Přednáška č. 1 Základní parametry pro popis průtoku pracovní látky kanálem spalovacího motoru, průtokový součinitel kanálu

Transkript

1 Vntřní aeroynaa salovacího otoru Přenáša č Zálaní araetry ro os růtou racovní láty anále salovacího otoru, růtoový součntel análu Vntřní aeroynaa salovacího otoru se zabývá robleatou osu rouění racovní láty salovací otore Z hlesa osu a výočtu růtou racovní láty salovací otore lze racovní oběh rozělt na tř olšné oblast le obr Obr Př řešení jenotlvých částí se oužívají násleující ostuy: - v rostoru válce otoru (oblast ) se ulatňují různé výočtové oely zaěřené na vantfac íry nalnění válce (zejéna ro neřelňované otory) a na os charateru rouového ole ve válc a na vantfac turbulentních vlastností nálně (zejéna ro řelňované otory) Prouění lze charaterzovat jao nestaconární třírozěrné rouění Řešení ve výočtových rograech se rováí ve zvolené časové rou, zěny se stanovují vazstatcy a celová nestaconární zěna je souhrne statcých rovnovážných stavů, - rostor hlavy válce (oblast ), jená se o rouění na nesojtých zěnách růřezů Posné araetry, teré se ále oužívají ve výočtových oelech, se určují exerentálně za oíne staconárního rouění Výslené rouění je určeno soubore jenotlvých staconárních stavů, - rouění v říojných otrubích (oblast 3) je charaterzováno řevažující sěre rouění racovní nálně (ole geoetrcého řešení otrubí) a ř zálaní řešení lze oužít zravla os vourozěrný nestaconární rouění

2 Zálaní araetry ro os vlastností lncích a výfuových análů Pro honocení vlastností análů se oužívají násleující exerentální araetry: - růtoový součntel, - vírové číslo análu, - crulace vetoru rychlost, - vírový součntel, - hyraulcý oor análu Tyy a zálaní charatersty jenotlvých roveení análů Tyy análů jsou určeny geoetrcý roveení análu a jeho řojení na rostor válce otoru Plncí (sací) anály se ělí na: - říé anály, - tangencální anály, - šroubové anály Příý anál Obr Proveení lncích análů Zůsoby řojení: nevřvý anál vířvý anál Charatersta análu: - osa análu je říová č s írný lynulý zěna sěru a robíhá etcy v jené rovně, - onstručně jenouchý, - alý hyraulcý oor,

3 - velý růtoový součntel, velost ovlvňuje uístění análu vůč stěně válce, velost růěru ventlu a éla análu, - alá rotace nálně válce vlve análu, - rozvíření nálně ve válc se zajšťuje raální ohybe, - není vhoný ro otevřené salovací rostory, - vhoný ro řelňované otory Pou je říý anál naojen na válec vířvý zůsobe, tj osa análu robíhá o osu válce, velost růtoového součntele lesá a roste rozvíření nálně ve válc otoru Hlavní vlv na rotac nálně á vzálenost análu o stěny válce, ř alé vzálenost se vytváří výraznější nerovnoěrný výto o obvou sela ventlu Tangencální anál Charatersta análu: - tangencální naojení análu, osa análu o osu válce - obré růtoové vlastnost, - větší rozvíření nálně válce, - olšné vlastnost ř otevírání a zavírání ventlu (hystereze) Výstuní uls ro tangencální rotac nálně je souvsí s jenostranný výtoe z ventlového sela, terý je zůsoben: - zenšení růřezu análu na sele ventlu, - naojení osy análu o osu válce, - úravou soní hrany análu (fuzorové rozšíření růřezu) Intenzta rozvíření nálně válce roste zejéna v oblast střeních a velých zvhů ventlu, což je vyvoláno otrhávání orajové oblast rouu na vntřních zařvených lochách análu Uveený stav zůsobuje nerovnoěrné rozložení růtou o obvou sela ventlu Pro oblast alých zvhů ventlu se u těchto análů zvyšuje ntenzta víření onstrucí s usěrněný výtoe, terý lní func clony na ventlu Tato onstruční úrava řestavuje fuzorové rozšíření rostoru za sele ventlu ve sěru ose válce, číž je nasěrován výto racovní láty o válce Intenzta rozvíření nálně válce vlve tangencálního análu je v oblast axálního zvhu ventlu stejná jao u análů šroubových, výhoou jsou výhonější růtoové vlastnost Charaterstcou vlastností tangencálních análů je hysterezí syča v růběhu vírového čísla, terá souvsí s olšný charatere růtou racovní láty sele ventlu ř otevírání a náslené zavírání ventlu Př větší zvhu ventlu ochází otrhávání ovrchové rounce v ístě sela ventlu Otržení rouu závsí na geoetrcé řešení růřezů v oblast selo-anál a nastává ř určté zvhu ventlu Př ohybu ventlu sěre o sela (zavírání) se naoa relatvně volný rou racovní láty řojuje selu ventlu, což nastává v jné časové oažu než otržení rouu U tangencálních análů je nutné rovést otalzac rotchůných vlvů ůsobících na růto-rozvíření nálně Jená se řeevší o ožaave axálního oloěru ůsobení rouu rotéající láty vzhlee ose válce (hleso rozvíření) a o vzálenost o stěny válce, terá zůsobuje šrcení výtou rouu stěnou (hleso růtou)

