Модель двигателя внутреннего сгорания: Действующие модели двигателей внутреннего сгорания HM01D и HM12

Содержание

Функциональная модель двигателя внутреннего сгорания

Концепция проекта

В настоящее время существует большое количество компоновочных схем поршневых двигателей, которые имеют свои плюсы и минусы в зависимости от назначения энергетической установки, на которую они устанавливаются. Поэтому инженеру на начальном этапе необходимо правильно выбрать основные конструктивные и технические характеристики ДВС, которые бы максимально удовлетворяли требованиям заказчика.

В проекте разрабатывается макет двигателя внутреннего сгорания и провести оптимизацию конструкции в соответствии с требованиями заказчика. В частности, необходимо адаптировать конструкцию и характеристики двигателя к конечному объекту заказа (дизель-генератору, дизель-редуктору, тепловозу, карьерному самосвалу, энергетической установке и т.д.).

 

Цели и задачи проекта

Цель проекта: создание функционирующей модели поршневого двигателя внутреннего сгорания из макетных материалов.

Задачи проекта:

1.      Подготовка и анализ технического проекта, технических требований и технического задания.

2.      Анализ рынка, выбор конструкции, разработка эскизного проекта.

3.      Определение технологии изготовления макета, разработка технического проекта.

4.      Разработка рабочей конструкторской документации.

5.      Изготовление макета, проведение испытаний.

6.      Итоговый анализ проделанной работы, защита проекта

 

Планируемые результаты проекта

В результате работы над проектом будет пройден полный жизненный цикл создания изделия от технического задания до изготовления макета поршневого ДВС, его испытаний и разработки проекта утилизации. В ходе работы будет разработано техническое задание на макет ДВС, получена конструкторская документация (чертежи на основе 3D-моделирования, выполнены необходимые расчеты) и технологическая документация, а также изготовлен функционирующий макет поршневого двигателя с помощью 3D-принтера и лазерного станка с ЧПУ. На завершающем этапе будут проведены испытания макета и проведена защита выполненной работы.

Разборка двигателя внутреннего сгорания — HPI Racing

В этом разделе мы шаг за шагом покажем вам, как разобрать и собрать ваш двигатель. Для примера на фотографиях здесь показан двигатель Nitro Star 15FE, однако эти шаги по разборке и сборке мотора идентичны для любого автомодельного двухтактного двигателя, который используется на радиоуправляемых машинах. В таблицах ниже будут указаны номера деталей, рекомендуемых для моторов марки HPI. Если ваш двигатель не относится к моторам марки HPI, номера деталей будут другие.
Прежде всего, необходимо снять двигатель с модели. Любой двигатель со временем требует капремонта (как правило, капремонт производится после того, как будет израсходовано 1 — 3 галлона топлива, в зависимости от того, как вы заботились, обслуживали и эксплуатировали ваш двигатель). Если вы собственноручно собирали свою модель, проблем по демонтажу двигателя с шасси у вас не возникнет. Если вы владелец готовой к запуску машины, найдите в инструкции по эксплуатации раздел, в котором описывается процесс установки двигателя и посмотрите, что следует сделать, чтобы снять двигатель. Демонтаж двигателя с модели выходит за рамки данной инструкции, у разных машин демонтаж мотора может иметь индивидуальные нюансы, поэтому мы рекомендуем обратиться к инструкции к вашей машине, чтобы ознакомиться с процессом демонтажа.

Следующим шаг, это подготовка необходимых инструментов. На картинке ниже, в правом верхнем углу вы можете видеть двигатель (15FE), а ниже расположены инструменты, которые вам понадобятся. В перечень инструментов включены острогубцы, крестовые отвертки № 1 и № 2 (с закаленными наконечниками) и шестигранный ключ 2.5мм.
После того, как вы извлекли двигатель из машины, вы можете решить, какие детали вы хотите заменить, например: маховик, коленвал, поршневой палец и шатун. Чтобы узнать номера деталей, которые вы будете заказывать в ближайшем хобби магазине, обратитесь к таблице. Если вы решили заменить маховик, вам понадобится тюбик специальной смазки, которая поставляется с комплектом Nitro модели или ее эквивалент.

Мы настоятельно рекомендуем использовать отвертки с закаленными наконечниками, это  уменьшит вероятность повреждения головок винтов и, в то же время, такие отвертки прослужат гораздо дольше, чем обычный бытовой инструмент.

К деталям, которые, как правило, требуют замены, относится: цилиндр и поршень, прокладки головки и задней крышки двигателя. Убедитесь, что вы приобрели правильную поршневую пару (поршень/цилиндр) и набор прокладок соответствующего размера. Для определения правильных номеров деталей, пожалуйста, обратитесь к инструкции для вашего двигателя. Если у вас есть все необходимые детали для ремонта мотора, вы можете приступить к разборке мотора.

Сначала определите тип винтов крепления головки двигателя. На моторе Nitro Star Pro 15FE для фиксации головки двигателя используются винты с головкой под крестовую отвертку # 2, другие двигатели могут использовать винты с головкой под шестигранные ключи, поэтому, прежде, чем откручивать винты, убедитесь, что вы выбрали инструмент правильного размера. В нашем случае очень важно использовать именно крестовую отвертку # 2, а НЕ # 1. Если вы будете использовать отвертку # 1 или другого, не подходящего размера, вы повредите головку винтов. Пожалуйста, обратите внимание, в данном примере показан двигатель HPI 15FE! Ваш двигатель может быть другого типа или марки, но процесс будет выглядеть так же. Главное, не забудьте определить тип и размер головок винтов, которые необходимо выкрутить и подберите для этого соответствующий инструмент. Винты крепления головки двигателя 15FE могут иметь другой тип головки винта, но их расположение будет таким же, как и на вашем двигателе.

Используя соответствующий качественный инструмент (крестовую отвертку или шестигранный ключ), выкрутите винты крепления головки двигателя. Положите винты в пластиковую или картонную коробку, и поставьте ее в стороне в удобном месте. Если винты упадут со стола и потеряются, вам придется тратить время на поиски или приобретение новых винтов!

Теперь снимите головку двигателя и отложите ее в сторону. Запомните, в каком положении была установлена головка двигателя. Важно запомнить, в каком направлении были ориентированы ребра охлаждения головки мотора, чтобы позже, после того, как вы установите двигатель на модель, вам не пришлось менять положение головки двигателя. 

 

Модель двигателя внутреннего сгорания в школьном классе

Корзина Купить!

Изображение помещёно в вашу корзину покупателя.
Вы можете перейти в корзину для оплаты или продолжить выбор покупок.
Перейти в корзину…

удалить из корзины

Размеры в сантиметрах указаны для справки, и соответствуют печати с разрешением 300 dpi. Купленные файлы предоставляются в формате JPEG.

¹ Стандартная лицензия разрешает однократную публикацию изображения в интернете или в печати (тиражом до 250 тыс. экз.) в качестве иллюстрации к информационному материалу или обложки печатного издания, а также в рамках одной рекламной или промо-кампании в интернете;

² Расширенная лицензия разрешает прочие виды использования, в том числе в рекламе, упаковке, дизайне сайтов и так далее;

Подробнее об условиях лицензий

³ Лицензия Печать в частных целях разрешает использование изображения в дизайне частных интерьеров и для печати для личного использования тиражом не более пяти экземпляров.

Пакеты изображений дают значительную экономию при покупке большого числа работ (подробнее)

Размер оригинала: 5616×3744 пикс. (21 Мп)

Указанная в таблице цена складывается из стоимости лицензии на использование изображения (75% полной стоимости) и стоимости услуг фотобанка (25% полной стоимости). Это разделение проявляется только в выставляемых счетах и в конечных документах (договорах, актах, реестрах), в остальном интерфейсе фотобанка всегда присутствуют полные суммы к оплате.

