Моделирование теплового состояния крышек цилиндров поршневых двигателей

Московский государственный технический университет 
имени Н. Э. Баумана 
 
 
 
Н.Д. Чайнов, Л.Л. Мягков,  
Н.С. Маластовский 
 
 
МОДЕЛИРОВАНИЕ  
ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ 
КРЫШЕК ЦИЛИНДРОВ  
ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 
 
 
 
 
Рекомендовано Научно-методическим советом  
 МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия по курсу  
«Моделирование теплового и напряженно-деформированного 
 состояний деталей» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва  
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана  
2011 
 
1 

УДК 621.36 
ББК 31.365 
        Ч-15 
 
 
Рецензенты: М. Г. Шатров, В. А. Марков 
 
Ч-15 
 
Чайнов Н. Д. 
Моделирование теплового состояния крышек цилиндров поршневых двигателей : учеб. пособие / Н. Д. Чайнов, 
Л. Л. Мягков, Н. С. Маластовский, — М. : Изд-во МГТУ 
им. Н. Э. Баумана, 2011. — 29, [3]. : ил. 
 
В учебном пособии приведены основные подходы к моделированию теплового состояния крышек цилиндров поршневых двигателей внутреннего сгорания. 
Для студентов, изучающих курс «Моделирование теплового и 
напряженно-деформированного состояний деталей» специальности «Двигатели внутреннего сгорания». 
 
 
 
УДК 621.36 
                                                                                                             ББК 31.365 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
          © МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011 
 
2 

Предисловие 
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 
«Двигатели внутреннего сгорания», выполняющих текущие задания 
по курсу «Моделирование теплового и напряженно-деформированнного состояний деталей» и курсовой проект по дисциплине 
«Конструирование двигателей». 
Основное внимание уделяется современным методам и подходам при численном моделировании задачи теплопроводности. Приводится иерархия расчетных моделей и алгоритм определения температурного поля узла крышка цилиндра — клапаны.  
В работе изложены методы, позволяющие определить тепловые 
граничные условия для решения задачи о температурных полях деталей, образующих камеру сгорания. Предложенный алгоритм расчета и используемые зависимости, по мнению авторов, являются 
оптимальными не только в рамках университетского курса подготовки, но могут быть использованы и при решении практических 
задач. 
Пособие может быть также полезно при дипломном проектировании.  
  
 
3 

Введение 
При моделировании полей температур, деформаций и напряжений базовых деталей и узлов двигателей внутреннего сгорания 
(ДВС) в настоящее время применяют численные методы анализа, и 
прежде всего метод конечных элементов (МКЭ), широкое использование которого обеспечивается наличием универсальных пакетов 
программ для ЭВМ [1]. 
Применительно к поршневым двигателям эффективность реализации существующих программных комплексов определяется 
наличием ориентированных на поршневые двигатели методик и алгоритмов, адекватных по уровню используемым конечно-элементным программам решения задач теплопроводности, гидро- и газодинамики. 
При моделировании теплового состояния крышки цилиндра и 
клапанов необходимо оценить условия теплообмена на различных 
поверхностях указанных деталей, включая места их сопряжения во 
время работы двигателя. Сложность задачи связана с различием условий и видами теплообмена на отдельных поверхностях крышки и 
клапанов, а также со взаимозависимостью температурных полей 
указанных деталей. Речь идет в первую очередь о полях температур 
на установившихся режимах работы двигателя, в частности на номинальном режиме и режиме максимального крутящего момента. 
Температурные поля деталей на установившемся режиме работы 
двигателя практически стационарны, колебания температуры в течение рабочего цикла на поверхности нагрева деталей относительно 
невелики и быстро затухают по глубине. При моделировании теплового состояния крышки цилиндра и клапанов их температурные 
поля должны быть согласованы между собой и определяться совместно в рамках решения общей задачи моделирования теплового и 
напряженно-деформированного состояний. 
Подлежащие определению усредненные за рабочий цикл двигателя параметры теплообмена носят выраженный локальный характер и должны учитывать относительную продолжительность теплового взаимодействия отдельных участков поверхностей деталей 
между собой и с соответствующими средами (горячими газами, свежим воздушным зарядом, охлаждающей жидкостью, смазочным 
маслом). 
 
4