Расчет_поршня_(ТС_НДС) (Раздаточные материалы)

2017-12-27СтудИзба

Описание файла

Файл "Расчет_поршня_(ТС_НДС)" внутри архива находится в папке "Раздаточные материалы". Документ из архива "Раздаточные материалы", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "основы автоматизированного проектирования (оап)" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "основы автоматизированного проектирования (сапр)" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "Расчет_поршня_(ТС_НДС)"

Текст из документа "Расчет_поршня_(ТС_НДС)"

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Домашнее задание № 1

по предмету "КОНСТРУИРОВАНИЕ ДВС"

Расчет теплового состояния поршня бензинового

двигателя 4ЧН 9.5/7.1

Студент: Сорокин С. Н.

Руководитель: Краснокутский А. Н.

Москва 2004

  1. Расчет теплового состояния поршня.

Расчет теплового состояния поршня на установившемся режиме работы двигателя заключается в определении его температурного поля.

Суммарный теплообмен между газом и головкой поршня конвекцией и излучением характеризуется коэффициентом  = 1 теплоотдачи и результирующей температурой Тг_рез газа по теплоотдаче. При этом рассматриваются осредненные за цикл локальные значения 1 и Тг, что относится и к другим теплонапряженным деталям двигателя. Если не учитывать локальность параметров теплообмена по поверхности поршня, то можно допустить существенную ошибку при определении его теплового состояния.

    1. Определение расчетной модели и типа конечного элемента.

Для расчета теплового состояния поршня использовался универсальный пакет AnSys 8.0. Эта программа позволяет реализовать метод конечных элементов в трехмерной постановке.

В этой работе исследуется поршень бензинового авиационного двигателя 4ЧН 9.5/7.1. На трехмерной модели этого поршня базируется расчетная модель. Так как поршень является фигурой вращения, то для визуального наблюдения распределения температурного поля внутри поршня и в целях экономии аппаратных средств, взята только четверть детали (рис. 1).

Рис. 1 Трехмерная модель поршня

При построении расчетной модели не учитывались следующие факторы:

  • овально – бочкообразная форма поршня

  • литейные приливы

В качестве типа элемента выбран трехмерный 20ти узловой Solid90

    1. Определение свойств материала.

Для данного поршня взят материал: Алюминиевый сплав АК4. Его свойства приведены в таблице 1.

Таблица 1

Параметр

Температура, [К]

273

373

473

573

673

Плотность, [кг/м3]

2770

Модуль упругости, [Па]10-10

7.3

7.1

6.7

6.1

5.3

Теплопроводность, [Вт/(мК)]

190

198

206

214

222

Коэффициент Пуассона

0.33

    1. Задание граничных условий.

Для определения температурных полей поршня используем граничные условия третьего рода (задание коэффициента теплоотдачи  и температуры на поверхности Тг).

Для определения ГУ со стороны камеры сгорания наибольшее распространение получила формула Вошни, которая определяет коэффициент теплоотдачи  от индикаторной диаграммы, скорости поршня, температуры газа и давления прокрутки.

Несмотря на значительные колебания, как коэффициента теплоотдачи , так и температуры Тг, в течении цикла колебания температур в деталях ЦПГ крайне незначительные.

Температурное поле и теплообмен на установившемся режиме работы двигателя принимают условно стационарными. Условия осреднения коэффициента теплоотдачи , и температуры Тг:

Полученные значения , и Тг_рез необходимо распределить по радиусу камеры сгорания в зависимости от ее типа.

Значения параметров , и Тг_рез, взяты из расчета рабочего процесса двигателя. Расчет проводился в программе Дизель – 4Т. Результаты расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2

───────────────── МОЩНОСТНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ───────────────

5000.0 - n - Частота вращения коленчатого вала, 1/мин

63.531 - Ne - Mощность, кВт

15.173 - Pe - Cреднее эффективное давление, бар

.05607 - qc - Цикловая подача топлива, г

.27115 - ge - Удельный эффект. расход топлива, кг/(кBт*ч)

