Προσδιορισμός του τοπικού συντελεστή μεταφοράς και των θερμικών απωλειών στον οχετό εξαγωγής 4-Χ κινητήρα Diesel σε μόνιμη κατάσταση λειτουργίας

Σπυρουνάκος, Γρηγόριος

Determination of the local heat transfer coefficient and heat losses at the exhaust manifold of a four-stroke Diesel engine under steady state operating conditions

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Σπυρουνάκος, Γρηγόριος

Date

2024-03-22

Advisor

Mavropoulos, Georgios

Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία (3.519Mb)

Keywords

Θερμικές απώλειες ; Συντελεστής μεταφοράς ; Εμβολοφόροι κινητήρες

Abstract

Η παρούσα ερευνητική εργασία πραγματεύεται τον προσδιορισμό των απωλειών θερμότητας και την διερεύνηση της μεταβολής των σχετικών μεγεθών και ιδιαίτερα του τοπικού «χρονικά μέσου» συντελεστή μεταφοράς στην εσωτερική επιφάνεια του οχετού εξαγωγής ενός τετράχρονου κινητήρα diesel. Στο πλαίσιο της διερεύνησης αναπτύχθηκε ένα τρισδιάστατο μοντέλο της κεφαλής του κινητήρα το οποίο περιέλαβε όλες τις γεωμετρικές λεπτομέρειες και χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια χωρίς καμία απλούστευση. Η διερεύνηση καλύπτει πλήρως το πεδίο λειτουργίας του κινητήρα και πραγματοποιείται σε διαδοχικές συνθήκες μόνιμης λειτουργίας (σταθερό φορτίο και ταχύτητα περιστροφής). Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την θεωρητική προσομοίωση της κεφαλής με χρήση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) συγκρίθηκαν στη συνέχεια με πειραματικές μετρήσεις της θερμοκρασίας και θερμοροής οι οποίες ήταν διαθέσιμες για το συγκεκριμένο κινητήρα. Προτείνεται μια νέα ημι-εμπειρική σχέση για τον προσδιορισμό των θερμικών απωλειών στο αρχικό τμήμα (exhaust port) του αγωγού εξαγωγής με εφαρμογή μέχρι 100 mm κατάντι της σχετικής βαλβίδας.

Abstract

The present research work addresses the determination of heat losses and investigates the change of the relevant quantities and especially the local "time average" heat transfer coefficient on the inner surface of the exhaust manifold of a four-stroke diesel engine. As part of the investigation, a three-dimensional model of the engine head was developed which included all the geometric details and was then used without any simplification. The investigation fully covers the engine's operating range and is carried out in successive steady-state conditions (con-stant load and rotation speed). The results obtained from the theoretical simulation of the engine head using finite elements (FEA) were compared with relevant experimental measurements of temperature and heat flow which were available for the specific engine. A new semi-empirical relationship is proposed for the determination of heat losses in the initial section (exhaust port) of the exhaust manifold witch can be applied at a distance up to 100 mm downstream the exhaust valve.