Метод снижения тепловых потерь и теплонапряженности дизелей с использованием полупрозрачных керамических покрытий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Гутиеррес Охеда Маркос Ксавьер

• Гутиеррес Охеда Маркос Ксавьер
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гутиеррес Охеда Маркос Ксавьер

Список основных сокращений и условных обозначений.

Введение.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод снижения тепловых потерь и теплонапряженности дизелей с использованием полупрозрачных керамических покрытий»

Цель диссертационной работы. 15

Объект исследования. 16

Методы исследования. 16

Достоверность результатов и обоснованность. 17

Научная новизна. 17

Апробация работы. 18

Публикации. 19

Структура и объем работы. 19

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Гутиеррес Охеда Маркос Ксавьер

Основные выводы и результаты

1. Разработана методика расчета тедлофизических процессов лучистого теплообмена в камере сгорания дизеля с полупрозрачным керамическим покрытием.

2. Предложена физическая и математическая модели, позволяющие описать процессы рассеяния и поглощения теплового излучения во время процесса сгорания в дизеле в полупрозрачных покрытиях камер сгорания, прогнозировать и контролировать температуру деталей в зависимости от оптимального соотношения оптических и теплофизических характеристик.

3. Определены оптические свойства материалов, используемых в качестве полупрозрачных теплоизолирующих покрытий.

4. Установлено расчетно-теоретическими методами снижение максимальной температуры поверхности днища поршня при использовании полупрозрачных покрытий по сравнению с непрозрачными, что позволяет прогнозировать большую долговечность покрытия в следствие снижения градиента температуры поверхности, а также уменьшение разности температурных расширений покрытия и материала поршня.

5. Создана оригинальная лабораторная исследовательская установка для регистрации оптических характеристик полупрозрачных теплоизолирующих покрытий в диапазоне длин волн 0,6-3,39 мкм.

6. Подтверждено в натурном эксперименте, что применение полупрозрачной керамики на дншце поршня позволяет на 16% уменьшить потери теплоты рабочего тела, что приводит к повышению номинальной мощности на 3% и соответствующее уменьшение удельного эффективного расхода топлива.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гутиеррес Охеда Маркос Ксавьер, 2008 год

1. Бажайкин А. Н. Характеристики воспламенения и горения топливной струи в теплоизолированных камерах сгорания. ЦНИДИ. Журнал Двигателестроение. 1992.

2. F.J.Wallace, R.J.B.Way and H.Vollmert, "Effect of Partial Suppression of Heat Loss to the Coolant on the High Output Diesel Engine Cycle" SAE Paper No.790823. 1979.

3. G.Woschni, W.Spindler, and K.Kolesa, "Heat Insulation of Combustion Chamber Walls A Measure to decrease the Fuel Consumption of I.C.Engines?", SAE Paper No.870339. 1987.

4. Кавтарадзе P. 3. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Москва. 2001.

5. Костин А.К., Ларионов В. А., Михайлов Л. И. Теплонаггряженность двигателей внутреннего сгорания. Ленинград. 1979.

6. A. H. Бажайкин, Характеристики воспламенения и горения топливной струи в теплоизолированных камерах сгорания. Двигателестроение. 1992.

7. Рябов Д. И., Свиридов Ю. Б. Исследование некоторых особенностей горения распыленных топлив //Изв. АН СССР. ОТН,— 1958.

8. Y.Miyairi, "Computer Simulation of an LHR DI Diesel Engine". SAE Paper No.880187. 1988.11 .Moorhouse, Peter and Johnson, Michael P.,"Development of Tribologi-cal surfaces and Insulating coatings for Diesel Engines", SAE Paper No.870161, SP-700. 1987.

9. Siegel, Robert, Thermal Radiation Effects Analyzed in Translucent Composite and Thermal Barrier Coating. NASA Lewis Research Center, USA. 1996.