Внимание! Использование произведений из фотобанка возможно только после их покупки. Любое иное использование (в том числе в некоммерческих целях и со ссылкой на фотобанк) запрещено и преследуется по закону.

Разработка и конструирование двигателя внутреннего сгорания с использованием 3D-принтера

Актуальность

Традиционное производство из металлов очень расточительно. Например, в авиапромышленности до 90 % материалов уходит в отходы. Выход продукции в некоторых отраслях составляет не более 30 % от использованного материала.

3D-печать металлами потребляет меньше энергии и сокращает количество отходов до минимума. Кроме того, готовое 3D-изделие может быть до 60 % легче по сравнению с фрезерованной или литой деталью. Одна лишь авиационная промышленность сэкономит деньги на топливе за счёт снижения массы конструкции.

Цель

Изготовление двигателя внутреннего сгорания и проверка его работоспособности.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

— Сканер RangeVision Specrtum.

— 3D-принтер Fromlabs form 3L.

— Металлический порошок для 3D-печати Sintratec TPE.

— 3D-принтер Ultrabase Pro.

— Микрометр BSide.

Описание

Двигатель разрабатывался следующим образом:
— создавались чертежи деталей двигателя в программе Autodesk;
— создавались чертежи в программе SolidWorks для печати шестерни и корпуса воздушного фильтра на 3D-принтере;
— сканировался рычаг регулировки оборотов при помощи сканера RangeVision Specrtum;
— производилась печать рычага регулировки оборотов;
— выполнялась сборка деталей;
— проверялась работоспособность двигателя.

Результаты работы/выводы

На основании проведённого исследования и анализа существующих аналогов разработан двигатель внутреннего сгорания, который обладает основными характеристиками (объёмом двигателя, ёмкостью топливного бака, расходом топлива, системой запуска, расположением вала) и отличается от представленных моделей малой массой (на 1 кг меньше по сравнению с похожими моделями) и способом изготовления деталей (напечатаны на 3D-принтере).

Перспективы использования результатов работы

Работа может быть продолжена усовершенствованием двигателя внутреннего сгорания печатью крышки картера для уменьшения его массы и установкой двигателя на мотоблок.

Награды / достижения

  • XXVIII Открытая московская инженерная конференция школьников «ПОТЕНЦИАЛ» – диплом III степени
  • Юные техники и инженеры 2020» – победитель

Мнение автора

«На мой взгляд, 3D-моделирование только начинает набирать популярность среди разных промышленных компаний, потому что такие детали намного легче по сравнению с литьём и фрезеровкой. Поэтому школьникам стоит изучать 3D-моделирование, ведь за ним будущее!

За два года в Инженерном классе я получил только положительные эмоции и знания. Желаю процветания и развития этому проекту! Я был очень рад представить работу на научно-практической конференции «Инженеры будущего». Такие конференции дают возможность рассказать о своих идеях, показать то, что получается делать. Это возможность получить от экспертов замечания, комментарии, предложения по улучшению. Очень интересно увидеть работы других.

В этом году не было возможности увидеть очно, интересно будет познакомиться с работами школьников на сайте конференции. Обязательно буду участвовать ещё в этой конференции»

Комплект для сборки двигателя

| Комплекты для сборки модели двигателя

Наши комплекты моделей двигателей — это модели двигателей своими руками, которые вам нужно собирать для дальнейшего использования, что увеличивает удовольствие, и вы можете освоиться со всей его структурой и развитием. Это потрясающе и наполнено опытом. И вам нужно сохранить хорошую ситуацию, чтобы иметь такую ​​для встречи или мероприятия. В наших модельных наборах двигателей устройства соединены внутри пакета, это важно для встреч, поэтому отдельные части должны собирать отдельные части.Весь цикл близок к мероприятию экспертной реформистской системы усовершенствования. Это ошеломляет и наводняет опыт.

Эти комплекты для самостоятельного изготовления двигателей более очевидны в плане универсальности по сравнению с ограниченным двигателем и двигателем Стирлинга. Некоторые покупатели могут использовать самодельный двигатель для семейной скороварки, а семейная скороварка вытесняет гигантскую, разумную для использования на улице.

Наши наборы для самостоятельной сборки двигателей воплощают в себе блестящее мастерство, когда весь двигатель сделан из металла, с прецизионным циклом проектирования с ЧПУ, оксидированием алюминиевого композита, выглядит неуверенно.Представлен механический инструмент, и разумная мера передачи ясна с самого начала, и проявляется механическая необъятность мышления и силы. Он идеально подходит для благословения игрового плана.

Это самый забавный комплект для сборки модели двигателя, в котором мотор состоит из сотен деталей, так как весь сборщик занимает около 3 часов. Собираясь вместе, вам понравится рабочая конструкция автомобиля. Сложность 4.0 звезды. И в то же время вы можете бросить вызов себе и заявить о себе.

У двигателя Diy есть свой принцип, как и у электродвигателя, он работает с электродвигателями и сотнями литиевых батарей, все они находятся в состоянии полной мощности, которое работает около 30 минут.

Наши наборы Diy engine modeI — отличный выбор в качестве подарка, поскольку они доступны по разумной цене и являются первоклассным сборщиком. Эти комплекты моделей двигателей можно использовать в качестве справочных материалов для самостоятельной работы или в ассортименте двигателей. Кроме того, на невероятно качественной вечеринке это идеальный подарок для себя, друзей, детей, украшений или родственников, им он на 100% понравится.

Это потрясающие и феноменальные вещи на этом препятствии. Его захватывающая дух обертка с благословением делает его аккуратным и наполненным. Он широко используется в качестве шокирующего подарка для детского научного проекта, физического / механического обучения, демонстрационного реквизита педагога в классе, подарка на день рождения для сотрудников, семей, опекунов, детей и т. Д., Огромная часть наших клиентов приходит из школа, за дополнительную плату и так далее.

Мы должны предупредить нашего клиента, что алкогольная лампа, пламя которой составляет всего несколько сантиметров, готова к работе.Бойлер должен использовать иглу для добавления воды и не взбивать 120 мл. Паровой двигатель следует предварительно прогреть в течение 5-10 минут для запуска, а затем повернуть маховик, чтобы он заработал.

Хотя испаритель можно нагреть любым горючим материалом, теплая оценка топливных сдвигов и возрастных нагрузок необычны. Так что крайне далеко, чтобы выбрать высококалорийное топливо для начала длительного использования, например, уголь, щелок, газ, густой газ, нефть. На случай, если вы почувствуете, что колоссальный расход топлива, долгое время потребления, высокая теплотворная способность топлива и сухие дрова, пластик улучшают надежность этого парового двигателя.