4 Šroubový anál Charatersta análu: - snížené růtoové vlastnost, - větší hyraulcé ztráty, - velé rozvíření nálně, - alá ctlvost na uístění, - náročné onstruční řešení v hlavě válců Konstruční řešení análu se osahuje velého rozvíření nálně válce jž ř alé zvhu ventlu, řčež ctlvost na uístění ose válce vlv sela ventlu je alý Poíny ro rotac nálně ve válc jsou vytvořeny ohybe rouu jž v anále, e racovní láta zísává růtoe rotační uls Př výtou ze sela ventlu je význaná tangencální složa rychlost, terá se v ístě výtou o válce ění na rotac vůč ose válce Nevýhoou šroubového análu je enší růtoový součntel vlve větší ontrace rouu ř výtou tangencální sěre Velost rotačního účnu šroubového análu závsí na: - úhlu zatočení šroubovce análu - oloze análu vzhlee válc, - vzálenost řojení análu vůč ose válce, - větší rostorové nároy na hlavu válce Kobnace různých tyů análů Pro osažení ožaovaných araetrů lncí č výfuové soustavy oerních otorů tj zvýšen ntenzty víření nálně č růtočného nožství se oužívá větší očet lncích a výfuových análů Toto onstruční řešení je výhonější rot zvětšování růěru análu Výslené araetry lncího č výfuového systéu závsí na řešení jenotlvých análů, teré zravla jsou olšně onstručně řešeny a vzájeně se ovlvňují Obecně nelze určt výslené araetry jao součet ílčích vlvů jenotlvých análů a je nutné rováět jejch otalzac Varanty obnací šroubového análu a tangencálního análu a varanty vou tangencálních análů (ro ožaave vyšší ntenzty rotace nálně válce) jsou na obr 3 Konstruční řešení vou lncích tangencálních análů je na obr 4

5 Varanta Honocení Běžné usořáání análů Obtížná otalzace šroubového análu 3 Nevýhoné ro solečný vstu análů 4 Př solečné vstuu enší využtí tangencálního análu 5 Prostorově nevýhoné 6 Prostorově výhonější ro otalzac tvaru análů 7 Varantní usořáání č 8 Varantní usořáání č 6 Poznáa: rotace nálně válce ve sěru šy Obr 3 Usořáání hlavy válce se věa lncí anály

6 Obr 4 Konstruční řešení lncích análů vznětového otoru Průtoový součntel análu Průtoový součntele se číselně osuje charater růtou lncí č výfuový anále a uveený araetr souvsí s růběhe výěny obsahu válce otoru Oor ř růtou zůsobený anále se rojeví jao zěna ulzu hybnost nálně rot oíná ř etcé růtou Součntel vyjařuje oěr sutečně rotéajícího nožství (vzuchu, sěs č saln), teré zjstíe ř ěření a etcého nožství ř orovnávacích oínách Teoretcé nožství je určeno růřeze oažté růtoové lochy v sele ventlu a tlaový sáe ez vnější rostřeí a válce ř rouění eální teutny Vzhlee oíná ř ěření se zravla řeoláá soentrocý růto nestlačtelné teutny (ro stanarní zoušu s tlaový rozíle na análu =,45 Pa) Průtoový součntel análu je součne součntele ontrace, terý osuje růtoový růřez v ístě růtou a rychlostního součntele, terý charaterzuje oíny růtou

