Особенности тепломеханических характеристик пульсирующих потоков в газовоздушных трактах поршневых двигателей с турбонаддувом

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.

двигатель внутреннего сгорания, турбокомпрессор, система впуска и выхлопа, пульсирующие потоки, внешняя турбулентность, термомеханика потоков

1. Байков Б.П., Бордуков В.Г. Турбокомпрессоры для наддува дизелей. Ленинград: Машиностроение, 1982. 200 с.

2. Круглов М.Г., Дехович Д.А., Иванов Г.И. Агрегаты для воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания. Москва: Машиностроение, 1973. 296 с.

3. Хак Г. Турбодвигатели и компрессоры. Москва: ООО Издательство «Астрель – АСТ», 2003. 351 с.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. . 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.

9. Шестаков Д.С. Доводка рабочего процесса тепловозных дизелей 8ДМ21/21 с турбокомпрессорами типоразмера TCR // Двигателестроение. 2017. № 3. С. 9-13.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Жилкин Б.П. Некоторые особенности газодинамики процесса впуска при наддуве поршневых ДВС // Тяжелое машиностроение. 2012. № 2. С. 48-51.

15. 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.