Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp piston-xi lanh động cơ diesel lai máy phát điện tàu thủy (2)

Mục đích nghiên cứu của luận án: Phân tích, lựa chọn mô hình tính toán sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh; tính trường nhiệt độ, biến dạng nhiệt và xácđịnh khe hở nhiệt của chúng ở

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

NGUYỄN LÊ VĂN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI NHIỆT ĐẾN SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PÍT TÔNG - XI LANH ĐỘNG CƠ DIESEL LAI MÁY PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2014

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS TS Đào Trọng Thắng

2 PGS TS Lại Văn Định

Phản biện 1: GS.TS Phạm Minh Tuấn

Phản biện 2: PGS.TS Bùi Hải Triều

Phản biện 3: TS Nguyễn Đình Tương

Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theoQuyết định số 1352/QĐ-HV, ngày 28 tháng 5 năm 2014 của Giám đốc Họcviện Kỹ thuật quân sự, họp tại Học viện Kỹ thuật quân sự vào hồi… giờngày….tháng….năm 2014

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Kỹ thuật quân sự

- Thư viện Quốc gia

MỞ ĐẦU

Trong động cơ diesel tàu thủy, cặp pít tông - xi lanh là một cụm chi tiếtquan trọng, cơ bản Chuyển động của pít tông trong xi lanh có tính chu kìnhưng trong thực tế chuyển động này rất phức tạp Chuyển động này tạo nênmột sự tương tác phức tạp của cặp pít tông - xi lanh Sự tương tác này càngphức tạp hơn do ảnh hưởng của phụ tải cơ nhiệt

Việc nghiên cứu sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh dưới sự ảnh hưởngcủa phụ tải cơ nhiệt đã được quan tâm trên thế giới Tuy nhiên, vẫn còn nhiềuvấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, do đó, nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải cơnhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh là cần thiết và có ý nghĩa khoa

học Vì vậy tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel lai máy phát điện tàu thủy”

làm hướng nghiên cứu cho luận án tiến sĩ

Mục đích nghiên cứu của luận án: Phân tích, lựa chọn mô hình tính toán sự

tương tác của cặp pít tông - xi lanh; tính trường nhiệt độ, biến dạng nhiệt và xácđịnh khe hở nhiệt của chúng ở các chế độ phụ tải khác nhau để tổng hợp thành

mô hình xác định sự ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp píttông - xi lanh động cơ diesel Tính toán ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến tươngtác của cặp cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel lai máy phát điện tàu thủy

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án:

Cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14 lai máy phát điện trên các tàu của Hảiquân Việt Nam Phạm vi nghiên cứu là ảnh hưởng của phụ tải nhiệt biểu hiện quakhe hở giữa pít tông - xi lanh, đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh động cơdiesel cao tốc lai máy phát điện tàu thủy ở chế độ vòng quay định mức

Phương pháp nghiên cứu của luận án: Kết hợp giữa nghiên cứu lí thuyết

và thực nghiệm

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:

- Góp phần hoàn thiện phương pháp đánh giá ảnh hưởng của phụ tải nhiệtđược thể hiện qua trị số khe hở nhiệt, đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanhđộng cơ diesel mà cụ thể là chuyển động phụ của pít tông, lực va đập của pít tônglên xi lanh

- Đã xác định được ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp píttông - xi lanh động cơ diesel 6Ч 12/14 tại các chế độ công tác, bổ sung các dữliệu làm cơ sở đánh giá chất lượng hoạt động của động cơ

Bố cục của luận án: luận án gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết luận

chung và kiến nghị các hướng nghiên cứu tiếp theo và phụ lục

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PÍT TÔNG - XI LANH VÀ PHỤ TẢI NHIỆT ĐỘNG CƠ

