Тепломеханические характеристики стационарных и пульсирующих потоков газа вдоль длины выхлопной системы поршневого двигателя


DOI: 10.34759/tpt-2022-14-8-338-347

Авторы

Плотников Л. В.*, Григорьев Н. И.**, Осипов Л. Е.***, Следнев В. А.****, Шурупов В. А.*****

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002, Россия

*e-mail: leonplot@mail.ru
**e-mail: noelll@bk.ru
***e-mail: klumbaa@outlook.com
****e-mail: Vovik_super_45@mail.ru
*****e-mail: shurupov.vladislav@yandex.ru

Аннотация

Рассматриваются физические особенности газодинамики и теплоотдачи потоков вдоль длины выхлопной системы поршневого двигателя. Получены закономерности изменения мгновенных значений скорости потока и локального коэффициента теплоотдачи во времени для стационарных и пульсирующих потоков газа в разных элементах выхлопной системы. Установлено, что степень турбулентности в выхлопной системе для пульсирующего потока газа является в 1.3−2.1 раза больше, чем для стационарного течения. Выявлено, что коэффициент теплоотдачи для стационарного течения в 1.05−1.4 раза выше, чем для пульсирующего потока. Получены эмпирические уравнения для определения коэффициента теплоотдачи вдоль длины выхлопной системы для стационарного и пульсирующего режимов течения газа.

Ключевые слова:

поршневой двигатель, выхлопная система, газовые потоки, нестационарность, газодинамика и теплоотдача, степень турбулентности, эмпирические уравнения

Библиографический список

  1. Schobeiri M.T. Advanced Fluid Mechanics and Heat Transfer for Engineers and Scientists. Switzerland: Springer Cham, 2022. 584 p.
  2. Жилкин Б.П., Лашманов В.В., Плотников Л.В. и др. Совершенствование процессов в газовоздушных трактах поршневых двигателей внутреннего сгорания: монография / под общ. ред. Ю.М. Бродова. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. 228 с.
  3. Simonetti M., Caillol C., Higelin P., Dumand C., Revol E. Experimental investigation and 1D analytical approach on convective heat transfers in engine exhausttype turbulent pulsating flows. Applied Thermal Engineering, 2020, vol. 165, Аrticle number 114548. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2019.114548
  4. Gündogdu M.Y., Carpinlioglu M.Ö. Present state of art on pulsatile flow theory. JSME International Journal, Series B: Fluids and Thermal Engineering, 1999, vol. 42 (3), pp. 384–410.
  5. Miau J.J., Wang R.H., Jian T.W., Hsu Y.T. An investigation into inflection-point instability in the entrance region of a pulsating pipe flow. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 2017, vol. 473 (2197), Article number 20160590. DOI: 10.1098/rspa.2016.0590
  6. Yusof S.N.A., Asako Y., Ken T.L., Sidik N.A.C. Computational analysis on the effect of size cylinder for the irreversible process in a piston-cylinder system using ICED-ALE method. CFD Letters, 2019, vol. 11 (4), pp. 92–104.
  7. Симаков Н.Н. Расчет сопротивления и теплоотдачи шара в ламинарном и сильнотурбулентном потоках газа // Журнал технической физики. 2016. Т. 86. № 12. С. 42–48.
  8. Краев В.М., Мякочин А.С. Гидродинамически нестационарные турбулентные течения и их физическая модель // Тепловые процессы в технике. 2017. Т. 9. № 5. С. 196–201.
  9. Yuan H., Tan S., Wen J., Zhuang N. Heat transfer of pulsating laminar flow in pipes with wall thermal inertia. International Journal of Thermal Sciences, 2016, vol. 99, pp. 152–160. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2015.08.014
  10. Wang X., Zhang N. Numerical analysis of heat transfer in pulsating turbulent flow in a pipe. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2005, vol. 48 (19), pp. 3957–3970.
  11. Davletshin I.A., Mikheev N.I., Paereliy A.A., Gazizov I.M. Convective heat transfer in the channel entrance with a square leading edge under forced flow pulsations. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, vol. 129, pp. 74–85. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.09.066
  12. Бильский А.В., Ложкин Ю.А., Маркович Д.М., Небучинов А.С. Комбинация методов PIV и PLIF для изучения конвективного теплопереноса // Тепловые процессы в технике. 2015. Т. 7. № 9. С. 388–396.
  13. Chung Y.M., Tucker P.G. Assessment of Periodic Flow Assumption for Unsteady Heat Transfer in Grooved Channels. Journal of Heat Transfer, 2004, vol. 126 (6), pp. 1044–1047.
  14. Cerdoun M., Khalfallah S., Beniaiche A., Carcasci C. Investigations on the heat transfer within intake and exhaust valves at various engine speeds. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2020, vol. 147, Article number 119005. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.119005
  15. Guan W., Pedrozo V.B., Zhao H., Ban Z., Lin T. Miller cycle combined with exhaust gas recirculation and post—fuel injection for emissions and exhaust gas temperature control of a heavy-duty diesel engine. International Journal of Engine Research, 2020, vol. 21 (8), pp. 1381–1397.
  16. Albaladejo-Hernández D., García F.V., Hernández-Grau J. Influence of catalyst, exhaust systems and ECU configurations on the motorcycle pollutant emissions. Results in Engineering, 2020, vol. 5, article number 100080. DOI: 10.1016/j.rineng.2019.100080
  17. Lao C.T., Akroyd J., Eaves N., Smith A., Morgan N., Nurkowski D., Bhave A., Kraft M. Investigation of the impact of the configuration of exhaust after-treatment system for diesel engines. Applied Energy, 2020, vol. 267, article number 114844. DOI: 10.1016/j.apenergy.2020.114844
  18. Mahabadipour H., Krishnan S.R., Srinivasan K.K. Investigation of exhaust flow and exergy fluctuations in a diesel engine. Applied Thermal Engineering, 2019, vol. 147, pp. 856–865. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.10.109
  19. Плотников Л.В., Жилкин Б.П., Крестовских А.В., Падаляк Д.Л. Об изменении газодинамики процесса выпуска в поршневых ДВС при установке глушителя // Вестник Академии военных наук. 2011. № 2. С. 267–270.
  20. Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. Москва: Высшая школа, 1991. 480 с.
  21. Кутателадзе С.С, Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. Москва: Энергоиздат, 1985. 320 с.
  22. Плотников Л.В. Нестационарные тепломеханические процессы в системах газообмена поршневых двигателей с турбонаддувом: монография / под общ. ред. Б.П. Жилкина, Ю.М. Бродова. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2020. 204 с.
  23. Плотников Л.В., Жилкин Б.П. Особенности термомеханики потоков газа в выпускном тракте поршневого двигателя при разных газодинамических условиях // Инженерно-физический журнал. 2021. Т. 94. № 3. С. 707–714.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024