7 Průtoový součntel závsí na: - tvaru análu - uístění vzhlee e stěně válce a ose válce, - roveení ventlu, - stavu rotéající teutny anále, - tlaové sáu na análu Průtoový součntel se určuje exerentálně na aeroynacé trat ř stanovených oínách - lascá zouša ř onstantní tlaové sáu na ventlu a různých zvzích ventlu Rychlost v růřezu análu tj ez sele ventlu a ventle je řblžně onstantní ro celý rozsah zvhu ventlu V růtoové růřezu se ale ění součntel ontrace, terý závsí na oažté zvhu ventlu Součntel ontrace závsí na: - zvhu ventlu, - úhlu sela ventlu, - tvaru sela ventlu, - tvaru talířu ventlu, oloze ventlu vzhlee e stěně válce, - oěru zvhu ventlu růěru sela ventlu Vlv zvhu ventlu na charater rouu teutny ro lncí a výfuový anál je na násleujících obrázcích Obr 5 Průto lncí a výfuový anále

8 Průtoový součntel análu je sut sut S Potřebné honoty o výočtového vztahu se zísají násleující ostue Průto racovní láty v lncí systéu otoru je scheatcy na obr 6 Bo - vstu o lncího systéu Bo v - rostor sela ventlu Bo - rostor válce otoru K výočtu etcé hotnost oužjee jenorozěrné zoentrocé staconární rouění Energetcá rovnce bue 0 což o ntegrac se zanebání alé zěny otencální energe ez boy, v, onst Pro ustálený růto á rovnce ontnuty tvar S S S Tvar energetcé rovnce ro osované růřezy bue:

9 a etcá soentrocá rychlost Zaveení zjenoušujících řeolaů: - vstu teutny o análu je z rozěrného rostoru = 0, - netcá energe vstuujícího rouu teutny se ve válc oažtě transforuje na tlaovou energ, - ř ortcé rouění (ro stanarní zoušu) =, - ř nartcé rouění (zouša ř sutečných tlaových oěrech u výfuových análů Po úravách bue vztah ro etcou hotnost S Určení jenotlvých stavů vychází z usořáání oelové aeroynacé zoušy Stav v boě oovíá baroetrcý oíná V růřezu v latí rovnost tlaů = Sutečná růtoová hotnost se zjšťuje clonovou tratí č objeový růtooěre Vzhlee e tlaů oužívaný ř oelových zoušách, lze řjout řeola nestlačtelnost tj a rychlost v sele ventlu bue s c e: c součet ístních ztrát ez růřezy rychlostní součntel určení oílu ztráty netcé energe na výtou

10 Průřez v sele ventlu je ovlvněn ontrací rouu teutny a sutečnou honotu lze určt oocí součntele ontrace Průtoové nožství bue S S vs s - určuje růtoový součntel a za oíny nestlačtelnost teutny se e určí exerentálně ro alé tlaové sáy ze vztahu S a ř větších tlaových sáech (s resetování stlačtelnost teutny) S Velost růtoového součntele závsí na větší očtu araetrů Význaná je závslost na Reynolsově čísle Re Průtoový součntel lncího análu se zjšťuje v závslost na bezrozěrné oěru h/ v Moelové aeroynacé zoušy análu se rováí ř onstantní tlaové sáu na análu a vyjařují vlv součntele ontrace v ístě ventl-ventlové selo Pole závslost růtoového součntele na oěru h/ v lze orovnávat vlastnost různých roveení análů Ve vztahu ro výočet růtoového součntele se oužívá locha růtoového růřezu, součntel je závslý na zůsobu vyjáření této lochy Pro větší zvhy ventlu se zravla oužívá geoetrcá růtoová locha sele ventlu e v stření růěr sela ventlu S v h Pro enší zvhy je růtoová locha ovlvňována úhle sela ventlu a ř úhlu sela ventlu je její velost S v sn v hsn cos hcos cos 4 v v 4h h

11 Pou se ve výočtech oužje ro lochu vztah ro ruhový růřez análu (se zanebání růěru říu ventlu) S 4 v Je závslost obou loch S S e se honota označuje jao uzavírací číslo análu 4h v Pro alé zvhy ventlu je oět tato honota závslá na úhlu sela ventlu vztahe h cos sn Za alé zvhy ventlu se ovažují honoty zvhů: - ro selo = 30º h = s - ro selo = 45º h= s e s - šířa sela ventlu (,5-) v