Энергии | Бесплатный полнотекстовый | Модель двигателя внутреннего сгорания для проектирования систем комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ)

1. Введение

Технология комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) или когенерации предполагает выработку готовой к использованию тепла и энергии из одного источника топлива [1,2,3 , 4,5]. Чаще всего он включает в себя работу первичного двигателя, такого как внутренний (поршневые двигатели с искровым зажиганием и воспламенением от сжатия, газовые турбины) или внешний (Стирлинг, Ренкин) двигатель внутреннего сгорания, и использует отходящее тепло цикла выработки энергии для целей отопления. тем самым повышая общую эффективность приложения.Из-за потенциала сохранения ресурсов и окружающей среды, а также стремления к автономии электроэнергии, рынок комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) расширяется [6] и начинает проникать в малый жилой сектор, масштаб которого (электрический мощность ниже 10 кВтэ), системы микро-ТЭЦ на базе ДВС в настоящее время являются наиболее востребованными из доступных типов микро-ТЭЦ благодаря использованию устоявшейся, зрелой, высоконадежной технологии, и в то же время характеризуются низкими затратами на приобретение и техническое обслуживание. [1,2,3,7,8,9,10,11,12,13].В то время как двигатели с воспламенением от сжатия (CI) получают широкое распространение в качестве более крупных стационарных электростанций из-за связанных с ними преимуществ, таких как высокая эффективность преобразования топлива и долговечность, тот факт, что природный газ (NG) легко доступен для домашних хозяйств через передачу сети трубопроводов, экологически чистый характер топлива, а также низкая стоимость и адаптируемость двигателей с искровым зажиганием (SI) к работе на природном газе сделали небольшие двигатели SI, работающие на природном газе, предпочтительной технологией для питания большинства доступных в настоящее время Микро-ТЭЦ на базе ДВС.Вышеупомянутое, в сочетании с широким использованием инструментов моделирования для исследования, проектирования и выбора систем ТЭЦ, а также с особым характером когенерационной технологии, создали потребность в быстродействующих математических моделях двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием (SI ICE ), которые прогнозируют как мощность, так и компоненты отходящего тепла. В ответ несколько исследователей разработали ряд квазистационарных моделей ICE и CHP. Voorspools и D’haeseleer [14] показали, что переходное поведение эффективности преобразования топлива двигателя достаточно быстро, чтобы им можно было пренебречь в приложениях моделирования микро-ТЭЦ. , и это отражено в наблюдении, что большинство моделей когенерации, которые встречаются в литературе, относятся к квазистационарному типу.Caresana et al. [7], использовала компоновку моделирования ДВС на основе справочной таблицы, в которой одна справочная таблица возвращала поток топлива, а другая таблица возвращала тепло выхлопных газов как долю химической мощности на входе для заданных комбинаций крутящего момента и скорости двигателя. С другой стороны, параметрическая модель ТЭЦ, доступная в библиотеке программного обеспечения для моделирования здания ESP-r и которая используется в ряде исследований производительности микро-ТЭЦ [2,15,16], основана на полиномиальной аппроксимации. . В соответствии с этим методом моделирования система ТЭЦ моделируется как единый блок, а зависимые от модели переменные, такие как удельный расход топлива тормозами, электрический КПД и отношение тепла к мощности, рассчитываются как полиномиальные функции от коэффициента частичной нагрузки.Другая встреченная полиномиальная модель была использована Cho et al. [17], которые рассчитали электрический КПД системы как функцию электрической выходной мощности генераторной установки, в то время как они предположили, что охлаждающая жидкость и тепло выхлопных газов составляют постоянные доли 0,3 от потребляемой химической мощности. С другой стороны, тепловая характеристика двигателя равна намного медленнее, и по этой причине его часто включают в модели систем когенерации. В одном исследовании тепловые переходные процессы двигателя описываются с помощью полиномиальных функций времени, прошедшего после остановки [2].Келли и др. [15] использовали модель двигателя с переходной тепловой моделью сосредоточенной емкости, в которой один узел представляет двигатель и массы теплообменника, а другой узел представляет массу воды. Что касается переходного режима температуры выхлопных газов, Zavala et al. [18], обнаружили в своих экспериментальных данных, что это может быть адекватно описано линейными передаточными функциями 1-го порядка с AFR, синхронизацией зажигания и частотой вращения двигателя в качестве основных входных данных для модели.

Поскольку большинство приложений моделирования ТЭЦ включает изучение конкретной конструкции системы ТЭЦ или использование модели двигателя на основе усредненной карты на модели ТЭЦ, обнаруженные схемы, описанные выше, оказались очень хорошо подходящими для большинства исследований. .Однако в некоторых случаях, особенно когда модель должна использоваться в приложениях для проектирования систем рекуперации тепла, отделение двигателя от характеристик теплообменника при одновременном сохранении масштабируемости модели двигателя может быть желательной комбинацией характеристик модели.

Основная цель этого документа — разработка макета модели SI ICE для использования в приложениях для определения размеров и проектирования ТЭЦ, особый характер которых может потребовать, чтобы модель двигателя включала поведение всех необходимых компонентов мощности, температуры и расхода. для использования с моделью системы рекуперации тепла, и в то же время характеризуется повышенной масштабируемостью и возможностью подключения к моделям компонентов рекуперации тепла, простотой и низкой вычислительной нагрузкой.

Структура этого документа выглядит следующим образом. Во-первых, в разделе 2 представлена ​​структура модели системы и математические соотношения, которые используются для описания потока мощности между компонентами модели. В разделе 3 описывается процедура сбора необходимых экспериментальных данных и определения требуемых параметров модели. Разработанная модель затем моделируется и проверяется в Разделе 4, а обсуждение результатов моделирования происходит в Разделе 5. Наконец, Раздел 6 содержит выводы этого исследования.

2. Модель системы

Схема связи разработанной модели будет основана на силе, как в такой конфигурации; мощность может использоваться для соединения отдельных подсистем и явлений, которые обрабатывают энергию в нескольких доменах. Кроме того, в отличие от большинства существующих моделей двигателей, основанных на справочных таблицах, основные карты которых включают параметры, которые напрямую связаны с механической мощностью и расходом топлива, разработанная модель будет следовать обратной логике — в отличие от общей схемы, представленной Heß et al.[19] — с помощью которых конкретные подмодели и соответствующие им справочные таблицы предоставляют скорости генерируемых компонентов отходящего тепла, значения которых затем вычитаются из скорости подводимой энергии Q˙in для получения механической выходной мощности Pmech.Heat. входное отверстие для топлива выпускается в камеру сгорания со скоростью Q˙in, и часть его преобразуется в механическую выходную мощность Pmech. Тепло выхлопных газов переносится высокотемпературными выхлопными газами со скоростью Q˙Exh. Конвективное тепло течет от горячего содержимого цилиндра к более холодной массе двигателя со скоростью Q˙conv и, наконец, выделяется в охлаждающую жидкость двигателя, а также в окружающую среду двигателя посредством теплопроводности, конвекции и излучения.Тепло, выделяемое трением со скоростью Q˙fr, рассеивается моторным маслом [20,21]. Эта конфигурация дает исследователю возможность точно настроить три различные подмодели отходящего тепла, чтобы лучше приблизиться к данному двигателю. Упрощенная схема разработанной модели с анализом ее компоновки и основных составляющих подсистем показана на рисунке 1.