10. S. Jaichindar and P. Tamilporai. Low heat rejection engines an overview. SAE Technical Papers Series. 2003-01-0405. SAE International. 2003.

11. M. С. Красс, В. Г. Мерзликин. Радиационная теплофизика снега льда ISBN 5-286-00243-9 Ленинград Гидрометеоиздат.1990.

12. Кычкин И. С. Суздалов И.И. Основы волновой и квантовой оптики. Высшая школа. Москва. 2005.

13. V. Merzlikin, V. Timonin, M. Gutierrez Ojeda, O. Sidorov. New Selectively Absorving and Scattering Heat Insulating Coatings of the Combustion Chamber for Low Het rejection Diesel. 07M-171. 2007-011755. SAE World Congress and Exhibition. 2007.

14. Я. Райков. Г. H. Рытвинский. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания. Вышая школа. Москва. 1970.

15. Петриченко P.M. Физические основы внутрицилиндровых процессов в двигателях внутреннего сгорания. Ленинградского Университета. 1983.

16. Ховах М.С. и Маслов Г.С. Автомобильные двигатели. Изд. 2-е, пер.и доп. М., «Машиностроение», 1971. *

17. Р. 3. Кавтарадзе. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. ISBN 5-7038-17-25-0. Россия. МГТУ им. Баумана. 2001.

18. Розенблинт Г. Б. Теплопередача в дизелях. Машиностроение. Москва. 1977.

19. Поспелов Д. Р. Двигатели внутреннего сгорания с воздушным охлаждением. Машиностроение. Москва. 1977.

20. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Москва. Энергия. 1977.

21. Whahiduzaman S., Morel Т. Effects of ceramics translucence on heat barrier effectiveness in diesel engines IISAE Tech. Pap. Ser. 1989.

22. NTT AFTY Corporation 192-0918 2-35-2 Hyoue Hachiouji-shi Tokyo. Japan.

23. Новицкий JT. А., Б. M. Степанов. Оптические свойства материалов при низких температурах. Россия. Издательство Машиностроение. 1980.

24. Holman J. P. Transferencia de Calor. McGraw Hill. Espana. 1998.

25. Костин А. К. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания. Машиностроение. Ленинград. 1979.

26. Никитин М. Д. и др. Теплозащитные и износостойкие покрытия деталей дизелей. Ленинград. Машиностроение. 1977.

27. Зуев А.А. О возможности уменьшения теплового потока через поршень тракторного двигателя. Записки ленинградского института. Т 108, вып. 2. 1967.

28. Hohenberg G. Berechnung des gasseitigen Warmeuberganges in Disel-motoren // MTZ. № 7/8. 1980.

29. Annand W.J.D. heat transfer in the cylinders of the reciprocating internal combustion engines // Proc. Inst. Mech. Engin. V.177. 1963.

30. Дьяченко Н. X. Теория двигателей внутреннего сгорания рабочие процессы. Машиностроение. Ленинград. 1974.

31. Jhon В. Heywood. Fundamentos de los motores de combustion interna. Mc. Graw Hill-USA. 1988.

32. Tovell J.F., "The Reduction Of Heat Losses To The Diesel Engine Cooling System", SAE Paper No.830316. 1983.

33. Bruns L., Bryzik W. and Kamo R., "Performance Assessment of U.S. Army Truck with Adiabatic Diesel Engine" SAE Paper No.890142. 1989.

34. Colgate S.A., "Partial Adiabatic Cycle Heat Loss", American Chemical Society, Paper No.869080. 1986.

35. Morel Т., Wahiduzzaman S., and Fort E.F., "Heat Transfer Experiments in an Insulated Diesel", SAE Paper No.880186. 1988.

36. Miyairi Y., Matsuhisa Т., Ozawa Т., Oikawa H. and Nakashima N.," Selective Heat Insulation of Combustion Chamber Walls for a DI Diesel Engine with Monolithic Ceramics", SAE Paper No.890141. 1989.

