ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методы исследования теплового состояния поршней из "Повышение надежности работ поршней тепловозных дизелей " Электрическое моделирование теплового состояния поршня. Возможности применения электрических моделей вытекают из метода электротепловой аналогии, при помощ,и которого устанавливают соответствие тепловых величин нагретого тела и электрических величин модели (табл. 12). [c.68] В качестве электрической модели используют электропроводяш,ую бумагу [20], ванну с электролитом [78] или сетку из сопротивлений (рис. 36, а). Применение моделей для исследования теплового состояния представляет процесс, аналогичный расчету, различие только в том, что уравнения, описывающие распределение тепла, не решают вручную или с использованием ЭВМ, а моделируют, т. е. изготавливают электрическую модель, задают на нее требуемые граничные условия (потоки или температуру), измеряют потенциалы (температуру) и токи (тепловые потоки). Возможность моделирования уравнения (2) при помощи сетки из сопротивлений возникает вследствие того, что распределение потенциалов в сетке определяется уравнением Лапласа в конечно-разностной форме. Исходя из этого, электрическая модель (рис. 36, б) должна состоять из сетки сопротивлений, пропорциональных термическим сопротивлениям поршня, устройства для задания потенциалов, пропорциональных температуре на границах, и устройства для измерения потенциалов, пропорциональных температуре в теле поршня, а также токов, пропорциональных тепловым потокам. [c.68] Для первых расчетов коэффициент Я, можно принимать постоянным и равным среднему значению для ожидаемого диапазона температуры поршня, вставки, гильзы и т. п. В последующем величину его можно вводить переменным для каждого блока или по участкам, используя данные табл. 36. [c.70] На контурах поршня у криволинейных поверхностей вместо блоков прямоугольного сечения целесообразно брать трапецеидальное или треугольное сечение, размещая узел блока в центре его тяжести. [c.70] Удельная теплоемкость с, ккал/кг °С.. Кинематическая вязкость V, м /с-105. Коэффициент динамической вязкости [.I, кгс-с/м -10 . . [c.71] Коэффициент теплопроводности масла принимается по табл. 13, а нагара — равным 0,5—1,0 ккал/м ч °С в зависимости от его плотности. Коэ4х )идиент теплоотдачи а для контактных поверхностей (ккал/м ч °С) можно принимать от поршня к уплотнительному кольцу по нижней его плоскости равным 50 ООО, по верхней — 1000, по боковой — О (отсутствие передачи тепла), от кольца к гильзе — 20 000, от поршня к гильзе на участке ниже колец (в зависимости от зазора) — 300—600. [c.71] В качестве граничных условий со стороны гильзы можно задавать а) температуру ее наружной поверхности (см. Тщ. на рис. 34) исходя из данных табл. 8 для нижнего поршня дизеля 2Д100, можно принять 130° С, а для верхнего — 110° С б) температуру охлаждающей воды и коэффициент теплоотдачи от гильзы к воде, величину которого можно принимать = 3000 ккал/м ч° С. [c.71] Более сложным и оказывающим наибольшее влияние на результаты электрического моделирования является определение коэффициента теплоотдачи от газов к поршню а [см. формулу (4)] и температуры 7 [см. формулу (5)], а также коэффициентов теплоотдачи от поршня к маслу а [см. формулу (6)1. [c.72] Формулы (17) и (18) получили широкое применение вследствие удобства их для вычислений. [c.72] При этом были получены температуры поршня, близкие к экспериментальным. [c.72] Величины р, Я, с и л можно принимать по данным табл. 13, а скорость масла (О — исходя из заданного расхода его через поршень и величины проходных сечений каналов с1д. В табл. 13 кинематическая вязкость и коэффициент динамической вязкости даны для масла с вязкостью 12 сСт при = 100° С (для масел с другой вязкостью, при отсутствии фактических данных, можно производить пропорциональный перерасчет). С использованием формулы (20)для расхода масла через поршень 500 кг/ч с учетом величин проходных сечений, параметров масла и поправочных