1.1 Đặt vấn đề

Sự tương tác của cặp pít tông và xi lanh động cơ xảy ra rất phức tạp

và rộng, trong phạm vi luận án này sự tương tác của cặp pít tông – xi lanh được khảo sát gồm có: chuyển động phụ của pít tông (chuyển động ngang

và chuyển động xoay) trong khe hở giữa pít tông và xi lanh và lực va đập của pít tông với xi lanh Phụ tải nhiệt có ảnh hưởng đến nhiều thông số của

sự tương tác như ma sát, độ dày màng dầu bôi trơn, khe hở giữa các chi tiếtchuyển động tương đối v.v… Tuy nhiên, trong phạm vi của luận án này, chỉkhảo sát ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến khe hở giữa pít tông và xi lanh (khe

hở nhiệt) Như vậy, ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác trong luận

án chính là ảnh hưởng của sự thay đổi khe hở giữa pít tông và xi lanh do phụ tải nhiệt đến sự tương tác của chúng.

1.2 Đặc điểm kết cấu và lắp ghép cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel

lai máy phát tàu thủy

Các tổ hợp máy phát điện trên tàu thường sử dụng động cơ diesel 4 kì cótốc độ định mức để lai máy phát điện Các động cơ này là có công suất nhỏ;

sử dụng các te khô; hệ thống làm mát bằng nước với hai vòng tuần hoàn, vòngtrong sử dụng nước ngọt để làm mát động cơ còn vòng ngoài sử dụng nướcbiển để làm mát nước ngọt và dầu bôi trơn Bộ điều tốc sử dụng điều tốc mộtchế độ, thay đổi tải bằng thanh răng bơm cao áp

1.2.1 Đặc điểm kết cấu của pít tông

1.2.2 Đặc điểm kết cấu của xi lanh

1.1.1 Đặc điểm lắp ghép của cặp pít tông - xi lanh

1.2 Các mô hình tương tác

Vấn đề tương tác của cặp pít tông - xi lanh đã được quan tâm nghiêncứu từ những năm 40 của thế kỉ XX Gồm có 3 mô hình: mô hình không cókhe hở và không có sự tương tác; mô hình có khe hở và không có sự tươngtác; mô hình có khe hở và có sự tương tác

1.3.1 Mô hình không có khe hở và không có sự tương tác

Được xây dựng để khảo sát bài toán động học và động lực học cơ cấukhuỷu trục - thanh truyền với giả thiết giữa pít tông và xi lanh không có khe

hở, pít tông và xi lanh có độ cứng tuyệt đối, không có sự biến dạng trongquá trình làm việc, bỏ qua khối lượng của xi lanh Chuyển động của pít tôngchỉ có một bậc tự do là chuyển động tịnh tiến qua lại của pít tông dọc theođường tâm xi lanh (chuyển động chính) Coi thành xi lanh và khối thân động cơhoàn toàn không dao động [4], [9]

1.3.2 Mô hình có khe hở, không có sự tương tác

Trong mô hình này, coi xi lanh cứng tuyệt đối (không có sự biến dạng củakết cấu thành xi lanh) Do có khe hở giữa pít tông và xi lanh nên chuyển độngcủa pít tông trong xi lanh có 3 bậc tự do Trong luận án, khảo sát công trình củacác tác giả: Haddad S.D.[39],[40],[41]; Nakashima K [50]; Tom J.G.[56];Mansouri S.H.[48]; Wong V.W.[58],[59]; Livanos G A.[47]; Zhang Z.[60]

1.3.3 Mô hình có khe hở, có tương tác

Trong mô hình này, chủ yếu tập trung vào nghiên cứu các nguồngây ồn, rung, nghiên cứu sự phá hoại của xâm thực, dao động của hệ pít

tông – xi lanh, các yếu tố ảnh hưởng đến chúng Coi xi lanh là kết cấu đànhồi, pít tông chuyển động trong khe hở gây va đập với thành xi lanh, cường

độ rung động của thành xi lanh do chuyển động phụ của pít tông gây ra.Trong luận án, khảo sát công trình của các tác giả: Cho S.H.[33]; Ruggiero A.[53]; Gerges S.N.Y.[35]; Geng Z.[36]; Siavoshani S.J [54]; Nikishin V.N.[29]; Lê Trường Sơn [18]

