Влияние конструкции головки цилиндра двигателя на газодинамику и теплоотдачу стационарных потоков газа во впускной системе


Авторы

Плотников Л. В.1*, Григорьев Н. И.2**, Шурупов В. А.1***, Файзуллин М. З.2

1. Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002, Россия
2. Институт теплофизики Уральского отделения Российской академии наук, ул. Амундсена, 107а, Екатеринбург, 620016

*e-mail: leonplot@mail.ru
**e-mail: noelll@bk.ru
***e-mail: shurupov.vladislav@yandex.ru

Аннотация

В статье рассматривается влияние разных конструкций головки цилиндров на газодинамические и теплообменные характеристики потоков воздуха во впускной системе модели поршневого двигателя. Установлено, что применение модернизированных головок цилиндров вызывает рост степени турбулентности потока во впускной трубе в среднем на 13,5 %. При этом, выявлено, что увеличение степени турбулентности потока в цилиндре составляет около 19 % при установке новых конструкций головки цилиндров. Показано, что имеет место повышение коэффициента теплоотдачи во впускной трубе на 10–40 % при установке во впускную систему модернизированных головок цилиндров. В статье обсуждаются прикладные вопросы роста степени турбулентности и интенсификации теплоотдачи потока воздуха во впускной системе применительно к эксплуатационным характеристикам поршневых двигателей.

Ключевые слова:

поршневой двигатель, головка цилиндров, профилированный канал, профилированный клапан, стационарный поток воздуха, степень турбулентности, интенсивность теплоотдачи

Список источников

  1. Druzhinin A.M. Piston Engines of the New Generation (Without turbo supercharging). Ekaterinburg: Ridero, 2018. 130 р.

  2. Breeze P. Piston Engine-Based Power Plants. USA: Academic Press, 2017. 95 p.

  3. Harazi M.F.A., Hairuddin A.A., As’arry A. et al. Effects of Different Throttle Opening and Air Intake Lengths on the Volumetric Efficiency of SI Engine Using 1D Simulation Method // Pertanika Journal of Science and Technology. 2024. Vol. 32. № 4. pp. 1481–1500.

  4. Hemanandh J., Ganesan S., Rangabashiam D. et al. Robust design approach for intake manifold of the 1 litre turbo charger intercooler diesel engines // International Journal of Ambient Energy. 2020. Vol. 41. № 11. pp. 1214–1226.

  5. Ali M.H.A., Razlan Z.M., Bakar S.A. et al. Impact of Intake Manifold Geometry on Power and Torque: A Simulation-Based Study // Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2025. Vol. 128. № 1. pp. 169–180.

  6. Плотников Л.В., Комаров О.В., Недошивина Т.А. и др. Стационарная газодинамика и теплоотдача потока в выпускных трубопроводах с разными формами поперечного сечения (применительно к поршневым дви-гателям) // Тепловые процессы в технике. 2024. Т. 16. № 5. С. 241–249.

  7. Demir U., Cetinkaya O., Turkmen A.C. et al. Experimental Investigation of Intake Manifold Design Effect on Diesel Engine Performance // International Journal of Automotive Science and Technology. 2022. Vol. 6. № 2. pp. 127–134.

  8. Luong G.H., Vo C.T., Hoang D.N. Impact of Helical Intake Manifold Geometries on Swirl Generation in Cylinder of Small Diesel Engine // Mechanisms and Machine Science. 2025. Vol. 177. pp. 104–113.

  9. Wang G., Yu W., Li X. et al. Influence of fuel injection and intake port on combustion characteristics of controllable intake swirl diesel engine // Fuel. 2020. Vol. 262.

  10. Dziubak T., Karczewski M. Experimental Study of the Effect of Air Filter Pressure Drop on Internal Combustion Engine Performance // Energies. 2022. Vol. 15. № 9.

  11. Pranoto S., Ubaidillah, Lenggana B.W. et al. Fluid Flow Analysis at Single and Dual Plenum Intake Manifolds to Reduce Pressure Drops Using Computational Approach // Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2022. Vol. 97. № 1. DOI: 10.37934/ arfmts.97.1.112

  12. Pahmi A., Hisyam Basri M., Mustaffa M.E. et al. Intake pressure and brake mean effective pressure analysis on various intake manifold design // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1349. № 1.

  13. Popov I.A., Zhukova Y.V., Gureev V.M. et al. Numerical Simulation of Air Intake of Aviation Piston Engines // Russian Aeronautics. 2024. Vol. 67. № 3. pp. 625–633.

  14. Saaidia R., Ghriss O., Koten H. et al. Effects of intake manifold geometry in H2 & CNG fueled engine Combustion // Journal of Thermal Engineering. 2024. Vol. 10. № 1. pp. 153–163.

  15. Zhang J., Wang S., Wang Z. et al. Investigation of intake and exhaust performance in heavy-duty diesel engines with variable Miller cycle // Applied Thermal Engineering. 2025. Vol. 265.

  16. Galambos S.L., Nikolic N.M., Ruхic D.A. et al. An Approach To Computational Fluid Dynamic Air-Flow Simulation In The Internal Combustion Engine Intake Manifold // Thermal Science. 2020. Vol. 24(1A). pp. 127–136.

  17. Wang C., Wei M., Li B. et al. Study and analysis of intake and exhaust system of electric turbocharged aviation piston engine // Journal of Aerospace Power. 2025. Vol. 40. № 2.

  18. Kim Y.-J., Yoon A.-S., Lee C.-E. Validation of CFD Analysis on Flow and Combustion Characteristics for a GP3 Rotary Engine // Energies. 2025. Vol. 18. № 4.

  19. Плотников Л.В., Плотников О.А., Сергеев Г.Д. Влияние диаметра впускного коллектора на нестационарную газодинамику и теплоотдачу пульсирующих потоков применительно к поршневому двигателю // Тепловые процессы в технике. 2025. Т. 17. № 3. С. 130–139.

  20. Plotnikov L.V. Gas dynamics and heat exchange of stationary and pulsating air flows during cylinder filling process through different configurations of the cylinder head channel (applicable to piston engines) // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2024. Vol. 233.

  21. Plotnikov L., Plotnikov I., Osipov L. et al. An Indirect Method for Determining the Local Heat Transfer Coefficient of Gas Flows in Pipelines // Sensors. 2022. Vol. 22. № 17.

  22. Arabkhalaj A., Verwey C., Birouk M. Experimental study of butanol droplet combustion in a turbulent, elevated-pressure environment // Combustion and Flame. 2025. Vol. 276. 

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025