Особенности гидродинамики, теплообмена в полостях и температурного состояния поршней с масляным охлаждением в дизелях

В статье отмечается необходимость снижения тепловой нагруженности поршней при повышении мощности дизелей для обеспечения надежности и срока службы цилиндропоршневой группы. С учетом недостаточности снижения тепловой нагруженности лишь совершенствованием процесса сгорания и рабочего цикла в целом обоснованы и проанализированы способы принудительного охлаждения поршней дизелей. Отмечается специфика движения смазочного масла в полостях охлаждения и особенности его гидродинамики, обусловленные как способом подачи масла в полость, так и характером движения масла в полости при различной степени заполнения поперечного сечения, обуславливающие ламинарный, турбулентный и переходные режимы движения. Особенностью гидродинамических явлений является зависимость площади внутренней поверхности полости, омываемой охлаждающим маслом, в функции степени заполнения полости и расхода смазочного масла через полость. Описаны особенности конструкции и функционирование как в статическом, так и в динамическом режимах безмоторных стендов для исследования геометрии сопла маслоподающей форсунки, обеспечивающей расход масла, подаваемого на охлаждение поршня, и степень расширения струи для минимизации возвратных потерь при поступлении масла во входной маслоприемный канал при движении поршня. Определены геометрия входного маслоприемного и выходного сливного каналов, уровни масла в полости и степени ее заполнения в функции расхода. Отмечается, что увеличение частоты вращения коленчатого вала снижает расход масла через полость охлаждения и увеличивает возвратные потери. С использованием литературных источников и расчетно-экспериментальных процедур проанализирован характер движения масла в полости охлаждения и представлена зависимость коэффициента теплотдачи от поршня к охлаждающему маслу, количества теплоты, отданной поршнем охлаждающему маслу, температуры масла на выходе из полости охлаждения и температуры характерных точек в сечении поршня от расхода масла через полость охлаждения в головке поршня транспортного дизеля. Представлена закономерность, связывающая относительные расход охлаждающего масла через полость охлаждения и площадь внутренней поверхности полости, полученная авторами и позволяющая оценивать эффективность различных форм поперечного сечения полостей с помощью предложенного показателя форморасположения поперечного сечения. С применением граничных условий теплообмена в полости, определенных с использованием высказанных положений по особенностям гидродинамики и теплообмена в полости охлаждения, проанализировано влияние локального масляного охлаждения на температурное состояние некоторых конструкций поршней.