ПИ-регулятор использует заданную скорость Nset и фактическую скорость N для установки значения регулирующей переменной объемного КПД ηvp. Физические пределы системы определяются фильтром насыщения.Чтобы модель двигателя была общеприменимой, и для простоты используются плотности жидкости и удельные объемы для атмосферного давления Pamb = 1 атм, а не для давления в коллекторе из-за того, что характеристики давления Коллектор может значительно отличаться в пределах рабочего диапазона двигателя и от одного типа двигателя к другому. Следующие предположения могут быть сделаны относительно модели, и они обычно верны для коммерчески доступных, откалиброванных, исправных двигателей SI:

Кроме того, предполагается, что количество топлива, которое присутствует в заряде, полностью испарилось, прежде чем оно попадет в цилиндр. , и, таким образом, в случае двигателей с поршневым впрыском, объемный КПД на этапе оценки параметров рассчитывается по формуле:

ηvp = V˙chV˙sw = 1.2 × 108 (V˙f_vap + V˙a) Vd × N = m˙f × 1,2 × 108 (υf_vap + υa × AFRst) Vd × N

(1)

где V˙ch — объемный расход экспериментально полученного заряда, V˙sw — теоретический объемный расход развертки, V˙a и V˙f_vap — объемные расходы воздушного заряда и испарившегося топлива, соответственно, все ниже атмосферные условия в м3 / с, Vd — объем двигателя в см3, m˙f — массовый расход топлива, υf_vap и υa — удельные объемы паров топлива и воздуха, соответственно, при атмосферных условиях.Поскольку расход тепла выхлопных газов Q˙exh является функцией температуры выхлопных газов Texh и массового расхода выхлопных газов m˙exh (равным массовому расходу заряда m˙ch), расчет массового расхода выхлопных газов осуществляется следующим образом: важный элемент функциональности модели. При сделанных выше предположениях массовый расход топливовоздушной смеси (массовый расход заряда) с известным соотношением для данной комбинации N, ηvp рассчитывается по формуле:

m˙ch = N × Vd × ηvp1.2 × 108 × 1 + AFRυf_vap + AFR × υa

(2)

Опыт показал, что температура выхлопных газов может значительно варьироваться во всем рабочем диапазоне двигателя внутреннего сгорания.В случае двигателей с искровым зажиганием (SI) температура выхлопных газов для более высоких нагрузок находится в районе 600 ° C, а в некоторых случаях может даже достигать 900 ° C, в то время как на холостом ходу она находится в районе 300 ° C. , [22], и согласно Zavala et al. [18], частота вращения коленчатого вала двигателя оказывает более сильное влияние на температуру выхлопных газов, чем расход воздуха на впуске. На момент написания этой статьи наиболее актуальным исследованием поведения температуры выхлопных газов двигателей с независимым сцеплением было обнаружено Эрикссоном [23], который на основе результатов моделей сгорания, основанных на угле поворота коленчатого вала, предположил линейную зависимость температура выхлопных газов от массового расхода выхлопных газов.Поскольку эксперименты раздела 3 указывают на сильную корреляцию между частотой вращения двигателя и объемным КПД двигателя, в текущем документе температура выхлопных газов будет рассчитываться как функция частоты вращения двигателя и объемного КПД двигателя. Последовательность вычислений калькулятора силовой составляющей разработанной модели двигателя проиллюстрирована на диаграмме на Рисунке 2. После того, как температура выхлопных газов Texh получена из карты температуры выхлопных газов для данной комбинации N, ηvp, удельная энтальпия шестигранник выхлопных газов при этой температуре известен.Поскольку удельная энтальпия выхлопных газов при температуре окружающей среды hexh_amb также известна, скорость теплового потока выхлопных газов рассчитывается по формуле:

Q˙exh = (шестнадцатеричный − шестнадцатеричный_амб) × m˙ch

(3)

Коэффициент нагрева Q.R. представляет собой независимое от размера представление скорости конвективной теплопередачи, которое используется разработанной моделью. Модель использует расчетный расход тепла выхлопных газов Q˙exh и коэффициент теплопередачи Q.R. карта для расчета скорости конвективной теплопередачи или заданная комбинация N, ηvp:

Q.R. связывает Q˙conv с Q˙exh, что делает масштабирование модели простой задачей, поскольку рабочий объем двигателя определяет скорость потока тепла выхлопных газов Q˙exh, скорость впуска тепла Q˙in и скорость тепла, выделяемого трением Q ˙fr (обсуждается ниже). В свою очередь, Q˙exh определяет Q˙conv для данной рабочей точки.

Использование квадратичной аппроксимации fmep как функции частоты вращения двигателя N от Ferguson et al. В [20] скорость выделения тепла в результате трения (объем двигателя Vd в см3) рассчитывается по формуле:

Q˙fr (N) = Vd × (94.8N + 2.3N2103 + 4N3106) 1,2 × 108 (кВт)

(5)

Для топлива с более низкой теплотворной способностью, LHVf, количество энергии, поступающей в двигатель в виде химической энергии топлива, рассчитывается по формуле:

Q˙in = m˙f × LHVf = m˙ch × LHVf / (1 + AFR)

(6)

Выходная механическая мощность двигателя теперь рассчитывается по формуле:

Pmech = Q˙in − Q˙Exh − Q˙conv − Q˙fr

(7)

4. Моделирование и проверка

Чтобы продемонстрировать работу модели двигателя, которая была разработана в предыдущих разделах в рамках приложения ТЭЦ, модель двигателя связана с моделью когенерации более высокого уровня, блок-схема которой показана на рисунке 5.Простая четырехмерная (4-D) модель теплообменника на основе карты подключена и принимает входные сигналы от модели двигателя, а также от первичного контура модели резервуара для хранения тепла. Входными сигналами модели теплообменника являются массовый расход выхлопных газов m˙exh и температура Texh из модели двигателя, а также массовый расход воды m˙water и температура на входе из первичного контура Twater теплового аккумулятора. Выходными сигналами теплообменника являются две температуры на выходе. В исследовании моделирования частота вращения двигателя поддерживалась постоянной с изменяющейся потребностью в электрической нагрузке в течение суток (24 ч) при шаге моделирования 1 с.Профиль электрической нагрузки дома со средней этажностью в течение типичного январского дня, как показано в [24], используется в качестве электрической нагрузки системы. После моделирования графики различных расчетных компонентов мощности, протекающих через модель двигателя, и профиль электрической нагрузки системы можно увидеть на рисунке 6. Временные интервалы, в течение которых все компоненты равны 0, соответствуют системе, которая переключается. выключенный. Можно наблюдать, как распределение расхода энергии между смоделированными компонентами энергии изменяется в зависимости от нагрузки, поскольку расстояние между каждой кривой не пропорционально величине кривой ввода тепла в течение всего времени моделирования.Такое поведение особенно заметно при сравнении графиков механической мощности и скорости теплового потока выхлопных газов. В то время как скорость потока тепла выхлопных газов для низких электрических нагрузок имеет заметно более высокую величину, чем произведенная механическая мощность, для более высоких нагрузок скорость потока тепла выхлопных газов и величины выходной мощности находятся в непосредственной близости. Такое поведение неудивительно, поскольку оно отражает более высокую эффективность преобразования двигателя, которая обычно наблюдается при более высоких нагрузках двигателя. Из-за работы с постоянной скоростью расчетное количество тепла, выделяемого при трении, остается постоянным.Точно так же влияние колебаний нагрузки на прогнозируемую температуру выхлопных газов можно наблюдать на графике на Рисунке 7, где температура выхлопных газов, предсказанная моделированием системы, как описано выше, нанесена на график зависимости от времени, в то время как профиль электрической нагрузки расположен на том же графике и измеряется по правой оси ординат. Опять же, обнаружено, что модель рассчитывает значения температуры выхлопных газов, которые в целом согласуются с измеренными значениями и поведение которых соответствует наблюдениям, которые были сделаны на экспериментальных данных, показывающих более высокие нагрузки, ведущие к более высоким прогнозируемым температурам, и наоборот.Изучив профиль кривой эффективности рекуперации тепла на Рисунке 8, можно заметить, что модель ведет себя так, как ожидалось, на нее влияют входные условия подсистемы теплообменника. Можно видеть, что мгновенная эффективность рекуперации тепла имеет тенденцию быть выше для низкой нагрузки, чем для условий высокой нагрузки. Максимальная эффективность рекуперации тепла 0,95 наблюдалась для низкой электрической нагрузки от 0,3 кВт до 0,35 кВт. С другой стороны, минимальная эффективность рекуперации тепла 0,89 наблюдается при высокой электрической нагрузке 0.83 кВт за счет увеличения температуры выхлопа и массового расхода. Таким образом, минимальная эффективность рекуперации тепла на 6,3% ниже наблюдаемой максимальной эффективности рекуперации тепла. В зависимости от технических характеристик модели включение этого уровня точности может потребоваться для модели с рекуперацией тепла и в этих обстоятельствах; Схема модели двигателя, разработанная в текущем документе, может быть решением в поставке модели теплообменника с необходимыми входными данными. Модель двигателя будет проверена с точки зрения расхода топлива, а также наблюдаемой температуры выхлопных газов для соответствия определенный профиль спроса на электроэнергию.Как видно на Рисунке 9, построенная линия моделируемого входа химической энергии имеет форму и величину, которые очень похожи на экспериментально полученную линию (уменьшенную до 80 см3). График моделируемого входа химической мощности остается ниже экспериментальной кривой на протяжении всего испытания. На рисунке 10 можно заметить, что относительная погрешность модели довольно мала, в пределах от -0,8% до -1,4% с контуром линии, соответствующим изменениям нагрузки двигателя.Точно так же степень, в которой разработанная модель предсказывает температуру выхлопных газов, можно наблюдать на рисунке 11, где график температуры выхлопных газов, записанный во время фазы ездового цикла испытания двигателя, и температура выхлопных газов, спрогнозированная моделью для той же нагрузки. против времени. Разница между двумя линиями составляет от 3 ° C до 5 ° C, при этом смоделированная линия находится над кривой измеренной температуры на протяжении всего испытания. Разница в 5 ° C для температур, расположенных около отметки 700 ° C, приводит к относительной погрешности менее 1%, если принять во внимание контрольную точку 25 ° C.Разницу между графиками на фиг. 11 можно интерпретировать, наблюдая за поверхностным графиком относительной погрешности на фиг. 12, на котором относительная погрешность прогнозируемой температуры выхлопных газов нанесена в зависимости от частоты вращения двигателя и объемного КПД. Можно заметить, что относительная погрешность температуры выхлопных газов составляет от -2% до + 2% во всем рабочем диапазоне двигателя. Чтобы обеспечить экономичную работу, двигатель поддерживался на постоянной синхронной скорости 3000 об / мин, а минимальная электрическая мощность генератора была ограничена до 40% от его максимальной электрической мощности.Поскольку модель двигателя моделировалась в области карты, которая характеризуется низкой и положительной относительной погрешностью температуры выхлопных газов, относительная погрешность моделирования оставалась положительной и составляла менее 1% на протяжении всей продолжительности испытаний.

