Аль-Бдейри Махмуд Шакир Хассан, аспирант
308015, г. Белгород, ул. Победы, 85
Mahmood S. H. Al-Bdeiri, Postgraduate Student
85, Pobedy St., Belgorod 308015
Красильников Владимир Владимирович, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, профессор кафедры материаловедения и нанотехнологий
308015, г. Белгород, ул. Победы, 85
Vladimir V. Krasilnikov, Dr. Sci. (Physics and Mathematics), Senior Researcher, Professor of the Department of Material Science and Nanotechnologies
85, Pobedy St., Belgorod 308015
Сергеев Сергей Валерьевич, заведующий Научно-исследовательской лабораторией технологических систем
308015, г. Белгород, ул. Победы, 85
Sergey V. Sergeev, Head of the Research Laboratory of Technological Systems
85, Pobedy St., Belgorod 308015
Цель – выявить сложные переходные пути теплового потока в камере сгорания двигателя, значительно улучшить модели теплового потока дизельного двигателя и изучить влияние оксидного алюминиевого покрытия гальваноплазменной модификацией на кратковременные и долгосрочные реакции головки поршня. Анализ работы поршня дизельного двигателя с покрытием из алюминиевого сплава проведен с помощью модифицированного квазистационарного метода и метода конечных элементов. Представлен термодинамический анализ с применением уравнений энергии и состояния с соответствующей теплопередачей газа. Зависящие от времени граничные условия задавались на газообдуваемых поверхностях двумерных переходных моделей конечного элемента компонентов камер сгорания. Показано, что данная методология может раскрыть сложные переходные пути теплового потока в камерах сгорания двигателя и детали распределения тепловых потерь в различных охлаждающих средах. Численное моделирование показало, что увеличение максимальной температуры относительно поршня без покрытия составляет 64,3% для покрытия толщиной 0,13 мм. Испытания показали, что покрытия могут выдерживать до 280 термоциклов. Установлено, что прогнозы численного моделирования находятся в хорошем согласии с результатами экспериментов, которые были выполнены для отремонтированных поршней. В результате опытной эксплуатации двигателей Cummins КТА 38 на Черногорском и Восточно-Бейском угольных разрезах двигатель, имеющий после ремонта поршень с нанесенным гальваническим плазменным методом алюминиевым покрытием, находился в эксплуатации 2 года и 3 месяца при установленном межремонтном ресурсе 18000 моточасов. Таким образом, предлагаемая методика позволяет уменьшить изменения температуры в поршне и тем самым увеличить срок службы поршней двигателя, покрытых с использованием технологии термического барьерного покрытия.
The purpose of the work is to identify complex transient heat flow paths in the combustion chamber of engine, significantly improve the models of diesel engine heat flow, and study the effect of aluminum oxide coating by the galvanic plasma method on short-term and long-term reactions of the piston head. The analysis of operation of aluminum alloy coated diesel engine piston is carried out using a modified quasi-steady method and a finite element method. A thermodynamic analysis is presented using energy and state equations with corresponding gas heat transfer. Time-dependent boundary conditions are set on the gas-blown surfaces of 2D finite element transition models of combustion chamber components. It is shown that this methodology can reveal complex transient paths of the heat flow in engine combustion chambers and distribution details of heat losses in various cooling media. Numerical simulation has shown that the maximum temperature increase relative to the uncoated piston is 64.3% for the coating thickness of 0.13 mm. Tests have shown that the coatings can endure up to 280 thermal cycles. It is found out that predictions of numerical simulation are in good agreement with the results of experiments conducted with repaired pistons. The experimental operation of Cummins КТА 38 engines at Chernogorsk and Vostochno-Beysk coal mines has shown that the engine equipped after repair with the piston coated with aluminum applied by the galvanic plasma method has been in operation for 2 years and 3 months, whereas its set overhaul period is 18,000 hours. Therefore, the proposed methodology allows to reduce temperature variations in the piston and, thereby increase the service life of engine pistons coated with the use of the thermal barrier coating technology.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.