probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2019-21-4-77-84probener-1087Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGОсобенности тепломеханических характеристик пульсирующих потоков в газовоздушных трактах поршневых двигателей с турбонаддувомFeatures of heat and mechanical characteristics of pulsating flows in gas-air paths of piston engines with turbochargingПлотниковЛ. В.PlotnikovL. V.

Плотников Леонид Валерьевич – канд. техн. наук, доцент кафедры «Турбины и двигатели»

Leonid V. Plotnikov

Ekaterinburg

plotnikovlv@mail.ruБродовЮ. М.BrodovY. M.

Бродов Юрий Миронович – д-р техн. наук, заведующий кафедрой «Турбины и двигатели»

Yurii M. Brodov

Ekaterinburg

turbine66@mail.ruЖилкинБ. П.ZhilkinB. P.

Жилкин Борис Прокопьевич – д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника»

Boris P. Zhilkin

Ekaterinburg

tot@ustu.ruГригорьевН. И.GrigorievN. I.

Григорьев Никита Игоревич – доцент кафедры «Турбины и двигатели»

Nikita I. Grigoriev

Ekaterinburg

gepebola3@mail.ruУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation2019061220192147784Copyright © Плотников Л.В., Бродов Ю.М., Жилкин Б.П., Григорьев Н.И., 20192019Плотников Л.В., Бродов Ю.М., Жилкин Б.П., Григорьев Н.И.Plotnikov L.V., Brodov Y.M., Zhilkin B.P., Grigoriev N.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1087

Известно, что поршневые двигатели с турбокомпрессором имеют лучшие показатели по удельной мощности, экологичности и экономичности, по сравнению с атмосферными двигателями. В настоящей статье производится сравнительный анализ нестационарной газодинамики и мгновенной локальной теплоотдачи пульсирующих потоков во впускных и выхлопных системах поршневых двигателей внутреннего сгорания в случае установки турбокомпрессора и без него на основе результатов экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования проводились на натурных лабораторных стендах в условиях газодинамической нестационарности. Опыты проводились на одноцилиндровом двигателе размерности 8,2/7,1, оснащенным турбокомпрессором ТКР-6. В статье приводится оригинальная методика определения мгновенных значений локального коэффициента теплоотдачи в трубах, а также описывается процедура проведения исследований. Установлено, что наличие турбокомпрессора в газовоздушной системе двигателя приводит к значительным отличиям в закономерностях изменения газодинамических и теплообменных характеристик пульсирующих потоков. В частности, показано, что наличие в выхлопной системе турбокомпрессора происходит к подавлению теплоотдачи, а во впускной системе – к интенсификации теплообмена. Полученные новые данные могут использоваться для совершенствования инженерных методик расчета показателей качества процессов газообмена, для доводки рабочих процессов двигателя при установке турбокомпрессора, а также для разработки перспективных газовоздушных систем ДВС с турбонаддувом.

This article provides a comparative analysis of unsteady gas dynamics and instantaneous local heat transfer of pulsating flows in the intake and exhaust systems of reciprocating internal combustion engines in the case of a turbo-compressor installed without it and based on the results of experimental studies. Experimental studies were carried out on full-scale laboratory stands under the conditions of gas-dynamic nonstationarity. The article provides an original method for determining the instantaneous values of the local heat transfer coefficient in pipes, and describes the procedure for conducting experiments. It has been established that the presence of a turbo compressor in the gas-air system of a piston engine leads to significant differences in the patterns of changes in the gas-dynamic and heat exchange characteristics of pulsating flows. The obtained new data can be used to improve engineering methods for calculating the quality indicators of gas exchange processes, to refine the working processes of the engine when installing a turbocharger, as well as to develop advanced gas-air ICE systems with turbocharging.