5. Проектирование и анализ

Наблюдения, сделанные в разделе 4 относительно поведения разработанной модели двигателя, согласуются с общепринятыми знаниями о поведении двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием, а также о поведении двигателя, зарегистрированном в собранные данные двигателя, процедура сбора которых описана в разделе 3.

Распределение различных компонентов мощности, которые рассчитываются моделью двигателя, демонстрирует поведение, которое количественно и качественно очень похоже на поведение, которое встречается в тестируемом двигателе. Как и ожидалось, доля входящей химической мощности Q˙in, которая преобразуется в выходную механическую мощность (эффективность преобразования топлива) при более низких нагрузках, мала по сравнению с долями Q˙in, которые в конечном итоге становятся основными компонентами отработанного тепла двигателя. . При более высоких нагрузках механическая мощность составляет большую долю химической мощности на входе, чем в случае низких нагрузок, и это приводит к увеличению эффективности преобразования топлива.Кроме того, доля каждого компонента отходящего тепла по отношению к впуску химической энергии изменяется в зависимости от нагрузки, и в зависимости от конфигурации рекуперации отходящего тепла это может вызвать изменение общей эффективности использования топлива системой при изменении частоты вращения двигателя и нагрузки.

Прогнозируемая температура выхлопных газов показывает поведение, очень близкое к зарегистрированному профилю. Как и в случае с испытанным двигателем, на прогнозируемую температуру выхлопных газов влияют как частота вращения двигателя, так и нагрузка, причем скорость оказывает значительно более сильное влияние на величину температуры выхлопных газов, чем нагрузка двигателя.

С точки зрения степени, в которой подобранная модель из Таблицы A1 Приложения A точно предсказывает величину измеренной мощности двигателя, этап проверки модели в Разделе 4 показал высокую близость результатов моделирования к измеренным данным. Относительная ошибка прогноза подгонки температуры выхлопных газов оказалась менее 1% при моделировании в рамках ездового цикла двигателя. Для тех же испытаний относительная погрешность требуемого входа химической мощности для того же профиля нагрузки оставалась в пределах -0.7% и 1,4% за весь моделируемый период. Высокая точность предсказанных значений может быть связана с высокими коэффициентами ковариации r2 подгонок 5-го порядка Texh и QR, которые были выполнены с использованием Matlab SFTOOL (R2013b, The MathWorks, Натик, Массачусетс, США). быть 0,9959 и 0,9881 соответственно. Еще одним потенциальным фактором, который мог способствовать столь низким относительным ошибкам, является тот факт, что все тесты проводились в один и тот же день, что гарантировало, что условия тестирования поддерживаются как можно более постоянными и контролируемыми.Хотя тест, проведенный в другой день года, может дать относительные ошибки более высокой величины, очень низкие ошибки, обнаруженные при тестировании, указывают на то, что подобранная модель подходит для целей моделирования и моделирования когенерационных систем на основе ДВС, при условии, что нет существенных изменения вносятся в условия работы двигателя, например, в случае работы при очень низком барометрическом давлении из-за большой высоты.

6. Выводы

Представлен метод построения квазистационарных моделей SI ICE для использования в качестве подсистемы в моделях когенерации.Модель включает в себя аспекты механической мощности и эффективности преобразования потока энергии, а также различные компоненты отходящего тепла, а также массовый расход и температуру выхлопных газов. Масштабируемость модели и возможность подключения также считались очень важными характеристиками.

Для создания модельных карт была проведена серия испытаний двигателя. При проверке графиков измеренной температуры выхлопных газов для различных нагрузок и скоростей двигателя была обнаружена сильная зависимость температуры выхлопных газов от скорости двигателя и объемного КПД двигателя.Кроме того, общеизвестно, что эффективность рекуперации отработанного тепла теплообменника сильно зависит от условий на входе жидкости. По этим причинам была разработана модель температуры выхлопных газов в зависимости от частоты вращения и объемного КПД двигателя. Представление нагрузки с объемным КПД и отображение скорости потока конвективного тепла как доли скорости потока тепла выхлопных газов обеспечивает масштабируемость модели. Скорость потока конвективного тепла как часть скорости потока тепла выхлопных газов была названа коэффициентом тепла (Q.R.) для удобства документации. Были выполнены полиномиальные поверхностные аппроксимации температуры выхлопных газов и теплоотдачи в зависимости от частоты вращения двигателя и объемного КПД 5-го порядка, и полученные коэффициенты включены в этот документ, таким образом предоставляя читателю готовую к запуску модель двигателя. Хотя эта схема является квазистационарной по своей природе, при необходимости она позволяет в некоторой степени включать динамическое поведение в различные компоненты мощности посредством использования передаточных функций с соответствующим образом настроенными коэффициентами, которые предназначены для соответствующей составляющей мощности.

Полученная модель двигателя была смоделирована в тандеме с картографической моделью теплообменника. Было обнаружено, что модель двигателя более чем адекватна для прогнозирования измеренных мощностей двигателя и ее легко подключить к модели когенерации более высокого уровня, что доказывает полезность концепции. Таким образом, можно с уверенностью заключить, что разработанная модель успешно предсказывает распределение всех компонентов мощности для разных скоростей и нагрузок двигателя, и в то же время ее легко масштабировать и подключать к периферийным компонентам, которые работают с разной энергией. домены.Наиболее важным семейством компонентов, которые могут быть легко подключены к разрабатываемой модели двигателя, являются модели оборудования для рекуперации тепла, условия на входе которых влияют на их производительность. В связи с вышеизложенным разработанную схему моделирования двигателя можно охарактеризовать как привлекательную альтернативу для использования в приложениях моделирования когенерации.