.30175 - Eta_e - Эффективный KПД

17.490 - Pi - Cреднее индикаторное давление, бар

.34554 - Eta_i - Индикаторный KПД

2.2692 - Pтр - Давление трения, бар

.87327 - Eta_mex. - Mеханический KПД

───────────────────── ПАРАМЕТРЫ ОКРУЖАЩЕЙ СРЕДЫ ─────────────────────

3.5000 - Н_ур.мор - Высота над уровнем моря, км

655.00 - W_полета - Скорость полета, км/час

.73045 - Ро* - Давление заторм. потока, бар

287.18 - То* - Температура заторможенного потока, К

.71488 - Pот - Статическое давление за турбиной, бар

.72315 - Ро_вх* - Давление заторм. потока за фильтром, бар

──────────────────────── НАДДУВ И ГAЗOOБMEH ─────────────────────────

1.3429 - Pк - Давление наддува, бар

303.15 - Tк - Tемпература наддувочного воздуха, K

.06953 - Gair - Pасход воздуха через цилиндры двиг., кг/с

.50160 - КПД_тк - KПД агрегата наддува

1.0559 - Pr* - Среднее давление перед турбиной, бар

1198.6 - Tr* - Cредняя температура перед турбиной, K

.07425 - Ggas - Pасход O.Г. через цилиндры двиг., кг/с

1.0000 - Alfa_sum - Kоэфф. избытка воздуха суммарный

.05259 - Pнх - Среднее давление насосных ходов, бар

1.0840 - Eta_v - Kоэффициент наполнения

.00678 - Gamma_r - Kоэффициент остаточных газов

1.0526 - Fi - Kоэффициент продувки

.00000 - G_забр.% - % заброса O.Г. во впускной коллектор

.00000 - G_утеч.% - % утечек через поршневые кольца

──────────────────────── BПУCKHOЙ KOЛЛEKTOP ─────────────────────────

1.3550 - Ps - Среднее давление во впуск. коллект., бар

306.11 - Ts - Средн. температ. во впуск. коллект., K

307.11 - Tws - Cредняя температура стенки вп. колл., K

137.86 - Alfa_ws - Kоэфф. теплоотдачи во вп. колл., Bт/(м2*K)

111.16 - Alfa_wsc - Kоэфф. теплоотд. в клап.канале, Bт/(м2*K)

──────────────────────── BЫПУCKHOЙ KOЛЛEKTOP ────────────────────────

1.0217 - Pr - Среднее статическое давление O.Г., бар

1190.0 - Tr - Cредняя статическая температура O.Г., K

154.77 - Wr - Cредняя скорость газа, м/с

1101.4 - Twr - Cредняя температура стенки вып. колл., K

418.57 - Alfa_wr - Kоэфф. теплоотдачи в вып. колл., Bт/(м2*K)

580.44 - Alfa_wcr - Kоэфф. теплоотд. в клап.канале, Bт/(м2*K)

─────────────────────────────── CГOPAHИE ────────────────────────────

0.9500 - Alfa - Kоэффициент избытка воздуха при сгорании

73.901 - Pz - Mаксимальное давление цикла, бар

2399.0 - Tz - Mаксимальная температура цикла, K

16.000 - Fi_pz - Угол максимального давления, град. за BMT.

23.000 - Fi_tz - Угол максимальн. температуры, ---- / ----

2.8551 - dP/dFi - Maкс. скор. нарастания давл., бар/град.

21.000 - Fi_опер - Oпережение впрыска / зажигания, град.до BMT

.28900 - Fi_задер.- Период задержки воспламен. в цилиндре, град.

49.000 - Fi_горeн.- Продолжительность сгорания, град.п.к.в.

3.0000 - m_v - Показатель сгорания в цилиндре по Вибе

80.220 - Октан.чсл- Мин. октановое число топлива -грань детонац

───────────────── ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛООБМЕНА ЦИЛИНДРА ────────────────────


1295.3 - T_ср. - Средняя эквивалентная температура цикла, K

501.96 - Alfa_w - Cр. коэфф. теплоотд. от газа к стен,Bт/м2/K

574.73 - Tw_поршн - Cредн. температура огневого днища поршня, K

428.00 - Tw_втулк - Cредн. температ. огневой поверхн. втулки, K

560.91 - Tw_крышк - Cредн. температ. огневой поверхн. крышки, K

392.43 - Tw_охл - Cредн. температура со стороны охлаждения

крыш крышки цилиндра, K

399.39 - Tкип. - Температ.кипения в сист. жид. охлаждения, К

11363. - Alf_w_охл- Cредн. коэфф. теплоотдачи [Bт/(м2*K)] от

стенки крышки цилиндра к охлажд. среде.

