Numeryczna analiza wymiany ciepła w cylindrze dwusuwowego silnika okrętowego

W artykule przedstawiono analizę procesu wymiany ciepła w cylindrze dwusuwowego silnika okrętowego o długim skoku tłoka. Wykorzystano obliczenia termodynamiczno-przepływowe CFD cyklu pracy silnika w dotyczące komory spalania oraz w objętości pod tłokiem, które udostępnił ośrodek konstrukcyjny silników okrętowych „Wärtsilä” w Szwajcarii. Opracowano program komputerowy do wyznaczania uśrednionych w cyklu pracy silnika rozkładów współczynnika przejmowania ciepła, temperatury gazu i gęstości strumienia ciepła wzdłuż tworzącej cylindra. W artykule przedstawiono porównanie wspomnianych rozkładów uzyskanych z użyciem obliczeń CFD oraz formuł empirycznych Woschniego, względnie Bulatiego. Opracowane metody obliczeń mogą być wykorzystane do wyznaczania maksymalnych wartości temperatur i ich gradientów, a w konsekwencji naprężeń termicznych i odkształceń elementów komory spalania silnika, a w szczególności tulei cylindrowej.

In the paper an analysis of the heat transfer in cylinder of a long-stroke marine engine was presented. For this purpose CFD results of thermal and flow processes during engine cycle in combustion chamber and under piston were applied. They were made available to the author by the marine engine designing centre ”Wärtsilä” in Switzerland. A special computer program was developed for calculation of engine cycle averaged distributions of heat transfer coefficient, gas temperature and heat flux along the cylinder liner. In the paper an appropriate comparison between these distributions obtained by the use of CFD results and based on empirical equations of Woschni or Bulaty was presented. The developed calculation methods can be utilized for evaluation of maximal temperatures and their gradients, and thus thermal stresses and deformations of combustion chamber parts of an engine, in particular of the cylinder liner.