Инженеры по моделям

Двигатели внутреннего сгорания

4-цилиндровый двигатель Offenhauser 270 Offenhauser, масштаб 1/4 Рона Колонны поднимает моделирование на высший уровень, потому что Рон не только построил двигатель, он также задокументировал это в книге с планами, чтобы другие могли извлекать пользу из его опыта и строить его тоже.Это тип модели инженерное дело вы увидите в этом разделе.

Построение работающего двигателя внутреннего сгорания в малых масштабах — один из самых сложных проектов, за которые вы можете взяться в модельном проектировании. Как двигатели становятся меньше, допуски должны быть более жесткими, а некоторые вещи, такие как размер воздуха а молекулы топлива и электричество просто не масштабируются. Определенное количество требуется смекалка, чтобы заставить все эти элементы работать вместе. Некоторые части можно точно масштабировать, а некоторые необходимо адаптировать для работы с небольшими размерами.В Хитрость заключается в том, чтобы знать, какие именно и в каком количестве.

Если вы хотите принять участие в групповом проекте по созданию двигатель внутреннего сгорания, см. НАШ ПРОЕКТ ДВИГАТЕЛЯ УПЛОТНЕНИЯ страница. Чтобы увидеть и услышать ассортимент работающих моделей двигателей, ознакомьтесь с нашими БЕГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ссылки.

(Нажмите для увеличенного изображения)

Мастер (Щелкните имя, чтобы перейти на страницу этот умелец)

Типичный Проект (Нажмите, чтобы увеличить изображение)

Мастер года по металлообработке 2018

На пенсии Инженер-электрик конструирует паровозы и роботов

Мастер года по металлообработке 2017

Высоко подробные, отмеченные наградами модели малоизвестных паровозов и другие необычные винтажные машины.

Мастер года по металлообработке 2016

Газ и пар двигатели плюс пистолеты и др.

2008 Мастер по металлообработке года

Многолетняя работа двигателестроителя включает в себя Двигатель Offenhauser и книга о том, как его построить

Мастер года по металлообработке 2012

Производитель знаменитого Conley V8 и др.

Человек известный многим из его журнальных статей о том, как создавать пар и газ двигатели.

Необычные четырехтактные двигатели с горячим термометром в миниатюре

Этот специализированный конструктор моделей теперь предлагает комплекты, которые вы можете строить тоже.

1998 Мастер года по металлообработке

и изготовитель авиадвигателя Curtiss V-12 в масштабе 1/6

Модели двигателей по менее известные производители

1997 Мастер года по металлообработке

и мастер масштабной детализации вплоть до самого маленького крепежа

2001 Мастер года по металлообработке

и строитель мира наименьшие работающие двигатели внутреннего сгорания

Джим Мойер

Строитель «Мира» Самый маленький ходовой Chevrolet V-8 и другие миниатюрные двигатели

Позднее начало производства малых двигателей собственной конструкции

Мастер года по металлообработке 2007

Авиньон, Франция

Беговая феррари в масштабе 1/3 на постройку которого ушло 15 лет

Миниатюрный 18-цилиндровый шедевр, созданный с помощью ЧПУ

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы узнать больше о модели инженерные клубы или разместить свой клуб.

Ссылки на другие инженерные модели разделы:

Раздел 2: Пар, Стирлинг и др. двигатели

Раздел 3: Прочее проектирование моделей проекты

Раздел 4: Модельная инженерия Шедевры

Если вас интересуют мелкие модельные газовые двигатели, изготовленные для питания модели самолетов, лодок и автомобилей, см. специальный раздел по модели двигателя Производители. Эти люди были особая порода инженеров-моделей, которые спроектированы и построены двигатели из любовь к своему хобби.

Новое Материалы приветствуются

Если у вас есть дополнительные информация о проекте или застройщике показано на этом сайте, что вы хотели бы Чтобы внести свой вклад, отправьте электронное письмо на адрес [email protected] Мы также приветствуем новые вклады. Посетите нашу страницу по адресу www.CraftsmanshipMuseum.com/newsubmit.htm для формы подачи и руководящих принципов для отправка описательной копии и фотографий для нового проекта.

Это раздел спонсируется SHERLINE ПРОДУКТЫ INC ., Vista, CA,
производителей настольные станки и аксессуары.

Кому узнайте, как ваша компания или организация может спонсировать раздел в Музей ремесел, пожалуйста, свяжитесь с [email protected]

ВОЗВРАТ НА ГЛАВНУЮ СТРАНИЦУ МУЗЕЯ

Авторское право 2009 г., Фонд исключительного мастерства Джо Мартина. Все права защищены.
Никакая часть этого веб-сайта, включая текст, фотографии или иллюстрации, не может быть воспроизведены или переданы в любой другой форме или любыми средствами (электронными, ксерокопирование, запись или иное) для коммерческого использования без предварительного письменное разрешение Фонда Джо Мартина.Воспроизведение или повторное использование для разрешено использование в образовательных и некоммерческих целях.

Моделирование двигателя внутреннего сгорания (ME7440)

Описание курса

Этот курс для выпускников развивает компетенции в терможидкостном моделировании двигателей внутреннего сгорания и ориентирован на студентов и практикующих инженеров, заинтересованных в разработке собственных моделей или использовании коммерческих инструментов моделирования для разработки виртуальных двигателей, анализа производительности, оптимизации и контроль.

Курс фокусируется на физическом моделировании двигателя для анализа и оптимизации производительности, охватывая теорию, основные уравнения и связанные методы реализации для прогнозирования поведения наиболее важных систем и процессов двигателя. Кроме того, курс дает практический опыт работы с различными методами моделирования (среднее значение, разрешенный угол поворота коленчатого вала, газодинамические модели). Во время этого курса студенты будут постепенно строить модель одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с разрешением угла поворота коленчатого вала (в Simulink) и учатся использовать коммерческое программное обеспечение для моделирования (GT-Power).

Требуется бакалавриат по основам двигателей внутреннего сгорания и практические знания Matlab и Simulink.

Голы

По окончании курса участники смогут:

  • Понять физические принципы и основные уравнения, описывающие термодинамику и газовую динамику двигателей внутреннего сгорания;
  • Разработать полную модель с разрешением угла поворота коленчатого вала (Matlab / Simulink) воздушного тракта двигателя, сгорания, теплопередачи и выходного крутящего момента, и использовать такую ​​модель для выполнения моделирования, анализа и оптимизации;
  • Глубоко разбираться в математической структуре и основных допущениях / ограничениях одномерных газодинамических моделей;
  • Развитие компетенции в использовании коммерческих инструментов моделирования (GT-Power) для проведения анализа производительности, оптимизации и управления двигателями внутреннего сгорания.

Инструктор

Марчелло Канова, , доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в Университете штата Огайо и заместитель директора отдела последипломного и непрерывного образования Центра автомобильных исследований. Его исследования сосредоточены на оптимизации и управлении двигательными установками, включая двигатели внутреннего сгорания, гибридно-электрические трансмиссии, системы хранения энергии и управление температурным режимом.

