“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
Academic metadata
Phd. theses
Tehnicko-tehnološke nauke
doktor nauka - mašinsko inženjerstvo
Univerzitet Crne Gore
Mašinski fakultet
Studijski program Mašinstvo
Other Theses Metadata
Investigation of flow processes in the engine intake port/valve assembly
[V. Pajković]
PDF/A (131 pages)
Motori i vozila / motori s.u.s. - Engines and vehicles / IC engine
Datum odbrane: 26.12.2005.
Nikolić, Božidar (mentor)
Petrović, Stojan (član komisije)
Veinović, Stevan (član komisije)
Klinar, Ivan (član komisije)
Vukoslavčević, Petar, 1949- (član komisije)
Strujni procesi u motorima u velikoj meri utiču na tok stvaranja smeše i sagorevanje, potrošnju goriva, toksičnost i dimnost izduvne emisije, prelaz toplote i termičku opterećenost motorskih elemenata, i dr. Stoga su oni predmet istraživanja dugi niz godina. Radi se, generalno, o veoma složenim, nestacionarnim, turbulentnim strujanjima viskoznog, stišljivog fluida, za čija se istraživanja redovno koriste najsavremenija dostignuća sa područja eksperimentalne, numeričke i teorijske fluidske dinamike.
U ovoj disertaciji istraživani su strujni procesi u usisnom kanalu/ventilu motora. Primarni istraživački zadatak bio je da se uspostavi metodologija ispitivanja strujnih performansi kanala/ventila, bazirana na primeni višesenzorskih anemometarskih sondi sa zagrejanim vlaknima. Ove sonde su, kao moderan alat eksperimentalne turbulencije, do sada korištene u mnogim turbulentnim strujnim tokovima, ali ne i za merenja u ventilskom prostoru motora. Prethodna iskustva u njihovoj primeni, te uslovi strujanja u izlaznom ventilskom prostoru, nagoveštavali su da komparativne prednosti višesenzorskih sondi, u odnosu na lasersku anemometriju, tu mogu doći do svog punog, najeksplicitnijeg izraza.
Ispitivanja su vršena na standardnoj glavi 4-cilindričnog dizel motora sa direktnim ubrizgavanjem. Razmatrane su protočne karakteristike, intenzitet generisanog vihora i raspodela brzinskog polja u izlaznom preseku jednog od tangencijalnih kanala. Svi parametri relevantni za procenu strujnih performansi kanala/ventila, definisani su i detaljno analizirani.
Protočne karakteristike ispitivanog kanala/ventila procenjivane su na osnovu koeficijenta protoka. Merenja su vršena u stacionarnim uslovima, pri fiksnim položajima ventila i konstantnim padovima pritiska u usisnoj instalaciji. Na osnovu toka promene koeficijenta protoka identifikovani su položaji ventila pri kojima dolazi do promena režima strujanja na izlazu iz usisnog kanala.
Intenzitet aksijalnog vihora u cilindru, indukovanog tokom produvavanja usisnih organa, meren je pomoću mehaničkog anemometra. Rezultati su izražavani u vidu vihornog broja i vihornog odnosa. Na osnovu ovih dvaju (korespodentnih) bezdimenzionalnih parametara procenjivana je sposobnost konkretne tangencijalne usisne konfiguracije da generiše vihorno strujanje u cilindru.
Brzinsko polje na izlazu iz kanala/ventila mereno je pomoću posebno oblikovane dvosenzorske sonde X konfiguracije. Oblik i konstrukcija sonde bili su u potpunosti prilagođeni geometriji mernog prostora. Prostorna slika raspodele brzina dobijena je na osnovu merenja u nizu tačaka po ivičnoj visini otvora ventila (valve curtain area), u tri preseka po obimu ventilske glave. Pritom je ventil bio fiksiran u trima položajima, određenim shodno (različitim) režimima strujanja koji se na izlazu uspostavljaju.