12 Schéa usořáání aeroynacé trat ř stanarní zoušce Průtoový součntel v růběhu lnění válce Množství nálně, teré ř rovozní režu otoru rotéá anále o válce otoru závsí na tlaové sáu análu, roveení análu a je z hlesa racovního oběhu otoru taé závslé na ožaované řebytu vzuchu Stření rychlost v anále běhe lnění je etcy le vztahu atř, c s Z n 30 Z e D oěrový oefcent (transforace lochy análu o lochy válce) očet lncích ventlů

13 Tato rychlost je stření rychlostí růtou eální teutny anále ou se neuvažují ztráty Součne vyjáříe velost ztrát, vznajících ř sutečných růtoových oínách, teré s ůžee řestavt jao zenšení velost růtočné lochy v sele ventlu Sutečná stření rychlost růtou teutny anále oto bue stř, s stř, ( ) stř e () stř je stření růtoový součntel běhe lncího zvhu Za řeolau očátu a once lnění v úvratích je určen vztahe nebo obecně ř lnění v ezích SO SZ stř SZ 0 stř SZ SO Oba uveené vztahy neuvažují vlv neatcých araetrů lového echasu ístového otoru Př osu sutečných růtoových oěrů v sele ventlu tj závslostí určujících růběh zvhu ventlu a ohybu ístu otoru na otočení lového hříele otoru, zísáe stření rychlost růtou teutny vztahe SO stř, Tato vyočtené stření růtoové rychlost oovíá otřebný růěrný tlaový sá na ventlu stř stř Současně ze strany válce otoru latí ro stření tlaový sá závslost resetující zěnu objeu ve válc otoru v růběhu lnění e V z stř V V je oažtá rychlost teutny v anál z 0

14 Rychlost v análu lze taé určt z oažté rychlost ístu a sutečného růtoového růřezu anále Obje teutny rotéající anále oovíá objeu, terý uvolňuje ohybující se íst otoru 4 4 D v a oažtá rychlost v sele ventlu t x Pro výočet oažté rychlost ístu oužjee vztah 30 n x a obje vtéající o válce x D t x D V 4 4 což ferencování řechází o vztahu x D V 4 Dosazení vztahů ro a V o vztahu ro výočet střeního tlaového sáu na ventlu 0 3 x Z stř zjštěnéu střeníu tlaovéu sáu na ventlu oovíá stření rychlost růtou stř Číž zísáe vztah ro výočet stření velost růtoového součntele c s stř,

15 Dosazení zjštěné závslost ro stření rychlost růtou a o úravách bue vztah ro výočet stření honoty růtoového součntele ve tvaru x Z z 3 3 Pro řblžný výočet řeolááe očáte a onec lnění válce v úvratích a vztah ro výočet á tvar x Z z Po osazení zjenoušené závslost ohybu ístu na ootočení sn sn Z x Bue vztah ro růtoový součntel z sn sn,967 3 Stření růtoový součntel se určuje ro řía oíne stanarní aeroynacé zoušy ř onstantní tlaové sáu na ventlu,45 Pa, lze vyočítat jeho honotu ro sutečný č řeoláaný růběh tlaového sáu ro sutečný otor Pro tyto výočty je nutné zjstt závslost růtoového součntele ř onstantní zvhu ro různé tlaové sáy tj závslost h f, Schéa výočtu je na násleující obrázu Uveený rozbor růtou sele ventlu lze využít ro výočet výonu na výěnu obsahu válce P,stř (W/ 3 ), ř otáčách n (/n) Pro jenotový obje otoru 3 a ř stř (Pa) bue ze vztahu 0, n P stř stř e stření tlaový sá je 30 n Z stř

16

17 Průtoový součntel análu - shrnutí sut sut S součntel ontrace rychlostní součntel Pro nestlačtelnou teutnu (řblžně ř tlaové sáu na ventlu,45 Pa): Pro stlačtelnou teutnu (ro vyšší tlaové sáy- sutečné oíny ř lnění): r T Stření růtoový součntel: 0 3 c s íst stř Uzavírací číslo análu v v v anál selo h h S S 4 4

18 Honoty růtoového součntele ( ) ole tyu análu Ty análu Poěr h/ v () říý 0-0,30 0-0,63 tangencální 0-0,30 0-0,50 šroubový 0-0,30 0-0,4