Trong mô hình của Nikishin V.N [29], hệ phương trình chuyển độngphụ được xây dựng dựa trên phương trình cơ bản của động lực học Trong

hệ phương trình này, thông số ảnh hưởng của khe hở giữa pít tông và xi lanhđược thể hiện rõ ràng, trực quan trong cả vận tốc

chuyển động ngang và góc xoay của pít tông, tuy

nhiên, tác giả cho khe hở này là những hằng số

Tác giả sử dụng lí thuyết va đập của Timosenko

S.P để xây dựng phương trình tính lực va đập

của pít tông lên xi lanh (Hình 1.13) Ống lót,

đầu tiên nằm ở trạng thái tĩnh, bị va đập bởi

khối lượng m với vận tốc v 0 Khoảng cách của

pít tông và ống lót bằng hiệu dịch chuyển của

pít tông S P và sự lệch của ống lót S L Kết quả

nhận được phương trình tính toán hiệu dịch

chuyển ε Giải phương trình này sẽ xác định

được sự phụ thuộc của lực va đập và thông số dao động của xi lanh và píttông theo thời gian Tác giả so sánh kết quả thực nghiệm với nghiên cứu líthuyết và thấy rằng: lực va đập phụ thuộc vào thời gian; chuyển động phụ củapít tông, dao động của ống lót trùng khớp nhau; xê dịch trục chốt pít tông sẽlàm giảm độ rung của xi lanh và tiếng ồn của động cơ

Trong những mô hình đã nghiên cứu đều có ít nhiều đề cập đến ảnhhưởng của khe hở giữa pít tông và xi lanh và coi đây là một yếu tố ảnhhưởng đến sự tương tác Tuy nhiên, khe hở này được khảo sát dưới dạngmột hằng số không phụ thuộc vào hành trình của pít tông và phụ tải nhiệtcủa động cơ Với các mô hình đã khảo sát thì mô hình của Nikishin V.N.tham số khe hở giữa pít tông và xi lanh được thể hiện rõ ràng nhất

1.4 Ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh

1.4.1 Đặc điểm của quá trình trao đổi nhiệt ở động cơ đốt trong

Trong mỗi chu trình công tác của động cơ đốt trong, trao đổi nhiệt diễn

ra dưới điều kiện nhiệt độ, áp suất và tốc độ dòng khí thay đổi Tại một chế

độ công tác ổn định, tốc độ dòng khí thay đổi nhiều hay ít phụ thuộc vàohình dạng buồng cháy và cửa nạp Dòng nhiệt trong thành vách thay đổi mộtcách liên tục từ một giá trị âm trong suốt quá trình nạp tới giá trị dương ởđầu quá trình giãn nở Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng giả thiết quá trình traođổi nhiệt gần như ổn định là tương đối chính xác cho đa số tính toán

Hình 1.13 Mô hình

tương tác của pít tông với ống lót xi lanh khi va đập của Nikishin V.N [29]

Trong quá trình làm việc, các chi tiết hình thành nên không gian thể tíchcông tác và các chi tiết của cơ cấu phân phối khí do tiếp xúc trực tiếp với môichất công tác có áp suất và nhiệt độ cao sẽ chịu phụ tải nhiệt rất lớn Để đảm bảo

sự làm việc bình thường của động cơ, phải tiến hành truyền nhiệt (cưỡng bức) từcác chi tiết bị nung nóng cho nước (hoặc không khí) làm mát thông qua thànhvách xi lanh Quá trình trao đổi nhiệt ở động cơ đốt trong được thực hiện đồngthời dưới ba hình thức: truyền nhiệt đối lưu, dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt, trong đóhai hình thức truyền nhiệt đối lưu và dẫn nhiệt là chủ yếu [11], [20]

