tłoka. Warunki brzegowe otrzymywano,
wykorzystując ozory opracowane przez różnych autorów oraz na podstawie
własnych badań doświadczalnych. Praca, oprócz aspektu naukowego,
pozwoli na skrócenie cyklu modernizacji konstrukcji tłoków silników
spalinowych szczególnie do wysoko obciążonych cieplnie silników
wysokoprężnych. Niniejsze opracowanie stanowi rozwinięcie badań nad
obciążeniami cieplnymi tłoków. Pierwsze publikacje autorów z tego
zakresu ukazały, się w Wydawnictwach Politechniki Krakowskiej.
Spis treści:
STRESZCZENIE
WYKAZ OZNACZEŃ
1. WSTĘP
2. WYMIANA CIEPŁA W KOMORZE SPALANIA - PODSTAWOWE PARAMETRY
3. MODELOWANIE OBCIĄŻEŃ CIEPLNYCH TŁOKA
3.1. Funkcja określająca jednoznacznie stan temperatury wewnątrz każdego elementu
3.2. Wyprowadzenie równania różniczkowego przewodnictwa cieplnego z zamianą współrzędnych kartezjańskich na współrzędne walcowe
3.3. Określenie funkcjonału w postaci całki nieznanej funkcji dla całego rozpatrywanego obszaru pola
3.3.1. Kryteria zbieżności
3.3.2. Problem ekstremum
3.4. Wyprowadzenie ogólnej postaci równania Eulera. Twierdzenie Eulera w rachunku wariacyjnym
3.5. Minimalizacja funkcjonału stacjonarnego przepływu ciepła
4. RODZAJE WARUNKÓW BRZEGOWYCH PRZEWODZENIA CIEPŁA
5. OKREŚLENIE ZMIAN TEMPERATURY CZYNNIKA ROBOCZEGO NA PODSTAWIE WYKRESU INDYKATOROWEGO
6. OKREŚLENIE ZMIAN WSPÓŁCZYNNIKA PRZEJMOWANIA CIEPŁA CZYNNIKA ROBOCZEGO
6.1. Wzory oparte na badaniach przejmowania ciepła w bombie kalorymetrycznej
6.2. Wzory oparte na pomiarach okresowych zmian temperatury ścianki
6.3. Wzory oparte na teorii podobieństwa
6.4. Wzory na promieniowanie spalin
6.5. Współczynnik promieniowania płomieni
7. OBLICZENIA OBCIĄŻEŃ CIEPLNYCH NA PRZYKŁADZIE SILNIKA SW 680
7.1. Obliczenia temperatury czynnika roboczego
7.2. Obliczenie współczynnika przejmowania ciepła do denka tłoka
8. OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKÓW PRZEJMOWANIA CIEPŁA OD POSZCZEGÓLNYCH POWIERZCHNI TŁOKA
8.1. Współczynnik przejmowania ciepła a od pierścienia do gładzi tulei cylindrowej
8.2. Współczynnik przejmowania ciepła a od tłoka do pierścieni tłokowych
8.3. Współczynnik przejmowania ciepła a od powierzchni bocznych tłoka do tulei cylindrowej
8.4. Współczynnik przejmowania ciepła a od wewnętrznej powierzchni tłoka do oleju lub powietrza
8.5. Współczynniki przejmowania ciepła od tłoka silnika SW 680
8.6.
Obliczenie miejscowych współczynników przejmowania ciepła dla
doprowadzania i odprowadzania ciepła na przykładzie tłoka silnika SW
680
8.6.1. Współczynnik a po stronie doprowadzania ciepła
8.6.2. Współczynnik apo stronie odprowadzania ciepła
8.7.
Obliczenie miejscowych współczynników przejmowania ciepła na
przykładzie tłoka silnika 2112 SSF z wykorzystaniem programu Mathcad
2001
9. ZESTAWIENIE WARUNKÓW BRZEGOWYCH
9.1. Warunki brzegowe trzeciego rodzaju dla tłoka silnika SW 680/1
9.2. Wartości średnie warunków brzegowych dla tłoka silnika 2112 SSF
10. MODELE NUMERYCZNE OBCIĄŻENIA CIEPLNEGO TŁOKA Z WYKORZYSTANIEM MES
10.1. Charakterystyka programu SPCT 2112
10.2. Charakterystyka programu ANSYS
10.3. Wyniki obliczeń w programie ANSYS
11. BADANIA LABORATORYJNE OBCIĄŻEŃ CIEPLNYCH TŁOKA
11.1. Opis stanowiska badawczego
11.2. Wyniki badań laboratoryjnych
12. PODSUMOWANIE
LITERATURA
SUMMARY