двигатель внутреннего сгораниятурбокомпрессорсистема впуска и выхлопапульсирующие потокивнешняя турбулентностьтермомеханика потоковinternal combustion engineturbochargerintake and exhaust systempulsating flowsexternal turbulenceflow thermomechanicsРабота, по результатам которой написана статья, выполнена при поддержке РНФ в рамках научного проекта 18-79-10003ReferencesБайков Б.П., Бордуков В.Г. Турбокомпрессоры для наддува дизелей. Ленинград: Машиностроение, 1982. 200 с.Bajkov BP., Bordukov V.G. Turbochargers for supercharged diesel engines: a reference guide. Leningrad: Mechanical Engineering. 1982.Круглов М.Г., Дехович Д.А., Иванов Г.И. Агрегаты для воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания. Москва: Машиностроение, 1973. 296 с.Kruglov MG., Dekhovich DA., Ivanov GI. Air supply units for combined internal combustion engines. Moscow: Mechanical Engineering. 1973.Хак Г. Турбодвигатели и компрессоры. Москва: ООО Издательство «Астрель – АСТ», 2003. 351 с.Hak G. Turbo engines and compressors: reference manual. Moscow: Publishing house «Astrel – AST». 2003.Comparison and analysis of the effects of various improved turbocharging approaches on gasoline engine transient performances // Applied Thermal Engineering. 2016. V. 93, pp. 797-812.Tang Q., Fu J., Liu J.,et al. Comparison and analysis of the effects of various improved turbocharging approaches on gasoline engine transient performances. Applied Thermal Engineering. 2016;93:797-812.Lee J., Tan C.S., Sirakov B.T., et al.Performance metric for turbine stage under unsteady pulsating flow environment // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2017. V. 139, N 7.Lee J., Tan CS., Sirakov BT., et al. Performance metric for turbine stage under unsteady pulsating flow environment. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2017;139(7).An extended calculation approach of exhaust thermocouple temperatures in one-dimensional gas exchange simulation for turbocharged gasoline direct-injection engines // International Journal of Engine Research. 2018. V. 19. N 4. pp. 449-460.Franzke B.,. Adomeit P, Uhlmann T., et al. An extended calculation approach of exhaust thermocouple temperatures in one-dimensional gas exchange simulation for turbocharged gasoline directinjection engines. International Journal of Engine Research. 2018;19(4):449-460.Huang L., Ma C., Li Y., Gao J., Qi M. Applying neural networks (NN) to the improvement of gasoline turbocharger heat transfer modeling // Applied Thermal Engineering. 2018. V. 141. pp. 1080-1091.L. Huang C. Ma ., Li Y., Gao J., Qi M. Applying neural networks (NN) to the improvement of gasoline turbocharger heat transfer modeling. Applied Thermal Engineering. 2018;(141):1080-1091.. Galindo J., Tiseira A., Navarro R.., Tarí D., Meano C.M. Effect of the inlet geometry on performance, surge margin and noise emission of an automotive turbocharger compressor // Applied Thermal Engineering. 2017. V. 110. pp. 875-882.Galindo J., Tiseira A., Navarro R., Tarí D., Meano C.M. Effect of the inlet geometry on performance, surge margin and noise emission of an automotive turbocharger compressor. Applied Thermal Engineering. 2017;110:875-882.Шестаков Д.С. Доводка рабочего процесса тепловозных дизелей 8ДМ21/21 с турбокомпрессорами типоразмера TCR // Двигателестроение. 2017. № 3. С. 9-13.Shestakov DS. Fine-tuning of the working process of diesel diesel engines 8DM21/21 with turbochargers size TCR . Dvigatelestroyeniye. 2017;3:9-13.Wang T.J. Optimum design for intake and exhaust system of a heavy-duty diesel engine by // Journal of Mechanical Science and Technology. 2018. V. 32. N 7. pp. 3465-3472.Wang TJ. Optimum design for intake and exhaust system of a heavy-duty diesel engine by using DFSS methodology. Journal of Mechanical Science and Technology. 2018;32(7):3465-3472.Жилкин Б.П., Лашманов В.В., Плотников Л.В., Шестаков Д.С. Совершенствование процессов в газовоздушных трактах поршневых двигателей внутреннего сгорания: монография; под общ. ред. Ю. М. Бродова. Екатеринбург: ИздательствоУральского . университета, 2015. 228 с.Zhilkin BP., Lashmanov VV., Plotnikov LV., et al. Improvement of processes in gas-air paths of internal combustion piston engines: monograph. Ekaterinburg: Publishing House 2015. 228 p.Plotnikov L.V. Specific aspects of the thermal and mechanic characteristics of pulsating gas flows in the intake system of a piston engine with a turbocharger system // Applied Thermal Engineering. 2019. V. 160.Plotnikov LV. Specific aspects of the thermal and mechanic characteristics of pulsating gas flows in the intake system of a piston engine with a turbocharger system. Applied Thermal Engineering. 2019; 160.Д.С. Шестаков, Л.В. Плотников, Б.П. Жилкин, Н.И. Григорьев Снижение пульсации потока во впускной системе поршневого ДВС с наддувом // Двигателестроение. 2013. № 1. С. 24-27.Shestakov DS., Plotnikov LV., Zhilkin BP., Grigoriev NI. Reduction of flow pulsation in the intake system of the supercharged piston ICE. Dvigatelestroyeniye, 2013;1:24-27.Жилкин Б.П. Некоторые особенности газодинамики процесса впуска при наддуве поршневых ДВС // Тяжелое машиностроение. 2012. № 2. С. 48-51.Zhilkin BP. Some features of the gas dynamics of the intake process in a piston engine with supercharging. Heavy engineering. 2012;2:48-51.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.Plotnikov LV., Zhilkin BP., Krestovskih AV., Padalyak D.L. On the change in the gas dynamics of the exhaust process in piston ICEs when installing a silencer. Bulletin of the Academy of military Sciences.2011;2:267-270.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.