Congcong Luo, Minghang Zhao, Song Fu, Yan Zhang, Yan Han, Qingqing Huang, Zhiquan Cui
Gegewe die praktiese uitdagings en beperkings verbonde aan die uitvoering van vernietigende eksperimente op groot mariene dieselenjins, het numeriese simulasie na vore getree as ‘n kritieke metode om die meganismes van suierringfaling toe te lig en te kompenseer vir die skaarste aan eksperimentele data. Met die fokus op die stelsel van die suierring, suier en silindervoering, vestig hierdie studie ‘n gekoppelde model wat ‘n 2D-vloeistofdomein met ‘n 3D-suierringstruktuur integreer. Die oplossing neem multi-fisika interaksies in ag wat termiese, vloeistof- en strukturele faktore behels. Anders as konvensionele losstaande vloeistofanalises, inkorporeer hierdie model die temperatuur- en drukafhanklike viskositeit van gasse, die k-ϵ turbulence model, en die strukturele vervorming van die suierring onder belasting in ‘n verenigde berekeningsraamwerk om die komplekse fisiese omgewing binne die silinder te simuleer.
Eerstens, deur die prestasie van suierringe in beide ongeslyte en geslyte toestande te vergelyk, ondersoek die studie die evolusie van mikro-vervorming en die gaslekkasie-vloeiveld, terwyl die nie-lineêre eienskappe van die vloeistofdinamika ook verken word. Simulasieresultate dui aan dat, selfs in ‘n normale toestand, die deursnitprofiel van die suierring aansienlike elastiese vervorming ondergaan op die oomblik van maksimum verbrandingsdruk. Wanneer slytasie plaasvind as gevolg van smeringsfaling, benadeel die verbreding van die slytasiegaping die seëlvermoë; die simulasie toon egter dat plaaslike gaslekkasiesnelheid en -druk ‘n afwaartse neiging toon, met die afnametempo wat geleidelik verlangsaam. Hierdie bevindinge word visueel gedemonstreer deur gevisualiseerde snelheids- en drukkontoere, wat ‘n nuwe perspektief bied vir die begrip van lekkasiemeganismes wat deur slytasie veroorsaak word.
Verder identifiseer die studie suierring-vasklewing (sticking) as ‘n potensiële primêre oorsaak van abnormale plaaslike drukverhoging binne die silinder, met ‘n vernietigende potensiaal wat dié van slytasie ver oorskry. Wanneer hoë-temperatuur koolstofneerslae die suierring binne die groef beperk en vrye beweging verhoed, word die gasvloeipad versper, wat ‘n skerp opstuwing in inter-ring druk veroorsaak. Simulasiedata toon dat die maksimum gasdruk onder vasklewingstoestande van ‘n basislyn van 5.27 MPa tot 11.92 MPa styg. Sulke drastiese drukskommelings en verhoogde drukvalle is kritieke faktore wat bydra tot faling van die silindervoering. Hierdie navorsing visualiseer die vloeiveld binne die silinder en verskaf voorlopige teoretiese data ter ondersteuning van foutdiagnose in mariene dieselenjins.
Verwysings:
Congcong Luo, Minghang Zhao, Song Fu, Yan Zhang, Yan Han, Qingqing Huang, Zhiquan Cui. Numerical simulation of piston rings in marine diesel engines considering thermal-fluid-structure factors: From normal to gas leakage conditions. In 2024 International Conference on Industrial Automation and Robotics (IAR 2024), October 18–20, 2024, Singapore, Singapore. ACM, New York, NY, USA, 7 pages.
https://dl.acm.org/doi/10.1145/3707402.3707412
BibTeX:
@inproceedings{Luo2024,
author = {Congcong Luo and Minghang Zhao and Song Fu and Yan Zhang and Yan Han and Qingqing Huang and Zhiquan Cui},
title = {Numerical simulation of piston rings in marine diesel engines considering thermal-fluid-structure factors: From normal to gas leakage conditions},
booktitle = {2024 International Conference on Industrial Automation and Robotics (IAR)},
year = {2024},
pages = {51--57},
publisher = {ACM},
doi = {10.1145/3707402.3707412}
}