Стационарная газодинамика и теплоотдача потока в выпускных трубопроводах с разными формами поперечного сечения (применительно к поршневым двигателям)


Авторы

Плотников Л. В.1*, Комаров О. В.1, Недошивина Т. А.1, Савин М. А.2

1. Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002, Россия
2. Уральский институт Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, Екатеринбург, Россия

*e-mail: leonplot@mail.ru

Аннотация

Рассматривается влияние формы поперечного сечения трубопровода на аэродинамику, газодинамическую структуру и теплоотдачу стационарных потоков в цилиндре и выпускной системе поршневого двигателя при разных расходах воздуха. Установлено, что форма поперечного сечения выпускного трубопровода практически не оказывает влияния на распределение потока внутри цилиндра. Структура потока в квадратном и треугольном трубопроводах имеет существенные отличия от круглой конфигурации. Выявлено, что имеет место снижение степени турбулентности потока в выпускной системе на 36 % при использовании профилированных труб. Определено, что применение квадратных и треугольных труб вызывает уменьшение коэффициента теплоотдачи в выпускной системе до 34 %.

Ключевые слова:

поршневой двигатель, система выпуска, структура потока, газодинамика и теплоотдача, квадратный и треугольный каналы, экспериментальный стенд

Библиографический список

  1. Reitz R.D., Ogawa H., Payri R., Fansler T. et al. IJER editorial: The future of the internal combustion engine // International Journal of Engine Research. 2020. Vol. 21(1). Р. 3–10.
  2. Mavrigian M. Performance Exhaust Systems: How to Design, Fabricate, and Install. USA: CarTech, 2014. 144 p.
  3. He F., Feng X., Pan Z., Zhou G., Lu Y. Research and Optimization on the Exhaust Flow Characteristics Based on Energy-Splitting Method of the Low-Speed Marine Diesel Engine // Journal of Energy Resources Technology, Transactions of the ASME. 2024. Vol. 146(1). Article number 011701.
  4. Moses L.S., Rahman M.T.A., Adom A.H., Jamir M.R.M., Nawi M.A.H.M., Basha M.H. An Analysis of The Material and Design of an Exhaust Manifold for A Single-Cylinder Internal Combustion Engine // Journal of Advanced Research in Applied Sciences and Engineering Technology. 2023. Vol. 30(2). Р. 163–175.
  5. Kalita U., Singh M. Aerodynamic Performance Analysis of Muffler Used in Exhaust System of Automotive Vehicles // AIP Conference Proceedings. 2023. Vol. 2800(1). Article number 020049.
  6. Aziz N.A., Rahman M.T.A., Amin N.A.M., Majid M.S.A., Rojan A., Nasir N.F.M., Rahman Y.M.N. Design and analysis of exhaust manifold for a singlecylinder internal combustion engine (ICE) // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 765(1). Article number 012083.
  7. Sapra H., Godjevac M., Visser K., Stapersma D., Dijkstra C. Experimental and simulation-based investigations of marine diesel engine performance against static back pressure // Applied Energy. 2017. Vol. 204. Р. 78–92.
  8. Sawant P., Warstler M., Bari S. Exhaust tuning of an internal combustion engine by the combined effects of variable exhaust pipe diameter and an exhaust valve timing system // Energies. 2018. Vol. 11(6). Article number 1545.
  9. Kim J., Chiong M.S., Rajoo S. Effect of Turbine Upstream Geometry on Pulsating Flow and Turbocharged Si-Engine Performance // International Journal of Automotive Technology. 2023. Vol. 24(2). Р. 527–539.
  10. Hong B., Venkataraman V., Mihaescu M., Cronhjort A. Crank angle-resolved mass flow characterization of engine exhaust pulsations using a Pitot tube and thin-wire thermocouples // Applied Thermal Engineering. 2024. Vol. 236. Article number 121725.
  11. Hassan M.A.S.M., Razlan Z.M., Bakar S.A., Rahman A.A., Rojan M.A., Wan W.K., Ibrahim Z., Ishak A.A., Ridzuan M.J.M. Derivation and validation of heat transfer model for Spark-Ignition engine cylinder head // Applied Thermal Engineering. 2023. Vol. 225. Article number 120240.
  12. Ouyoussef N., Moustabchir H. Predicting Fracture Placement and Analyzing Fatigue Life in Exhaust Manifold Systems Using Finite Element Analysis // Journal Europeen des Systemes Automatises. 2023. Vol. 56(3). Р. 493–499.
  13. Basaran H.U., Ozsoysal O.A. Effects of application of variable valve timing on the exhaust gas temperature improvement in a low-loaded diesel engine // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 122. Р. 758–767.
  14. Ouyang T., Pan M., Tan X., Li L., Huang Y., Mo C. Power prediction and packed bed heat storage control for marine diesel engine waste heat recovery // Applied Energy. 2024. Vol. 357. Article number 122520.
  15. Zhilkin B.P., Larionov I.D., Shuba A.N. Applications of an infrared imager for determining temperature fields in gas flows // Instruments and experimental techniques. 2004. Vol. 4. P. 545–546.
  16. Plotnikov L. A Thermal Anemometry Method for Studying the Unsteady Gas Dynamics of Pipe Flows: Development, Modernisation, and Application // Sensors. 2023. Vol. 23(24). Article number 9750.
  17. Плотников Л.В., Григорьев Н.И., Осипов Л.Е., Десятов К.О. Расчетно-экспериментальная оценка интенсивности теплоотдачи стационарных потоков газа в трубах с разными поперечными сечениями с учетом турбулизации течения // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 5. С. 218–224.
  18. Плотников Л.В., Шурупов В.А., Следнев В.А., Давыдов Д.А., Красильников Д.Н. Стационарная термогазодинамика потоков в цилиндре и выпускной системе поршневого двигателя // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2023. Т. 25. № 1. С. 130–142.
  19. Terekhov V.I. Heat Transfer in Highly Turbulent Separated Flows: A Review // Energies. 2021. Vol. 14. Article number 1005.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024