Nhiệm vụ nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt trong động cơ là xác địnhnhiệt độ của pít tông, ống lót xi lanh, nắp xi lanh , trong luận án sẽ tập trungvào giải bài toán trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt của pít tông và ống lót xilanh để từ đó xác định ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến khe hở giữa chúng.Các công trình nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, dao động nhiệt trên bề mặtkhông sâu quá 1mm [20] Khi động cơ làm việc, phần kim loại chính có phân

bố nhiệt độ ổn định, nó chỉ bị phá huỷ khi thay đổi chế độ công tác

1.4.2 Trao đổi nhiệt giữa thành ống lót xi lanh và nước làm mát

1.4.3 Ảnh hưởng của rung động ống lót xi lanh đến cường độ trao đổi nhiệt

1.4.4 Các chỉ tiêu đánh giá phụ tải nhiệt

1.2.1.1 Các chỉ tiêu trực tiếp

Ứng suất nhiệt trên chi tiết; nhiệt độ cực đại cho phép tại các bề mặt đặc trưng [15]

1.2.1.2 Các chỉ tiêu gián tiếp

Mật độ dòng nhiệt truyền cho nước làm mát, các thông số ứng suất nhiệtgiả định [15]

1.4.5 Ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến biến dạng và khe hở giữa pít tông và xi lanh

Khi động cơ thay đổi tải, trạng thái nhiệt và biến dạng của cặp pít tông –

xi lanh cũng thay đổi, làm cho khe hở nhiệt giữa chúng cũng thay đổi theo.Chính điều này làm ảnh hưởng trực tiếp đến sự tương tác giữa pít tông – xilanh của động cơ

1.5 Lựa chọn mô hình tính toán

Mô hình bài toán đặt ra cho luận án như sau: Lựa chọn một mô hình cơnhiệt phù hợp nghiên cứu dao động theo phương ngang của cặp pít tông - xilanh của động cơ trong đó có xét đến tương tác gồm: pít tông (chuyển độngtrong xi lanh có kể đến khe hở giữa chúng) –thành xi lanh – áo nước làm mát.Xây dựng hệ phương trình mô tả tương tác theo phương ngang của cặp píttông - xi lanh Xây dựng thuật toán và chương trình tính Nghiên cứu ảnhhưởng của phụ tải nhiệt đến lực tương tác của thành xi lanh (thông qua khe hởgiữa pít tông và xi lanh) Tiến hành thực nghiệm đo trường nhiệt độ ống lót xilanh để kiểm nghiệm kết quả tính Sau khi phân tích các ưu, nhược điểm củacác mô hình, luận án lựa chọn mô hình tương tác của Nikishin V.N làm mô

hình tính toán sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh; lựa chọn lí thuyết truyềnnhiệt và phương pháp tựa tĩnh để tính toán trường nhiệt độ và biến dạng nhiệtcặp pít tông - xi lanh, từ đó xác định được khe hở nhiệt giữa cặp pít tông - xilanh ở các chế độ phụ tải khác nhau, sau đó đưa kết quả này vào hệ phươngtrình tương tác để giải

Kết luận chương 1

Động cơ lai máy phát điện trên tàu thủy thường sử dụng động cơ diesel làmnguồn động lực chính Chuyển động của pít tông trong xi lanh là chuyểnđộng phức tạp, ngoài chuyển động chính còn có chuyển động trong khe hởgiữa chúng (chuyển động phụ) gây ra lực va đập giữa pít tông và thành xilanh Việc nghiên cứu chuyển động phụ của pít tông trong xi lanh và sự tươngtác của chúng đã được tiến hành từ lâu Với các mô hình tương tác, các líthuyết đều mô hình hóa dao động ngang của cụm pít tông - xi lanh bằng các

mô hình tương đương, chưa xác định được lực tương tác thực của pít tông lênthành xi lanh và biến dạng của thành xi lanh theo phương ngang Trong các tàiliệu được công bố, chưa có nhiều mô hình đề cập đến ảnh hưởng của phụ tảinhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh Đã lựa chọn một mô hìnhnghiên cứu phù hợp để nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tươngtác của cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel lai máy phát tàu thủy nhằm xácđịnh các thông số đặc trưng cho chuyển động ngang của pít tông, lực tươngtác giữa pít tông với thành xi lanh

