Теория ДВС. Вопросы/ответы

[JohnDoe]

Прошу прощения за оффтопик, но имею вопрос к господам-спецам:
Допустим есть некий новый ДВС(ДВС1) и ДВС-прототип(ДВС2) одинакового рабочего объёма, степени сжатия, оборотов. При этом ДВС1 имеет площадь теплообмена(без учёта площади поршня) в ВМТ составляющую 30% от аналогичной площади ДВС2, в НМТ у ДВС1 та же площадь составляет 85% от площади ДВС2, средняя скорость поршня ДВС1 составляет 87% от средней скорости поршня ДВС2 на тех же оборотах, нагрузка на опоры КВ ДВС1 составляет 45% от нагрузки ДВС2, длина линии контакта трущихся поверхностей(как правильно называется?) у ДВС1 в 4,15 раза больше чем в ДВС2, при этом прижимная сила в ДВС1 отсутствует.
Собственно вопросы:
1) Каков примерно выигрыш/проигрыш по теплопотерям в ДВС1 относительно ДВС2?
2) Как примерно изменится теплонапряжённость ДВС1(меньшая поверхность быстрее нагревается?) относительно ДВС2?
3) Каков примерно выигрыш/проигрыш по трению в ДВС1 относительно ДВС2?
Заранее благодарю.

 

[Андрей Миллер]

1) Каков примерно выигрыш/проигрыш по теплопотерям в ДВС1 относительно ДВС2?

А какая разница? Есть очень большие поршневые двигатели, где сотношение обьема цилиндра и поверхности таково, что при сгорании образуются настолько неадекватные температуры, что проблемой охлаждения цилиндра, ГБЦ и поршня решить этот вопрос невозможно.
Поэтому, как и в ГТУ идут на увеличение альфа. У больших судовых дизелей альфа (как и у ГТУ) до 8 - 10!
Спасает только это. В авиационных ГТД делают еще охлаждение турбинных лопаток.
Если, Вы надеетесь получить более высокую экономичность за счет уменьшения теплового потока из системы охлаждения, то не надейтесь, по керамике ничего путного так и не получили...

 

[JohnDoe]

Андрей, а если движки "обычного" объёма и температуры вполне "адекватные", без фанатизма?

 

[Андрей Миллер]

2) Как примерно изменится теплонапряжённость ДВС1(меньшая поверхность быстрее нагревается?) относительно ДВС2?
3) Каков примерно выигрыш/проигрыш по трению в ДВС1 относительно ДВС2?

Меньшая поверхность быстрее нагревается, но и быстрее остывает.
Выигрыш/проигрыш  по трению может показать только стенд. Да и то нужен аналог для срвнения.
А то вы получите величину мощности мехпотерь - 2, 5 кВт при Т масла 70 Градусов. Ну и что?
Все расчеты по поверхностям трения, нагрузкам и тд. обьективны только для хорошо известных схем двигателей - КШМ, например.

 

[JohnDoe]

Меньшая поверхность быстрее нагревается, но и быстрее остывает.

Это ессно, но также с ростом температуры поверхности растёт и тепловой поток через неё, т.е. теплопотери, я ничего не путаю?

Выигрыш/проигрыш по трению может показать только стенд. Да и то нужен аналог для срвнения. 

М-да. И как тогда аргументацию озвучивать? Если пока до стенда как до Пном-Пеня, аналога нет в природе(мне не попадался за несколько лет рытья вопроса), да и в железе движка тоже в ближайшее время не предвидится. :-?

Все расчеты по поверхностям трения, нагрузкам и тд. обьективны только для хорошо известных схем двигателей - КШМ, например. 

Ну, в озвученном примере и предполагается именно КШМ в обоих двигателях, хотя возможны и другие механизмы преобразования.

 

[Андрей Миллер]

Это ессно, но также с ростом температуры поверхности растёт и тепловой поток через неё, т.е. теплопотери, я ничего не путаю?

Все зависит от материала стенки. Если этот материал от Бурана, то и потока почти нет.

М-да. И как тогда аргументацию озвучивать?

Ну, в озвученном примере и предполагается именно КШМ в обоих двигателях,

Тогда все просто: делаете ДВС1 и ДВС2, ставите на один и тот же стенд и вперед. Еще лучше, если оба ДВС будут одним и тем же двигателем (общий силовой механизм, агрегаты, топливная аппаратура и тд) , только испытываться будут в двух вариантах. Тогда обьективность и достоверность будут максимальными...

 

[JohnDoe]

Все зависит от материала стенки. Если этот материал от Бурана, то и потока почти нет.

Закону на материал чихать, если он "от Бурана" поток будет просто меньше, но меняться с ростом температуры будет в пропрциях установленных законом. ИМХУ.

Тогда все просто: делаете ДВС1 и ДВС2, ставите на один и тот же стенд и вперед.

Стенда нет. И ДВС1 нужно ещё не только изготовить, но и спроектировать, для того и пристал с вопросами(может нефиг заморачиваться). Двигатели разные "идеологически", одним и тем ДВС быть не могут, посему "объективности и достоверности" не видать? 🙁

 

[Андрей Миллер]

Закону на материал чихать, если он "от Бурана" поток будет просто меньше, но меняться с ростом температуры будет в пропрциях установленных законом. ИМХУ.

Материал Бурана, нагретый до красноты, можно держать в руках. То есть теплового потока нет совсем.
Вы спрашаваете непонятно что. То Т  такая же, то выше. Тепловой поток зависит не только от Т и площади стенки, но и от пеплопроводности материала стенки. Или, как говорит Владимир Александрович от теплового сопротивления материала стенки.

одним и тем ДВС быть не могут, посему "объективности и достоверности" не видать?