37. Assanis D., Wiese K., Schwarz E. and Bryzik W., "The Effects of Ceramics Coatings on Diesel Engine Performance and Exhaust Emissions", SAE Paper No.910460. 1991.

38. Kamura S., Matsui Y., and Itoh Т., "Effects of Combustion Chamber Insulation on the Heat Rejection and Thermal Efficiency of Diesel Engines", SAE Paper No. 920543. 1992.

39. Guo H.B., Kuroda S., Murakami H. Segmented thermal barrier coatings produced by atmospheric plasma spraying hollow powders. Department of Materials Engineering, School of Engineering, The University of Tokyo Japan. 2005.

40. Morel Т., Keribar, R/, and Blumerg, P., "Cyclical Thermal Phenomena in Engine Combustion Chamber Surfaces," SAE Paper No. 850360,1985.

41. Amann С. А. Перспективы и проблемы дизельного двигателя с низкими тепловыми потерями. Современное машиностроение №5. 1989.

42. Morel Т., and Keribar, R7, and Blumerg, P., "Heat radiation in D.I. Disel Engines," SAE Transactions, Vol. 95. 1986.

43. Thring R.H., "Low Heat Rejection Engines", SAE Paper No.860314.1986.

44. Костин А.К., Ларионов В. А., Михайлов Л. И. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания. Ленинград. 1979.

45. Белозеров JI. Г., Киреев В. А. Композитные Оболочки при силовых и тепловых воздействиях. Физическо-математической литературы. Москва. 2003.

46. Шмаков В. А. Силовая оптика. Наука. Москва. 2004.

47. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. Мир и образование. Москва. 2005.

48. Чертов А. Г., Воробьев А. А. Задачник по физике. Физическо-математической литературы. Москва. 2003.

49. Трофимова Т. И. Курс физики. Россия. Издательство Высшая школа. Москва. 1990.

50. Блох А. Г., Журавлев Ю. А., Рыжков Л. Н. Теплообмен Излучением. Энергоатомиздат. Ленинград. 1991.

51. Лыков А. В. Тепломассообмен. Энергия. Москва. 1971.

52. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами. МИР. Москва. 1971.

53. Припшвалько А.П., Астафьева Л. Г. Распределение энергии внутри светорассеивающих частиц. Ордена трудовского красного знамени институт физики Академии Наук Белорусской ССР. Минск. 1974.

54. Гуревич М. М., Ицко Э. Ф., Середенко М. М. Оптические свойства лакокрасочных покрытий. Химия. Ленинград. 1984.

55. Адзерихо К. С., Оготов Е. Ф., Трофимов В. П. Радиационный теплообмен в двухфазных средах. Наука и техника. Минск. 1987.

56. Петриченко P.M., Петриченко М. Р. Конвективный теплообмен в поршневых машинах. Машиностроение. Ленинград. 1979.

57. ГуревичМ. М. Фотометрия. Энергоатомиздат. Ленинград. 1983.

58. Товстоног В. А. Метод расчета теплообмена излучением в многослойных рассеивающих средах. Труды МВТУ № 495. Москва. 1987.

59. Синярев Г. Б. Исследование теплообмена и тепловые испытания теплонапряженных узлов машин с использованием высоко интенсивного излучения. Труды МВТУ № 495. Москва. 1987.

60. Елисеев В.Н. Некоторых проблемы обеспечения теплового режима воздухоплавательных аппаратов. Труды МВТУ № 495. Москва. 1987.

61. Горский В.В., Штыря А. С. Применение метода полумоментов к исследованию теплообмена излучением в поглощающих, излучающих и рассеивающих материалах. Труды МВТУ № 495. Москва 1987.

62. Виноградов И. С. Юдин В.М. Универсальный метод расчета сложных отражающих концентрирующих систем. Труды МВТУ № 495. Москва. 1987.