Chương 2 MÔ HÌNH KHẢO SÁT SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PÍT TÔNG - XI LANH KHI XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ

TẢI NHIỆT1.3 Đặt vấn đề

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp píttông - xi lanh cần phải giải quyết hai vấn đề chính: xây dựng mô hình để tínhtoán sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh; xác định trường nhiệt độ, trườngbiến dạng nhiệt của cặp pít tông - xi lanh động cơ để xác định khe hở nhiệt giữapít tông và xi lanh ở các chế độ khác nhau

2.1. Mô hình tương tác của cặp pít tông - xi lanh

Sự tương tác được khảo sát theo hai nội dung sau [29]:

- Các chuyển động phụ của pít tông: bao gồm chuyển động theo phươngvuông góc với đường tâm xi lanh và chuyển động quay trong khe hở

- Sự va đập của pít tông với xi lanh là kết quả của các chuyển động trên

Từ đó, ta xây dựng được mô

1.3.1 Mô hình xác định chuyển động phụ của pít tông

1.3.1.1 Chuyển động của pít tông dọc theo đường tâm xi lanh

Trình bày phần chuyển vị, gia tốc của pít tông, lực khí thể, lực quán tính,lực ngang tác dụng lên pít tông

1.3.1.2 Chuyển động phụ của pít tông trong khe hở giữa pít tông và xi lanh

sát P mx giữa xéc măng với

rãnh xéc măng và mô men

ma sát của chốt pít tông

M mc cản trở chuyển động

phụ nêu trên (Hình 2.2);

coi thân pít tông có dạng

hình tang trống, với đường

kính lớn nhất tại khu vực

tâm chốt do giãn nở nhiệt trong quá trình làm việc

Chuyển động ngang tự do của pít tông như trong phương trình sau [29]:

trong đó : x - dịch chuyển ngang của pít tông.

Phương trình chuyển động quay của pít tông quanh trọng tâm O1:

Với: I O1 - mô men quán tính của nhóm pít tông đối với trọng tâm, [kg.m2]; γ - góc quay pít tông quanh trọng tâm, [độ]; l c - khoảng cách từ trục chốt pít tông

đến trọng tâm, [m]; l x - khoảng cách từ lực Pmx đến trọng tâm, [m]

Coi mô men ma sát của chốt pít tông trong đầu nhỏ thanh truyền M mc là hằng

số Phương trình chuyển động quay của pít tông quanh tâm chốt O có dạng:

của hệ

Với: I O-mô men quán tính của hệ pít tông đối với trục chốt pít tông, [kg.m2];

γ k -góc quay pít tông do mô men xoay pít tông M k , [rad]; l xO-khoảng cách từ

t N t P v

với: N- đạo hàm theo thời gian của lực ngang N

Từ biểu thức (2.8) ta có vận tốc góc tương ứng và tính được vận tốc dài

của thân pít tông v 1y tại điểm cách trọng tâm một khoảng y sẽ là:

Từ công thức (2.10), ta có vận tốc góc tương ứng và tính được vận tốc

dài của thân pít tông v 2y cách trọng tâm một khoảng y sẽ là:

O1 c 1

6 .m I t

1.3.2 Sự va đập giữa pít tông và xi lanh

Coi pít tông tiếp xúc với ống lót ở mặt phẳng đi qua tâm chốt pít tông vàkhối lượng phần chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền đượctập trung tại tâm chốt pít tông [29] Từ Hình 1.13, khi va đập thì khoảng cách từpít tông đến ống lót bằng hiệu của dịch chuyển của pít tông SPvà chuyển vị ngangcủa ống lót SL [29]