Полной достоверности именно двигателя не видать :-/
Есть конечно вариант сделать двигатель, поставить на машину и получить сравнительные характеристики со штатным мотором этой машины....

 

[JohnDoe]

Материал Бурана, нагретый до красноты, можно держать в руках. То есть теплового потока нет совсем.
Вы спрашаваете непонятно что. То Ттакая же, то выше. Тепловой поток зависит не только от Т и площади стенки, но и от пеплопроводности материала стенки. Или, как говорит Владимир Александрович от теплового сопротивления материала стенки.

Хорошо, оставим в покое Буран, возьмём более приземлённе материалы, применяемые для изготовления головки цилиндра ДВС. Я спрашивал, как изменятся теплопотери в двигателе площадь стенок у которого втрое меньше(в ВМТ) площади стенок КС прототипа при одинаковом объёме и температуре газов. При этом материал этих стенок, его тепловое сопротивление, толщина стенки(от неё также зависят потери) - одинаковы.

Полной достоверности именно двигателя не видать

Жаль. Впрочем подтвердилось моё впечатление, что теория ДВС - штука "заточенная" под традиционный двиг, для расчётов "экзотики" приходится изобретать и методы. Что сразу даёт "традиционалистам" убойный аргумент - "противоречит существующей теории". В общем весело 🙁

 

[Kim]

всякая методика расчёта получается эмпирическим путём
делается несколько прототипов, испытываются, обсчитываются
создаётся теория
вводятся поправки на изменения...

а Вы хотите получить готовый ответ на полностью неопределённый вопрос

 

[JohnDoe]

а Вы хотите получить готовый ответ на полностью неопределённый вопрос 

Что такого неопределённого Вы увидели в моих вопросах? :-? Соотношения озвученны. Неозвучен прототип? Это сильно важно? Ну тогда допустим это двигатель автомобиля ВАЗ-21083. Можно получить ответы на мои вопросы применительно к нему? Спасибо.
ЗЫ. А насчёт теории и эмпиричности оной я в курсе.  🙂

 

[Kim]

неопределённости:
- форма камеры сгорания
- степень сжатия
- форма потоков и скорости движения газов до, во время и после сгорания
- и т.д. и т.п.

 

[JohnDoe]

- форма камеры сгорания

Предположим полусферическую.

- степень сжатия

В изначальной постановке задачи я говорил об идентичности этого параметра, т.е. СЖ ДВС1= СЖ ДВС2

- форма потоков и скорости движения газов до, во время и после сгорания

Форма и скорости потоков близки к оным в двигателе Кушуля(ещё раз спасибо Вам за его книжку).

 

[Kim]

а где т.д. и т.п.?

у В.М.Кушуля потоки минимизированы,
но при этом в нужный момент максимальны

для нормального детального исследования нужно 2-3 страницы описания
и только в этом случае возможен более-менее корректный ответ

 

[JohnDoe]

@ Kim, вопрос звучал предельно просто: "Каковы будут сравнительные теплопотери в ДВС1 если, при прочих равных условиях, площадь стенок его КС составляет 30% от площади стенок КС прототипа?". Я примерный ответ знаю ещё со школы: "Сферическая форма сосуда обеспечивает наименьший возможный при данном объёме тепловой поток. Поэтому танки для хранения сжиженных газов на судах-газовозах выполняют сферическими. Также к этому эмпирически пришли тульские изготовители самоваров заметив, что в "шаровом" самоваре вода остывает медленней, чем в цилиндрическом" Меня интересовало, как это примерно отразится на КПД и т.д. Просто испытываю трудности с внятной аргументацией в заявке в ФИПС (из-за этого до сих пор не подана), не будешь же в ней про самовары глаголить. 😉

для нормального детального исследования нужно 2-3 страницы описания
и только в этом случае возможен более-менее корректный ответ

Ну, ещё луце изваять движок в железе и загонять его на стенде. Но для этого нужно хотя бы ответить на массу элементарных вопросов, а "я не волшебник, я только учусь". Могу выслать Вам на мейл описание идеи, если Вам интересно и не лень в дилетантских "бреднях" ковыряться.

 

[Kim]

таки теплопередачу нам читали целый семестр - дтн
высылайте, посмотрю...

 

[JohnDoe]

@ Kim, отправил.

 

[Андрей Миллер]

Я спрашивал, как изменятся теплопотери в двигателе площадь стенок у которого втрое меньше(в ВМТ) площади стенок КС прототипа при одинаковом объёме и температуре газов.

Скорее всего никак. При теплоизоляции КС повышается Т отработавших газов и они весело покидают цилиндр. 🙂
унося всю температуру с собой!

теория ДВС - штука "заточенная" под традиционный двиг, для расчётов "экзотики" приходится изобретать и методы. 

А как Вы хотели? :-? Зечем создавать теорию того, чего нет?

 

[Андрей Миллер]

как изменятся теплопотери в двигателе площадь стенок у которого втрое меньше(в ВМТ) площади стенок КС прототипа при одинаковом объёме и температуре газов.

Тепловые потери уменьшатся в трое. Результат будет такой же как и у больших судовых дизелей. Там поверхность цилиндра и КС относительно меньше его (цилиндра ) объема. Что приводит к тому, что я уже сказал - высоким Т.
Так что Ваш вопрос  в двигателестроении уже стоял...

 

[Kim]

@ Kim, отправил.

Cпасибо
но теперь прошу прощения за собственное мнение.

неработоспособно

и до теплопередачи дело не дойдёт - слишком много других проблем.

Аргументы традиционные.
Но если есть желание, то создайте на основе этой идеи компрессор.
Будет работать - можно двигаться далее...
Ведь работают же компрессоры и гидронасосы с косой шайбой...
а двс так и остаются многообещающими постоянными сообщениями...