коэффициентов на кривизну и длину канала для сечения ОА (см. рис. 34) поршней вариантов 14А, 14В были получены величины коэффициентов теплоотдачи для центра головки, малой и большой спиралей соответственно 1670, 1590 и 650 ккал/м -ч° С. Коэффициенты теплоотдачи от поршня к маслу для других типов масляного охлаждения могут быть приняты с использованием данных 6 этой главы. [c.73] Обозначения величин, входящих в масштабы, приведены в табл. 12. [c.73] На модели были рассмотрены поля и тепловые потоки всех вариантов поршней дизеля 2Д100, а поршня варианта 14А по трем сечениям (см. рис. 34). Кроме того, изучалось влияние изменений коэффициентов теплоотдачи от газов к поршню, от поршня к маслу, температуры газов и температуры масла в каналах. Рассматривались температурные поля при изменении условий эксплуатации (отложение нагара в охлаждающих каналах, уменьшение и прекращение подачи масла в поршень, образование трещины в головке и др.) определялось тепловое состояние поршней с изменением коэффициента теплопроводности материала поршня, толщины и коэффициента теплопроводности керамического покрытия. [c.74] Погрешности в величинах температуры, полученных на электри- ческих моделях, зависят от степени точности в определении исходных данных. При заданных исходных данных погрешности, связанные с с установкой сопротивлений, потенциалов и токов, а также с измерением их, не превышают 2—3%. Затрата времени на съем с модели температурного поля с перенастройкой 8—10 резисторов занимает в среднем 3—4 ч, что очень мало по сравнению даже со временем, требуемым для расчетов на ЭВМ. [c.74] На электрических моделях очень эффективно можно производить исследования распределения температуры и тепловых потоков в наиболее напряженных зонах поршней. В поршнях дизелей Д.50 [13] и М756 [21] изучалось распределение температуры вблизи уплотнительного кольца. Для этого зона кольца поршня дизеля Д50 (рис. 37) была увеличена в несколько раз, а кольцо представлено 20 блоками (вместо одного) с размерами каждого по высоте 1,2 мм и длине (по радиусу) 2,0 мм. На границы такой модели задавалось распределение температуры, снятое с электрической модели для всего сечения поршня. На рис. 37,6 видно движение тепловых потоков вблизи кольца тепло в него поступает через нижнюю плоскость канавки в самом кольце тепло идет в радиальном направлении и передается гильзе, а от нее к воде. [c.75] Общее число уравнений, входящих в систему уравнений (24), равно 210. [c.76] При вычислении коэффициентов уравнений и свободных членов масштабных преобразований не производят, т. е. считают, что масштабы (21)—(23) выбраны равными единице. При это в результате расчетов на ЭВМ температура получается в °С, а тепловые потоки — в ккал/ч. Из рис. 39 видно, что коэффициенты алгебраических уравнений с суммарными проводимостями расположены на главной диагонали, а остальныекоэффициенты—в полосе из 29 диагоналей. Видно также, что матрица коэффициентов симметрична относительно главной диагонали. Как показывает разметка трех возможных вариантов нумерации узлов модели по рис. 38 (по вертикали, в радиальном направлении и по диагонали), наименьшая ширина полосы получается при диагональной нумерации, что требует минимального объема оперативной памяти ЭВМ. [c.78] Решение полученной системы уравнений производилось методом Гаусса на машине Урал-14 . В результате расчетов были получены значения температуры в центре блоков и на внешних гранях их с точностью до пятого знака после запятой (всего восемь значащих цифр), что требуется для определения поверхностных и объемных сил (см. 2 гл. III). [c.78] При помощи ЭВМ можно не только решать полученную систему уравнений (24), но.и рассчитывать их коэффициенты, а также формировать систему уравнений. Современные ЭВМ позволяют решать системы до 1500 уравнений и более, что обеспечивает получение расчетной схемы с очень мелкой разбивкой на блоки, при которой можно учитывать все детали сложных конфигураций поршней. [c.78] Вернуться к основной статье