Li 0

Li

t 2

X ( x ) 1

va đập, [m]; X i (x) - hàm riêng của dao động ống lót xi lanh

Trên pít tông trong thời điểm va đập có sự tác động của lực ngang N và lực va đập N vd, gây ra chuyển động của pít tông Do pít tông không phải làvật cứng tuyệt đối cho nên công thức chuyển động của pít tông trong thờigian va đập sẽ là [29]:

t P

t 2

t 2

X ( x )

1

N ( t )e sin ( t t )dt F

ở đây: v 0 - vận tốc pít tông trong thời điểm va đập, [m/s]; k là hệ số phục hồi,

k = 0 ÷ 1 phụ thuộc vào loại vật liệu, được tính bằng thực nghiệm.

1.4 Mô hình tính toán trường nhiệt độ pít tông và xi lanh

2 2 2 2

Với: a = λ/ρc - hệ số khuếch tán nhiệt

1.4.3 Các điều kiện biên của bài toán

tính trường nhiệt độ

Điều kiện biên gồm điều kiện hình học

biểu thị đặc trưng hình dạng và kích thước

của vật, điều kiện vật lý đặc trưng tính chất

vật lý của vật, điều kiện thời gian đặc trưng

cho trường nhiệt độ tại thời điểm ban đầu và

điều kiện biên tiếp xúc biểu thị tác dụng

tương hỗ giữa vật với môi trường bên ngoài

1.4.4 Xác định trường nhiệt độ của pít

tông và xi lanh

1.4.4.1 Các giả thiết khi tính toán

Trình bày các giả thiết sử dụng khi tính

toán trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt

1.4.4.2 Các điều kiện biên của mô hình

tính toán

Trình bày các điều kiện biên của bài toán

1.4.5 Biến dạng nhiệt của cặp pít tông

trong đó: T = T – T0; T - nhiệt độ hiện thời; T0 - nhiệt độ ban đầu; Λ x , Λ y ,

Λ z - hệ số giãn nở nhiệt theo các phương x, y, z.

1.4.6 Xác định khe hở nhiệt giữa pít tông và xi lanh

Khi bị nung nóng các chi tiết trên sẽ bị giãn nở dài vì nhiệt, khi đó ta có [10]:

trong đó: D, d d , d th - đường kính xi lanh, đường kính đầu và thân pít tông ở trạng thái

nguội; Λ xl , Λ p - hệ số giãn nở dài vì nhiệt của vật liệu xi lanh, pít tông, [1/K]; T xl , T d ,

T th - nhiệt độ thành xi lanh, đầu pít tông và thân pít tông, [K];

Để xác định khe hở giữa pít tông – ống lót xi lanh ta sử dụng 3 mặt cắtđặc trưng như Hình 2.3 Như vậy, để xác định khe hở giữa pít tông và xilanh tại các mặt phẳng ngang cần phải xác định nhiệt độ của pít tông và xilanh tại các mặt phẳng tương ứng

1.5 Mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông – xi lanh

Từ mô hình tương tác và mô hình tính toán trường nhiệt độ, biến dạngnhiệt, ta rút ra được hệ phương trình sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng củaphụ tải nhiệt:

- Hệ phương trình (2.61) sử dụng để tính toán nhiệt :

- Hệ phương trình (2.62) sử dụng để tính toán chuyển động phụ của pít tông:

1

1

1 O 3

Li Li

m 1

m

X ( x ) 1

1.6 Lựa chọn phương pháp tính và phần mềm tính toán

1.6.1 Các phương pháp tính toán trường nhiệt độ và lựa chọn phương pháp tính

1.6.1.1 Phân loại bài toán truyền nhiệt

1.6.1.2 Các phương pháp tính toán trường nhiệt độ và lựa chọn phương pháp tính

Lựa chọn phương pháp PTHH cùng phần mềm ANSYS Workbench để tínhtoán trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt của cặp pít tông, xi lanh