Работа

Canova по оптимизации энергопотребления передовых силовых агрегатов привела к значительному снижению расхода топлива и была внедрена в производственные программы крупными производителями оригинального оборудования.Кроме того, он опубликовал более 110 статей в реферируемых журналах и материалах конференций и получил, среди прочего, премию SAE Vincent Bendix в области автомобильной электроники (2009 г.), награду SAE Ralph E. Teetor в области образования (2016 г.), награду NSF CAREER ( 2016 г.), премию Ламли за исследования (2016 г.) и премию Майкла Дж. Морана за выдающиеся достижения в области преподавания (2017 г.).

% PDF-1.4 % 7063 0 объект > эндобдж xref 7063 285 0000000016 00000 н. 0000011384 00000 п. 0000011550 00000 п. 0000011959 00000 п. 0000012011 00000 п. 0000012126 00000 п. 0000014968 00000 п. 0000017848 00000 п. 0000020583 00000 п. 0000023011 00000 п. 0000025791 00000 п. 0000028658 00000 п. 0000029278 00000 н. 0000029693 00000 п. 0000030130 00000 п. 0000030255 00000 п. 0000030356 00000 п. 0000030614 00000 п. 0000030865 00000 п. 0000031523 00000 п. 0000038243 00000 п. 0000038431 00000 п. 0000041142 00000 п. 0000043627 00000 п. 0000046510 00000 п. 0000046648 00000 н. 0000046801 00000 п. 0000046953 00000 п. 0000047105 00000 п. 0000047258 00000 п. 0000047411 00000 п. 0000047564 00000 н. 0000047717 00000 п. 0000047870 00000 п. 0000048021 00000 п. 0000048172 00000 п. 0000048325 00000 п. 0000048478 00000 п. 0000048630 00000 н. 0000048781 00000 п. 0000048933 00000 н. 0000049086 00000 п. 0000049239 00000 п. 0000049392 00000 п. 0000049545 00000 п. 0000049698 00000 п. 0000049851 00000 п. 0000050004 00000 п. 0000050157 00000 п. 0000050310 00000 п. 0000050463 00000 п. 0000050616 00000 п. 0000050767 00000 п. 0000050918 00000 п. 0000051071 00000 п. 0000051224 00000 п. 0000051377 00000 п. 0000051530 00000 п. 0000051683 00000 п. 0000051836 00000 п. 0000051989 00000 п. 0000052142 00000 п. 0000052295 00000 п. 0000052448 00000 п. 0000052601 00000 п. 0000052754 00000 п. 0000052907 00000 п. 0000053060 00000 п. 0000053213 00000 п. 0000053366 00000 п. 0000053519 00000 п. 0000053668 00000 п. 0000053817 00000 п. 0000053968 00000 п. 0000054119 00000 п. 0000054270 00000 п. 0000054421 00000 п. 0000054572 00000 п. 0000054723 00000 п. 0000054874 00000 п. 0000055025 00000 п. 0000055178 00000 п. 0000055331 00000 п. 0000055484 00000 п. 0000055635 00000 п. 0000055786 00000 п. 0000055939 00000 п. 0000056092 00000 п. 0000056245 00000 п. 0000056398 00000 п. 0000056551 00000 п. 0000056704 00000 п. 0000056855 00000 п. 0000057006 00000 п. 0000057158 00000 п. 0000057310 00000 п. 0000057463 00000 п. 0000057616 00000 п. 0000057769 00000 п. 0000057922 00000 п. 0000058074 00000 п. 0000058226 00000 п. 0000058379 00000 п. 0000058532 00000 п. 0000058685 00000 п. 0000058838 00000 п. 0000058989 00000 п. 0000059140 00000 п. 0000059293 00000 п. 0000059446 00000 п. 0000059599 00000 н. 0000059752 00000 п. 0000059905 00000 н. 0000060058 00000 п. 0000060205 00000 п. 0000060350 00000 п. 0000060501 00000 п. 0000060654 00000 п. 0000060807 00000 п. 0000060960 00000 п. 0000061113 00000 п. 0000061266 00000 п. 0000061419 00000 п. 0000061572 00000 п. 0000061725 00000 п. 0000061878 00000 п. 0000062031 00000 п. 0000062184 00000 п. 0000062334 00000 п. 0000062484 00000 п. 0000062637 00000 п. 0000062790 00000 н. 0000062941 00000 п. 0000063092 00000 п. 0000063243 00000 п. 0000063392 00000 п. 0000063543 00000 п. 0000063696 00000 п. 0000063849 00000 п. 0000064002 00000 п. 0000064155 00000 п. 0000064308 00000 п. 0000064461 00000 п. 0000064614 00000 п. 0000064767 00000 п. 0000064919 00000 п. 0000065071 00000 п. 0000065224 00000 п. 0000065377 00000 п. 0000065529 00000 п. 0000065681 00000 п. 0000065834 00000 п. 0000065987 00000 п. 0000066140 00000 п. 0000066293 00000 п. 0000066444 00000 п. 0000066595 00000 п. 0000066748 00000 п. 0000066901 00000 п. 0000067053 00000 п. 0000067205 00000 п. 0000067356 00000 п. 0000067507 00000 п. 0000067660 00000 п. 0000067811 00000 п. 0000067962 00000 п. 0000068115 00000 п. 0000068268 00000 п. 0000068421 00000 п. 0000068574 00000 п. 0000068727 00000 п. 0000068880 00000 п. 0000069032 00000 н. 0000069184 00000 п. 0000069337 00000 п. 0000069490 00000 п. 0000069643 00000 п. 0000069796 00000 п. 0000069949 00000 н. 0000070101 00000 п. 0000070253 00000 п. 0000070406 00000 п. 0000070559 00000 п. 0000070712 00000 п. 0000070865 00000 п. 0000071018 00000 п. 0000071171 00000 п. 0000071322 00000 п. 0000071473 00000 п. 0000071625 00000 п. 0000071777 00000 п. 0000071930 00000 п. 0000072082 00000 п. 0000072234 00000 п. 0000072387 00000 п. 0000072538 00000 п. 0000072687 00000 п. 0000072838 00000 п. 0000072991 00000 п. 0000073144 00000 п. 0000073297 00000 п. 0000073450 00000 п. 0000073603 00000 п. 0000073754 00000 п. 0000073905 00000 п. 0000074052 00000 п. 0000074199 00000 п. 0000074352 00000 п. 0000074505 00000 п. 0000074657 00000 п. 0000074809 00000 п. 0000074962 00000 п. 0000075115 00000 п. 0000075267 00000 п. 0000075419 00000 п. 0000075572 00000 п. 0000076050 00000 п. 0000076203 00000 п. 0000076356 00000 п. 0000076509 00000 п. 0000076662 00000 п. 0000076815 00000 п. 0000076968 00000 п. 0000077121 00000 п. 0000077274 00000 п. 0000077427 00000 н. 0000077580 00000 п. 0000077733 00000 п. 0000077884 00000 п. 0000078033 00000 п. 0000078184 00000 п. 0000078337 00000 п. 0000078490 00000 п. 0000078643 00000 п. 0000078796 00000 п. 0000078949 00000 п. 0000079102 00000 п. 0000079255 00000 п. 0000079408 00000 п. 0000079561 00000 п. 0000079713 00000 п. 0000079865 00000 п. 0000080018 00000 п. 0000080171 00000 п. 0000080324 00000 п. 0000080477 00000 п. 0000080630 00000 п. 0000080781 00000 п. 0000080932 00000 п. 0000081085 00000 п. 0000081237 00000 п. 0000081389 00000 п. 0000081540 00000 п. 0000081691 00000 п. 0000081844 00000 п. 0000081996 00000 п. 0000082148 00000 п. 0000082299 00000 н. 0000082450 00000 п. 0000082603 00000 п. 0000082756 00000 п. 0000082909 00000 п. 0000083062 00000 п. 0000083213 00000 п. 0000083364 00000 п. 0000083517 00000 п. 0000083670 00000 п. 0000083823 00000 п. 0000083976 00000 п. 0000084127 00000 п. 0000084278 00000 н. 0000084431 00000 п. 0000084584 00000 п. 0000084739 00000 п. 0000084896 00000 н. 0000085053 00000 п. 0000085209 00000 п. 0000085365 00000 п. 0000085522 00000 п. 0000085662 00000 п. 0000123009 00000 н. 0000141952 00000 н. 0000142105 00000 н. 0000011088 00000 п. 0000006123 00000 н. трейлер ] / Назад 3106216 / XRefStm 11088 >> startxref 0 %% EOF 7347 0 объект > поток h [TS /! 0