2612.3 - q_крышки - Тепловой поток в крышку цилиндра, Дж/с

2452.6 - q_поршня - Тепловой поток в поршень, Дж/с

2730.4 - q_цилинд.- Тепловой поток во втулку цилиндра, Дж/с

────────────── ПAPAMETPЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ──────────────

8.5000 - Степ.сжат- Степень сжатия

70.000 - Нач.вып. - Начало выпуска, град. до НMT (ВПуск. вала)

48.000 - Кон.вып. - Конец выпуска, град. за ВMT (ВПуск. вала)

50.000 - Нач.впуск- Начало впуска, град. до ВMT (ВПуск. вала)

45.000 - Кон.впуск- Конец впуска, град. за НMT (ВПуск. вала)

─────── ПAPAMETPЫ КОМПРЕССОРА ступени высокого давления ─────────────

.00000 - n_квд - Частота вращения ротора, 1/мин

19.555 - N_квд - Mощность, кBт

.76000 - КПД_квд - Адиабатный КПД

.96000 - КПДм_квд - Механический КПД

.15419 - G_квд - Расход воздуха, кг/с

3.4781 - Gпр_квд - Расход воздуха приведенный

.00000 - n.пр_квд - Частота вращения ротора (приведенная)

2.7500 - П_квд - Степень повышения давления

.00000 - K.пи_квд - Коэффициент Кпи

.75973 - Ро_квд - Полное давление на входе, бар

286.18 - То_квд - Температура торможения на входе, К

2.0893 - Рк*"квд - Полное давление за компрессором, бар

412.37 - Тк*"квд - Температура торможения за компрессором, К

.70000 - Eохл_квд - Эффективность охладителя воздуха

286.18 - Tохл_квд - Температ. охл. агента в охладит. воздуха, К

2.0793 - Рк*_квд - Давление наддува, бар

324.04 - Тк*_квд - Температура наддувочного воздуха, К

──────────── ПAPAMETPЫ ТУРБИНЫ ступени высокого давления ────────────

.00000 - n_твд - Частота вращения ротора, 1/мин

19.578 - N_твд - Mощность с учетом мех. КПД, кBт

.78125 - КПД_твд - Адиабатный КПД

.96000 - КПДм_твд - Механический КПД

.15826 - G_твд - Расход газа, кг/с

2.4137 - Gпр_твд - Расход газа приведенный

.00000 - n.пр_твд - Частота вращения ротора приведенная

2.6610 - П_твд - Перепад давления

19.933 - В_твд - Относительная работа

1.7293 - Рт*_твд - Полное давление на входе, бар

677.88 - Тт*_твд - Температура торможения на входе, К

.64989 - Ро_твд - Противодавление за турбиной, бар

560.74 - То_твд - Температура газа за турбиной, К

Для наложения граничных условий на трехмерную модель поршня его поверхность была разбита (рис. 3, 4) на секции (рис. 2). Для каждой секции применены граничные условия (таблица 3).

Рис. 3 Разбиение поверхности поршня на секции

Таблица 3

, [Вт/м2К]

Тг, [К]

, [Вт/м2К]

Тг, [К]

1

650

1295

16

20000

491

2

600

1295

17

300

485

3

570

1295

18

15000

481

4

530

1295

19

150

478

5

530

1295

20

20000

475

6

460

1295

21

300

470

7

410

1295

22

15000

465

8

350

1295

23

5000

460

9

320

1295

24

4818

448

10

150

693

25

4636

440

11

150

615

26

4454

433

12

20000

530

27

4273

426

13

300

530

28

4091

415

14

15000

522

29

3909

410

15

150

500

30

3727

405

31

3545

401

35

2200

365

32

3364

396

36

2100

363

33

3182

390

34

3000

385

Примечание: Охлаждение днища поршня осуществляется опрыскиванием маслом, подаваемым через специальную масляную форсунку.

    1. Результаты расчета.

После задания свойств материала, типа расчета и вида элемента произведена разбивка поршня на конечные элементы (рис. 5), с последующим наложением граничных условий.

Рис. 5 Разбивка поршня на конечные элементы

На основе теплового расчета (рис. 6, 7), были получены температуры в наиболее значимых точках поршня (таблица 4).

Таблица 4

Температура Т, [С]

Поршня

Предельная

Максимальная

282

340…360

В районе первого поршневого кольца

230…240

220…250

Минимальная

101

Рис. 6 Температурное поле поршня

Рис. 7 Температурное поле днища поршня и области поршневых колец

Результаты расчета:

Температура в зоне первого поршневого кольца – 507.9К=234.9 °С (максимально допустимая - 250 °С).

Температура максимальная – 545.778К=272.778 °С (максимально допустимая – 360 °С).

    1. Вывод

На основе полученных данных можно утверждать, что конструкция поршня работоспособна в данных рабочих условиях.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5057
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее