Congcong Luo, Minghang Zhao, Song Fu, Yan Zhang, Yan Han, Qingqing Huang, Zhiquan Cui
Arvestades praktilisi väljakutseid ja piiranguid, mis kaasnevad suurte laeva diiselmootorite purustavate katsetega, on numbriline modelleerimine tõusnud kriitiliseks meetodiks kolvirõngaste tõrkemehhanismide selgitamisel ja eksperimentaalsete andmete nappuse kompenseerimisel. Keskendudes kolvirõnga, kolvi ja silindrihülsi süsteemile, luuakse käesolevas uuringus sidusmudel (coupled model), mis ühendab 2D vedelikupiirkonna 3D kolvirõnga struktuuriga. Lahendus arvestab mitmefüüsikalisi interaktsioone, mis hõlmavad soojus-, vedelik- ja struktuuritegureid. Erinevalt tavapärastest eraldiseisvatest vedeliku analüüsidest hõlmab see mudel ühtsesse arvutusraamistikku gaaside temperatuurist ja rõhust sõltuvat viskoossust, k-ϵ turbulentsimudelit ning kolvirõnga struktuurset deformatsiooni koormuse all, et simuleerida silindrisisest keerukat füüsikalist keskkonda.
Esiteks, võrreldes kolvirõngaste tööd nii kulumata kui ka kulunud olekus, uuritakse mikrodeformatsioonide arengut ja gaasilekke vooluvälja, analüüsides samal ajal vedelikudünaamika mittelineaarseid omadusi. Simulatsioonitulemused näitavad, et isegi normaalses olekus toimub maksimaalse põlemisrõhu hetkel kolvirõnga ristlõikeprofiilis märkimisväärne elastne deformatsioon. Kui puuduliku määrimise tõttu tekib kulumine, halvendab kulumispilu laienemine tihendusvõimet; simulatsioon paljastab aga, et lokaalne gaasi lekke kiirus ja rõhk näitavad langustrendi, kusjuures languse määr aeglustub järk-järgult. Neid leide demonstreeritakse visuaalselt kiiruse ja rõhu kontuuride kaudu, pakkudes uut vaatenurka kulumisest tingitud lekkemehhanismide mõistmiseks.
Lisaks tuvastab uuring kolvirõnga kinnikiilumise (sticking) kui võimaliku peamise põhjuse ebanormaalseks lokaalseks rõhutõusuks silindris, mille purustusjõud ületab tunduvalt kulumise oma. Kui kõrge temperatuuriga süsiniku ladestused piiravad kolvirõnga liikumist soones, takistades selle vaba liikumist, on gaasi voolutee blokeeritud, põhjustades rõngastevahelise rõhu järsu tõusu. Simulatsiooniandmed näitavad, et maksimaalne gaasirõhk kinnikiilumise tingimustes hüppab baastasemelt 5.27 MPa tasemele 11.92 MPa. Sellised drastilised rõhukõikumised ja suurenenud rõhulangud on kriitilised tegurid, mis aitavad kaasa silindrihülsi purunemisele. Antud uurimistöö visualiseerib silindrisisest vooluvälja, pakkudes esialgseid teoreetilisi andmeid laeva diiselmootorite veadiagnostika toetamiseks.
References:
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}
}