Pri reprodukovanju trenutnih vektora brzine fluida korištena su najnovija saznanja na polju interpretacije signala višesenzorskih sondi. Iz reprodukovanih trenutnih vrednosti brzina izračunavane su srednje i fluktuacione komponente u aksijalnom i radijalnom pravcu, te statistički momenti raspodele turbulencije III i IV reda. Ovi su statistički momenti turbulencije omogućili analizu dinamičke (ne)stabilnosti strujanja u mlazu na izlazu iz kanala/ventila. Uz to je analiziran uticaj zida cilindra na devijaciju strujanja u izlaznom ventilskom prostoru, uključujući efektivni uticaj na dinamiku strujanja u mlazu. Izvedeni su zaključci u pogledu neuniformnosti raspodele brzinskog polja po visini i obimu otvora ventila, te dominantnim uticajima na karakter te raspodele.
Implementacijom višesenzorske brzinske sonde u ventilskom prostoru motora ostvarena su dva važna efekta: prvo, procena strujnih performansi usisnog kanala/ventila značajno je pojednostavljena i ubrzana, i drugo, još važnije, otvorena je, po prvi put, mogućnost neposrednog merenja raspodele brzina i na izvedenim, standardnim, a ne samo modelskim, cilindarskim glavama motora.
Flow processes in i.c. engines affect considerably the mixture formation and combustion, fuel consumption, toxicity and the opacity of exhaust emission, the heat transfer and the thermal stresses of engine elements, and other. Therefore, they have been the subject of investigation for many years. In general, these are very complex, unsteady, turbulent flows of viscous, compressible fluid, the investigation of which requires application of the ultramodern techniques in the field of experimental, numerical and theoretical fluid dynamics.
This thesis has investigated the flow processes in the engine intake port/valve assembly. The primary research task was to establish a methodology for investigating flow performances of the port/valve assembly based on the use of multiple hot-wire anemometer probes. These probes, as the modern tools of experimental turbulence, have been used in numerous turbulent flows so far, but not for the measurements in the valve exit plane. Previous experience in their application and the valve exit flow conditions, suggested that comparative advantage of multiple hot-wire probes, in relation to laser anemometry, here can find their full, explicit expression.
Investigations were performed on a standard cylinder head of a direct injection diesel engine. Discharge characteristics, the swirl intensity and the velocity field distribution in the exit plane of one of the tangential ports were considered. Ali the parameters relevant for the assessment of the flow performances of the port/valve assembly have been defined and analyzed in detail.
Discharge characteristics of the investigated tangential port have been assessed based on the flow (discharge) coefficient. Measurements were done in stationary flow conditions, for the fixed valve lifts and constant pressure drops across the valve. Based on the flow coefficient changes, the valve lifts in vvhich a change of flow regimes at the port exit occurs, were identified.
The intensity of the swirl in the cylinder, induced during discharge through of the intake port/valve assembly, was measured with the paddle wheel anemometer. The results were expressed in the form of a swirl number and a swirl ratio. Based on these two (corresponding) non-dimensional parameters, the capacity of the investigated tangential intake configuration to generate the swirl flow in the cylinder was assessed.
The velocity field at the exit of valve was measured with a specially designed two- sensor hot-wire probe of X configuration. The design of the probe was completely adapted to the port/valve geometry. The spatial flow velocity distribution was obtained by measurement in a lot of points along the height of the valve curtain area, in three planes around the valve head periphery. The valve was fixed in three positions, determined according to (various) flow regimes established at the valve exit.
When reproducing the fluid velocity vectors the nevvest knovvledge in the field of multiple hot-wire probe signals interpretation were used. From the reproduced velocity vector values the mean and fluctuation components in the axial and radial direction, as well as the third and the fourth statistical moment of the velocity probability distribution function, were calculated. These statistical turbulence moments made possible analysis of flow dynamic (in)stability in the jet at the valve exit. Also, the influence of the cylinder wall on flow deviation in the exit was analysed, including its effective influence on the flow dynamics in a jet. Conclusions were made regarding the non- uniformity of flow velocity field distribution along the height valve lift and around valve periphery, as well as the dominant influences on the character of velocity distribution.
Implementation of multiple hot-wire probe in the valve exit plane brought two important advantages: first, the assessment of flow performances of the intake port/valve assembly was significantly simplified and accellerated, and secondly, even more importantly, for the first time the possibility for direct measurement of flow velocity distributions in the standard, not only in model engine cylinder heads, was established.
motor s.u.s., usisni kanal/ventil, strujni procesi, višesenzorske anemometarske sonde sa zagrejanim vlaknom
Strujni procesi u motorima u velikoj meri utiču na tok stvaranja smeše i sagorevanje, potrošnju goriva, toksičnost i dimnost izduvne emisije, prelaz toplote i termičku opterećenost motorskih elemenata, i dr. Stoga su oni predmet istraživanja dugi niz godina. Radi se, generalno, o veoma složenim, nestacionarnim, turbulentnim strujanjima viskoznog, stišljivog fluida, za čija se istraživanja redovno koriste najsavremenija dostignuća sa područja eksperimentalne, numeričke i teorijske fluidske dinamike.