1.6.2 Các phương pháp tính toán tương tác của cặp pít tông - xi lanh

Sử dụng phương pháp PTHH và phần mềm ANSYS Workbench LS-Dyna

để giải bài toán va chạm giữa pít tông và xi lanh

Kết luận chương 2

Đã xây dựng được mô hình lí thuyết xác định sự ảnh hưởng của phụ tảinhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel lai máy pháttàu thủy, cụ thể: Khe hở nhiệt là đại lượng phản ánh phụ tải nhiệt của cặp píttông - xi lanh đến sự tương tác, được tính toán từ trường nhiệt độ và biếndạng nhiệt của pít tông và xi lanh tại các chế độ tải khác nhau; Sự tương táccủa cặp pít tông - xi lanh được thể hiện qua hai yếu tố: chuyển động phụ củapít tông trong khe hở giữa pít tông và xi lanh; lực va đập của pít tông lên xilanh trong khe hở nêu trên Mô hình tương tác của cặp chi tiết pít tông – xilanh có xét đến ảnh hưởng của phụ tải nhiệt (thông qua khe hở nhiệt) nêutrên là đóng góp mới của luận án Đã lựa chọn các phần mềm phù hợp đểtính toán là kết hợp phần mềm Matlab và ANSYS Workbench LS - Dyna đểtính sự tương tác; ANSYS Workbench để tính toán nhiệt và khe hở nhiệt củacặp pít tông - xi lanh

Chương 3 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI NHIỆT TỚI SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PÍT TÔNG - XI LANH ĐỘNG

CƠ 6Ч 12/14

1.7 Đặc điểm kết cấu của cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14

1.7.1 Giới thiệu sơ bộ về động cơ 6Ч 12/14

1.7.2 Giới thiệu sơ bộ về kết cấu ống lót xi lanh của động cơ 6Ч 12/141.7.3 Đặc điểm kết cấu của pít tông động cơ 6Ч 12/14

1.8 Xây dựng mô hình tính toán cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14

Mô hình hình học để tính trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt của cặp pít tông– xi lanh là mô hình thực sau khi đã bỏ đi các góc lượn, góc vát

Trong mô hình hình học được chia làm nhiều vùng để tính toán điều kiện biên

1.9 Xác định trường nhiệt độ và khe hở nhiệt của cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14

1.9.1 Tính toán điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho bài toán xác định trường nhiệt độ

1.9.1.1 Điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho bài toán xác định trường nhiệt độ của ống lót xi lanh

a Điều kiện biên hình học

b Điều kiện biên vật lí

Vật liệu chế tạo ống lót xi lanh động cơ 6Ч12/14 là gang xám CЧ24-44

(GX24-22) Vật liệu chế tạo khối thân xi lanh động cơ 6Ч12/14 là gang xám CЧ18-36

c Điều kiện biên thời gian

d Điều kiện biên trao đổi nhiệt tiếp xúc

Quá trình trao đổi nhiệt của xi lanh với

môi chất công tác được đặc trưng bằng hệ số

trao đổi nhiệt tổng cộng  (quá trình đối lưu

và bức xạ), nhiệt độ của môi chất T và dòng

nhiệt q Quá trình trao đổi nhiệt là tựa tĩnh,

, T và q nhận một giá trị trung bình tương

đương nhất định nào đó, sao cho tổng lượng

nhiệt mà môi chất truyền cho xi lanh tương

đ-ương với tổng lượng nhiệt mà bề mặt gđ-ương

xi lanh nhận được trong một chu trình công

tác tại mỗi chế độ làm việc ổn định của động

cơ mà ta cần tính toán Để xác định các điều

kiện biên về hệ số trao đổi nhiệt làm thông số

đầu vào khi tính toán trường nhiệt độ bằng

phần mềm ANSYS ta chia các bề mặt trao đổi

nhiệt của ống lót xi lanh thành các vùng như trên Hình 3.4 Các vùng từ 1÷9 làcủa mặt gương ống lót xi lanh Các vùng này được chia dựa trên cơ sở tính

Hình 3.4 Sơ đồ các

vùng trao đổi nhiệt của ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14