Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

имени адмирала С. О. МАКАРОВА

______________________________________________________________

ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра судостроения и энергетических установок

Курсовая работа

«Количественное определение теплоотдачи и теплопередачи поршня в цилиндре»

по дисциплине «Вычислительный эксперимент в проектировании объектов

морской (речной) техники»

Выполнил Чернов Н.Е.

Проверил преподаватель Афанасьев М.П.

Санкт-Петербург

2024 г.

Задание на курсовой проект

По дисциплине «Вычислительный эксперимент в проектировании объектом морской (речной) техники»

Студент: Чернов Н.Е. Группа: М-11

Выдано: 17.09.2024 Срок выполнения: 17.12.2024

Цель: определить значения теплоотдачи и теплопередачи поршня в цилиндре.

Оглавление

Задание на курсовой проект 2

Введение 3

Создание геометрии 3

Граничные условия 4

Сетка и параметры сетки 12

Результат анализа теплового распределения поршня в цилиндре 13

Введение

Целью работы явилось численное определение теплоотдачи итеплопередачи поршня цилиндра судового дизельного двигателя и исследование зависимости температуры от разнообразных факторов, таких как конструкция поршня и режим работы двигателя, с использованием методов численного моделирования и анализа термодинамических процессов с помощью платформы инженерного анализа SimScale.

Создание геометрии

Для того чтобы исследовать термодинамические характеристики поршня цилиндра, необходимо создать его модель. Это было выполнено в ПО «FreeCad».

Рисунок 1. – модель поршня

Далее в SimScale был добавлен материал (Аллюминий) с такими свойствами:

Плотность (ρ) – 2700 кг/м³

Теплопроводность (К) – 160 Вт/(м*К)

Удельная теплоемкость (с_р) – 897 Дж/(кг*К)

Граничные условия

Рисунок 2. Граничные условия (головка цилиндра).

Рисунок 3. – Граничные условия (Кромка головки поршня)

Рисунок 4. – Граничные условия (Верхняя кольцевая канавка)

Рисунок 5. Граничные условия (уплотнительный пояс)

Рисунок 6. – Граничные условия (Нижняя кольцевая канавка)

Рисунок 7. Граничные условия (уплотнительный пояс)

Рисунок 8. – Граничные условия (кольцевая канавка маслосъемного кольца)

Рисунок 9. – Граничные условия (юбка и внутренняя поверхность бобышки)

Сетка и параметры сетки

Рисунок 10. Сетка и ее параметры

На представленном сверху изображении видно, что сетка представляет собой комбинацию четырехугольных и треугольных (или тетраэдральных) элементов с адаптацией для сложных областей, таких как отверстия и радиусы. Мелкая сетка в ключевых местах (отверстие под палец поршня) указывает на локальную детализацию для повышения точности в этих областях.

Результат анализа теплового распределения поршня в цилиндре

Рисунок 11. – тепловое распределение поршня цилиндра

По данному изображению можно сделать следующие выводы:

1. Самая высокая температура сосредоточена в верхней части детали, особенно на ее плоской поверхности. Это говорит о том, что именно эта область подвергается наибольшему нагреву. Это связано с контактом с горячими газами или другим источником тепла.

2. Температура постепенно снижается от верха к низу детали, о чем свидетельствует последовательная смена цветов от красного к синему. Это нормальное явление для теплопроводящих материалов, когда тепло передается от горячей области к более холодным.

3. Можно заметить, что линии с одинаковой температурой (изотермы) имеют плавные очертания и в основном параллельны верхней поверхности. Исключение — область вокруг центрального отверстия, где изотермы немного “изгибаются”, что говорит о том, что отверстие оказывает некоторое влияние на распределение тепла.

4. Температура вокруг центрального отверстия кажется несколько ниже, чем в окружающих областях на том же уровне. Это может быть связано с лучшей конвекцией воздуха через отверстие или просто с тем, что материал в этой области немного тоньше.

5. Нижняя часть детали является наиболее холодной, что указывает на удаленность от основного источника тепла и, возможно, на лучшее охлаждение.

Рисунок 11. – тепловое распределение поршня цилиндра

На графике показано распределение температуры по различным компонентам цилиндра. Температура на головке цилиндра и её краях достигает максимума 450 K, а нижние части, такие как юбка и кольцевая канавка маслосъёмного кольца, имеют минимальную температуру 380 K.

Рисунок 12. – тепловое распределение поршня цилиндра

Рисунок 13. – среднее значение температуры поршня в зависимости от времени работы двигателя