U ovoj disertaciji istraživani su strujni procesi u usisnom kanalu/ventilu motora. Primarni istraživački zadatak bio je da se uspostavi metodologija ispitivanja strujnih performansi kanala/ventila, bazirana na primeni višesenzorskih anemometarskih sondi sa zagrejanim vlaknima. Ove sonde su, kao moderan alat eksperimentalne turbulencije, do sada korištene u mnogim turbulentnim strujnim tokovima, ali ne i za merenja u ventilskom prostoru motora. Prethodna iskustva u njihovoj primeni, te uslovi strujanja u izlaznom ventilskom prostoru, nagoveštavali su da komparativne prednosti višesenzorskih sondi, u odnosu na lasersku anemometriju, tu mogu doći do svog punog, najeksplicitnijeg izraza.
Ispitivanja su vršena na standardnoj glavi 4-cilindričnog dizel motora sa direktnim ubrizgavanjem. Razmatrane su protočne karakteristike, intenzitet generisanog vihora i raspodela brzinskog polja u izlaznom preseku jednog od tangencijalnih kanala. Svi parametri relevantni za procenu strujnih performansi kanala/ventila, definisani su i detaljno analizirani.
Protočne karakteristike ispitivanog kanala/ventila procenjivane su na osnovu koeficijenta protoka. Merenja su vršena u stacionarnim uslovima, pri fiksnim položajima ventila i konstantnim padovima pritiska u usisnoj instalaciji. Na osnovu toka promene koeficijenta protoka identifikovani su položaji ventila pri kojima dolazi do promena režima strujanja na izlazu iz usisnog kanala.
Intenzitet aksijalnog vihora u cilindru, indukovanog tokom produvavanja usisnih organa, meren je pomoću mehaničkog anemometra. Rezultati su izražavani u vidu vihornog broja i vihornog odnosa. Na osnovu ovih dvaju (korespodentnih) bezdimenzionalnih parametara procenjivana je sposobnost konkretne tangencijalne usisne konfiguracije da generiše vihorno strujanje u cilindru.
Brzinsko polje na izlazu iz kanala/ventila mereno je pomoću posebno oblikovane dvosenzorske sonde X konfiguracije. Oblik i konstrukcija sonde bili su u potpunosti prilagođeni geometriji mernog prostora. Prostorna slika raspodele brzina dobijena je na osnovu merenja u nizu tačaka po ivičnoj visini otvora ventila (valve curtain area), u tri preseka po obimu ventilske glave. Pritom je ventil bio fiksiran u trima položajima, određenim shodno (različitim) režimima strujanja koji se na izlazu uspostavljaju.
Pri reprodukovanju trenutnih vektora brzine fluida korištena su najnovija saznanja na polju interpretacije signala višesenzorskih sondi. Iz reprodukovanih trenutnih vrednosti brzina izračunavane su srednje i fluktuacione komponente u aksijalnom i radijalnom pravcu, te statistički momenti raspodele turbulencije III i IV reda. Ovi su statistički momenti turbulencije omogućili analizu dinamičke (ne)stabilnosti strujanja u mlazu na izlazu iz kanala/ventila. Uz to je analiziran uticaj zida cilindra na devijaciju strujanja u izlaznom ventilskom prostoru, uključujući efektivni uticaj na dinamiku strujanja u mlazu. Izvedeni su zaključci u pogledu neuniformnosti raspodele brzinskog polja po visini i obimu otvora ventila, te dominantnim uticajima na karakter te raspodele.
Implementacijom višesenzorske brzinske sonde u ventilskom prostoru motora ostvarena su dva važna efekta: prvo, procena strujnih performansi usisnog kanala/ventila značajno je pojednostavljena i ubrzana, i drugo, još važnije, otvorena je, po prvi put, mogućnost neposrednog merenja raspodele brzina i na izvedenim, standardnim, a ne samo modelskim, cilindarskim glavama motora.