Аргонн проводит крупнейшее в истории моделирование потока внутри двигателя внутреннего сгорания

Представьте себе более эффективные двигатели внутреннего сгорания с меньшими выбросами, созданными с помощью компьютерного моделирования.Ученые Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США недавно объединили свои усилия для проведения крупнейшего в истории моделирования потока внутри двигателя внутреннего сгорания. Новые идеи могут быть использованы автопроизводителями для разработки более экологичных двигателей.

«Это одна из ключевых вех, и в Аргонне будет больше таких вех», — сказал Сибенду Сом, менеджер группы вычислительной мультифизики в Аргоннском подразделении энергетических систем (ES) новаторского моделирования.

Около полутора лет назад Сом и Мухсин Амин, научный сотрудник Центра транспортных исследований в ЕС, придумали идею проведения прямого численного моделирования (DNS), предназначенного для точного решения всех проблем. турбулентный поток масштабируется внутри двигателя внутреннего сгорания. Однако, прежде чем это моделирование могло быть выполнено, необходимо было моделирование меньшего размера, чтобы гарантировать, что самый крупный из когда-либо созданных объектов пойдет по плану, сказал Амин.

«Это одна из ключевых вех, и из Аргонна таких вех будет еще больше.»- Сибенду Сом, руководитель отдела вычислительной мультифизики Аргоннской группы в подразделении энергетических систем

.

Поскольку моделирование может предоставить более подробное представление о турбулентном потоке, производители автомобилей полагаются на него при оценке нескольких потенциальных конструкций двигателей и определении лучших из них, но их ресурсы ограничены.

Выполнение моделирования в таком большом масштабе требует больших и лучших ресурсов, таких как суперкомпьютер Theta в Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), пользовательском центре Министерства энергетики США.

Это снимок небольшой подготовительной симуляции. Он показывает распределение значений скорости на двух плоскостях зажима через цилиндр. (Изображение предоставлено Аргоннской национальной лабораторией.)

Амин и Сом сотрудничали с Саумилом Пателем, помощником ученого-вычислителя в отделе вычислительной науки Аргонны, который помогал с предварительной и последующей обработкой, а также в разработке алгоритмов.

Летом 2019 года с помощью Пателя Амин получила вычислительное время на Theta в рамках конкурса Leadership Computing Challenge Министерства энергетики США (Advanced Scientific Computing Research, ASCR).

Расчеты по Theta были выполнены с помощью кода теплового моделирования жидкости Nek5000 компании Argonne, который был отмечен премией Гордона Белла за выдающуюся масштабируемость на высокопроизводительных параллельных компьютерах в 1999 году.

Современный Nek5000, масштабируемый до миллионов процессоров, был разработан в основном в Аргонне. Новая версия, NekRS, находится в стадии разработки для компьютеров на базе ускорителей и поддерживается Центром эффективной экзадачной дискретизации, который является частью проекта министерства энергетики по эксафлопсным вычислениям.

С главным архитектором Nek5000 Полом Фишером консультировались на ранних этапах разработки настоящих расчетов. Фишер — старший научный сотрудник отдела математики и информатики Аргонны и профессор кафедры информатики и механики и инженерии Иллинойского университета в Урбана-Шампейн.

После многих лет работы по адаптации Nek5000 для улучшения моделирования сгорания, этой весной ученые выполнили DNS потока внутри двигателя внутреннего сгорания.

«Текущее моделирование является первым в истории прямым численным моделированием потока и теплопередачи внутри двигателя внутреннего сгорания для реальной геометрии двигателя и условий эксплуатации», — сказал Амин.

Это моделирование потребовало решения 2 миллиардов степеней свободы, которые отслеживают такие параметры, как скорость, давление и температура, на 51 328 ядрах суперкомпьютера Theta.

«Это одно из наиболее подробных имитаций потока в двигателе внутреннего сгорания», — сказал Амин.

Набор данных DNS, созданный в результате текущей работы, будет полезен производителям автомобилей по-разному. Подробная информация о распределении скорости, давления и температуры в двигателе осветит процессы в цилиндре, которые недоступны для экспериментов или моделирования с низкой точностью. Кроме того, набор данных будет служить эталоном моделирования, который разработчики двигателей могут использовать для оценки и повышения точности инженерных подмоделей.

Исследование может также принести пользу компаниям, производящим двигатели большой мощности.

Этот проект финансировался Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США и Управлением транспортных технологий под эгидой консорциума «Партнерство по усовершенствованным двигателям внутреннего сгорания».

Моделирование смазки поршневых пальцев в двигателях внутреннего сгорания

Аннотация
Поршневой палец соединяет поршень и шатун для передачи линейной силы на поршень для вращения коленчатого вала, который в конечном итоге является выходом мощности двигателя. Границы раздела между поршневым пальцем и отверстием под палец, а также малым концом шатуна являются одной из наиболее нагруженных трибо-пар в двигателях.Заедание поршневого пальца по-прежнему часто происходит при разработке двигателя, и решение часто возникает в результате нанесения дорогостоящих покрытий. Кроме того, было обнаружено, что потери на трение, связанные со штифтом, могут вносить значительный вклад в общие механические потери двигателя. Тем не менее, нет базового понимания смазочного поведения контактов контакта. Эта работа направлена ​​на разработку модели смазки поршневого пальца с учетом всех важных механических процессов. Модель предсказывает динамику пальца и смазку поверхностей раздела между пальцем и отверстием под палец, а также малый конец.

Модель связывает динамику пальца со структурной деформацией сопрягаемых частей, гидродинамической и граничной смазкой всех поверхностей раздела и транспортировкой масла. Модель успешно реализована с помощью эффективного и надежного численного решателя второго порядка точности для расчета этой очень жесткой системы. Предварительные результаты применения модели к бензиновому двигателю показывают, что граничная смазка является преобладающим фактором общего трения. В результате интерфейс с более шероховатым контактом имеет тенденцию удерживать штифт вместе с ним.Таким образом, потери на трение штифта происходят из-за меньшего контакта. Исключительно с точки зрения уменьшения трения достаточно обеспечить эффективную гидродинамическую смазку на одной поверхности раздела.

Кроме того, поскольку большая нагрузка поддерживается на нескольких небольших участках, механическая и термическая деформация всех частей имеет решающее значение для распределения нагрузки, транспортировки нефти, а также создания гидродинамического и контактного давления неровностей, обеспечивая необходимость в элементах, интегрированных в модель.Эта работа представляет собой первый шаг к созданию более комплексной инженерной модели, которая помогает отрасли понять смазку пальцев и найти экономически эффективные решения для преодоления существующих проблем.

Описание
Диссертация: Ph. D., Массачусетский технологический институт, факультет машиностроения, 2020

Каталогизируется из предоставленного студентами PDF-файла диссертации.

Включает библиографические ссылки (страницы 120-121).

Отдел
Массачусетский Институт Технологий.Кафедра машиностроения

Издатель

Массачусетский технологический институт

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.