63. Елисеев В.Н. К расчету радиационного теплообмена в системе из полупрозрачных тел. Труды МВТУ № 392 Москва. 1982.

64. Товстоног В.А. Метод комбинаторной статистической идентификаций оптических констант светорассеивающих материалов. Труды МВТУ № 392. Москва. 1982.

65. Аттетков А. В., Власов П, А,, Волков И. К. Формирование температурных полей в полупространстве с теплозащитным покрытием. Вестник МГТУ Сер. Машиностроение № 3. Москва. 2000.

66. Товстоног В. А. Теплофизика рассеивающих материалов: прикладные проблемы и решения. Вестник МГТУ Сер. Машиностроение, 2000 №3. Москва. 2000.

67. Товстоног А. В. Модели и моделирование тепловых нагрузок применительно к условиям экстремальных ситуаций. Вестник МГТУ Сер. Машиностроение, 2000 № 1. Москва. 2000.

68. Товстоног В.А. К расчету характеристик конструкций из полупрозрачных материалов. 535.391 издания МВТУ им Баумана. Москва. 1978.

69. Товстоног В.А. Экспериментальное исследование термических превращений политетрафторэтилена. Теплофизика высоких температур Тот 2 №2 . Москва. 1991.

70. Boeringer J. C., Spindler R. J. Radiant heating of semitransparent materials. AAIA Journal, 1963, vol. 1, № 1. U.S.A. 1963.

71. Dabby F. W. High intensity laser induced vaporization and explosion of solid material. IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-8, №8. U.S.A. 1972.

72. Кавтарадзе P. 3., Петриченко M. П. Эволюция учения о теплообмене в дизелях от Нуссельта до наших дней. Журнал Двигателе-строение. Москва. 1993.

73. Кавтарадзе Р. 3. Об определении Нестационарного теплового потока в цилиндрах поршневых машин. Сообщения академии наук грузинской ССР 106, № 3 Грузия. 1982.

74. Кавтарадзе Р. 3. Решение задач конвективного и сложного теплообмена в камере сгорания дизеля с учетом пристенного турбулентного течения. Теплофизика высоких температур. Том 28. № 5. 1990.

75. Чирков А. А. Об уровне научных исследованийтеплопередачи в двигателях внутреннего сгорания. Ярославский технологический институт. Изв. вузов, Машиностроение № 5. 1963

76. Николаенко В. А., Карпухин В.И. Измерение температуры с помощью облученных материалов. Энергоатомиздат. Ленинград. 1986.

77. Кропоткин М. А., Козырев Б. П. Исследование спектров отражения природных и искусственных материалов в области длин волн 0.7100 мкм. Оптика и спектроскопия Том XVII, вып. 2. Москва 1964.

78. Мерзликин В.Г. Оптические модели текстильных материалов. Оптика и спектроскопия. Москва. 1982.

79. K0I1 G. и Jordan R. Suf-surface melting in a seasonal snow cover. Journal of glaciology, Vol. 41, № 139. U.S.A. 1995.

80. Резников A. H. Резников Л. А. Тепловые процессы в технологических системах. Машиностроение. Москва. 1990.

81. Райков И. Я., Рытвинекий Г. Н. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания. Вышая школа. Москва 1970.

82. Джанколи Д. Физика. Мир. Москва. 1989.

83. Мержанов А. Г. Неизотермические явления и процессы. ИСМАН. Черноголовка. 2006.

84. Gutierrez Ojeda М., Merzlikin V., Sidorov О., Kalenkov S. "Regulation of the combustion chamber walls temperature with semitransparent heatinsulating coatings". ICE 2007 8th International Conferenceon Engines for Automobile. Capri Naples, Italy. 2007.

85. Fiveland S. В., Dennis N. Assanis W. E. A Four-Stroke Homogeneous Charge Compression Ignition Engine Simulation for Combustion and Performance Studies. Lay Automotive Laboratory University of Michigan Ann Arbor, MI 48108. SAE International. 2000.

86. Caton J. A. A multiple zone cycle simulation for spark ignition - engines: thermodynamic details. Texas A&M University Department of Mechanical Engineering Fall Technical Conference of the ASME-ICED. U.S.A. 2001.

87. Leidel J. A. An Optimized Low Heat Rejection Engine for Automotive Use An Inceptive Study. SAE PAPER 970068. Detroit Edison Company SAE International. 1997.

88. Allen R. Curran, Keith R. Johnson, Eric A. Marttila. Automated Radiation Modeling for Vehicle Thermal Management. SAE Paper Internationa. Congress and Exposition. Detroit Ml. 1995.

89. Dambekalne M., Antonova M., Belov V., Livinsh M., Garbarz-Glos B.l, Smiga W. 1, Sternberg A. Production and properties of PSZ ceramics. Institute of Solid State Physics, University of Latvia. 2003.

90. Golosnoy O., Tsipas S.A. and Clyne T.W. An analytical model for simulation of heat flow in plasma sprayed thermal barrier coatings. Department of Materials Science & Metallurgy Cambridge University. UK. 2003.

91. Taymaz I. An experimental study of energy balance in low heat rejection diesel engine. Faculty of Engineering, University of Sakarya, Turkey. 2003.

92. D.D. Hass, A.J. Slifka and H.N.G. Wadley. Low thermal conductivity vapour deposited zirconia microstructures. Department of Materials Science School of Engineering and Applied Science University of Virginia, Charlottesville U.S.A. 2002.

93. Cawley J. D. Overview of zirconia with respect to gas turbine applications. NASA Technical paper 2286. U.S.A. 1984.

94. Hutchinson R. G., Fleck N. A. and Cocks A. C. F. A sintering model for thermal barrier coalings. Cambridge University Engineering, Leicester University. UK. 2003.

95. К Муратиков. Л., Глазов А. Л. Определение телофизических характеристик и параметров трещин в керамиках лазерным фото-дефлекционным методом. Журнал технической физики, том 71 вып. 6. 2001.

96. Ахманов С. А., Кортеев Н. И. Спектроскопия рассеяния света и нелинейная оптика, нелинейнооптические методы активной спектроскопии комбинационного и релеевского рассеяния. Успехи физических наук. Том 123. Вып. 3. 1977.

97. Дьяконов В.П. Mathcad 8-12. Солон-Пресс. Москва. 2005.

98. Луканин В.Н., Шатров М. Г., Камфер Г. М., Нечаев С. Г., Иванов И. Е., Матюхин Л. М., Морозов К.А. Теплотехника. Вышая Школа. Москва. 2002.

99. Лизунов А. А. Термостойкость автомобилей и тракторных дизелей при не стационарных режимах работы. Диссертация МГТУ МАМИ. Москва. 1988.114.^

100. Белов В. П. Расчет.id^ экспериментальная оценкатермостойкостей поршней форсированных автомобильных и тракторных двигателей. Диссертация МГТУ МАМИ. Москва. 1986.

101. Virgil Moring Faires. Thermodynamics. MacMillan Publishing. USA. 1994.

102. Дьяченко H. X. Быстроходные поршневые двигатели внутреннего сгорания. Машиностроение. Ленинград. 1964.

103. Дьяченко Н. X. Теплообмен в двигателях и теплонапряжен-ность их деталей. Машиностроение. Ленинград. 1969.

104. Туревский И. С. Теория двигателей внутреннего сгорания. Высшая школа Москва. 2005.

105. Прокопенко Н. И. термодинамический расчет идеализированного цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания. Бином. Москва. 2006.

106. Segmented thermal barrier coatings produced by atmospheric plasma spraying hollow powders. H.B. Guo, S. Kuroda, H. Murakami. Department of Materials Engineering, School of Engineering, The University of Tokyo Japan. 2005.118.

107. McPherson R.Thin Solid Films 112. 1984.