Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Қозғалтқыш бөлшектерінің ішкі аэродинамикалық қасиеттерін сынау құрылғысы
Device for testing internal aerodynamics of engine parts
Ауа ағыны стенді – қозғалтқыш компонентінің ішкі аэродинамикалық қасиеттерін сынауға арналған құрылғы, ол көбірек танымал жел тоннелімен байланысты. Ол негізінен ішкі жану қозғалтқыштарының цилиндр басқарыларының сору және шығару каналдарын сынау үшін қолданылады. Сондай-ақ, ауа сүзгілері, карбюраторлар, коллекторлар немесе газ ағызуын қамтамасыз етуге қажетті кез келген басқа да бөлшектің өтімділігін сынау үшін де қолданылады. Ауа ағыны стенді – жоғары өнімді қозғалтқыштарды құрастырушылардың маңызды құралы, және онысыз цилиндр басқарыларының каналдарын дұрыс реттеу мүмкін емес. Ауа ағыны стендінің құрамына ауа сорғысы, өлшеу элементі, қысым мен температураны өлшейтін манометр сияқты аспаптар және түрлі басқару элементтері кіреді. Сынақ үлгісі сорғымен және өлшеу элементімен тізбектей орнатылады, содан кейін ауа бүкіл жүйе арқылы сорғыланады. Сондықтан, өлшеу элементі арқылы өтетін барлық ауа, сынақ үлгісі арқылы да өтеді. Өлшеу элементі арқылы көлемдік ағын белгілі болғандықтан, сынақ үлгісі арқылы да ағын сол шамада болады, демек ол да белгілі. Массалық ағындылықты есептеу үшін белгілі қысым және температура деректерін пайдаланып ауа тығыздығын аныдап, оны көлемдік ағынға көбейту қажет.
An air flow bench is a device used for testing the internal aerodynamic qualities of an engine component and is related to the more familiar wind tunnel. It is used primarily for testing the intake and exhaust ports of cylinder heads of internal combustion engines. It is also used to test the flow capabilities of any component such as air filters, carburetors, manifolds or any other part that is required to flow gas. A flow bench is one of the primary tools of high performance engine builders, and porting cylinder heads would be strictly hit or miss without it. A flow bench consists of an air pump of some sort, a metering element, pressure and temperature measuring instruments such as manometers, and various controls. The test piece is attached in series with the pump and measuring element and air is pumped through the whole system. Therefore, all the air passing through the metering element also passes through the test piece. Because the volumetric flow rate through the metering element is known and the flow through the test piece is the same, it is also known. The mass flow rate can be calculated using the known pressure and temperature data to calculate air densities, and multiplying by the volume flow rate.
Ауа сорғысы
Пайдаланылатын ауа сорғысы қажетті қысымда қажетті көлемді жеткізе алуы тиіс. Ағынды сынаудың көп бөлігі 10 және 28 дюйм су бағанының қысымында (2,5 – 7 килопаскаль) жүргізіледі. Басқа сынақ қысымдары да қолданылуы мүмкін, бірақ нәтижелерді басқалардың жұмысымен салыстыру үшін түрлендіру қажет болады. Дамытылатын қысым сынақ қысымын, өлшеуіш элементтегі жоғалтуды және жүйедегі барлық басқа жоғалтуларды ескеруі керек. Өлшеуіш элементтің дәлдігі жоғары болған сайын, жоғалту да соғұрлым артады. Сыналатын қозғалтқыштың көлеміне байланысты, минутына 100-ден 600 куб футке дейін (0,05-тен 0,28 м³/с дейін) ағын көлемі дерлік барлық қолданыстар үшін жеткілікті. Қажетті қысым айырмасын және ағын көлемін жеткізе алатын кез келген сорғыны пайдалануға болады. Көбінесе динамикалық қысымды орталықтандырылған компрессорлар қолданылады, олар көбінесе шаң сорғыштар мен турбокомпрессорларда қолданылады. Бірақ көп сатылы осьтік ағынды компрессорлар да қолданылуы мүмкін, олар көбінесе реактивтік қозғалтқыштарда қолданылады. Дегенмен, оларға қосымша шығындар мен күрделіліктердің қажеті жоқ, себебі олар әдетте реактивтік қозғалтқыштар сияқты жоғары ағын жылдамдығын қажет етпейді, сондай-ақ аэродинамикалық қарсылық факторларымен шектелмейді, бұл тар диаметрлі осьтік компрессорды тең ауа ағыны бар орталықтандырылған компрессордан реактивтік қозғалтқыштарда тиімдірек етеді. Поршенді компрессорлар сияқты оң көлемдік ығысу типі немесе Roots үрлеуіш сияқты роторлық типтер де ауа ағынындағы тербелістерді басуға мүмкіндік беретін тиісті шаралармен қолданылуы мүмкін (бірақ екі бұрандалы компрессорлар сияқты басқа роторлық типтер де қысылған сұйықтықты тұрақты түрде жеткізе алады). Жеке желдеткіштің қысым коэффициенті тым төмен және оны қолдануға болмайды.
The air pump used must be able to deliver the volume required at the pressure required. Most flow testing is done at 10 and 28 inches of water pressure (2.5 to 7 kilopascals). Although other test pressures will work, the results would have to be converted for comparison to the work of others. The pressure developed must account for the test pressure plus the loss across the metering element plus all other system losses. The greater the accuracy of the metering element the greater is the loss. Flow volume of between 100 and 600 cubic feet per minute (0.05 to 0.28 m³/s) would serve almost all applications depending on the size of the engine under test. Any type of pump that can deliver the required pressure difference and flow volume can be used. Most often used is the dynamic compression centrifugal type compressor, which is familiar to most as being used in vacuum cleaners and turbochargers, but multistaged axial flow compressor types, similar to those used in most jet engines, could work as well, although there would be little need for the added cost and complexities involved, as they typically don't require such a high flow rate as a jet engine, nor are they limited by the aerodynamic drag considerations which makes a narrow diameter axial compressor more effective in jet engines than a centrifugal compressor of equal air flow. Positive displacement types such as piston compressors, or rotary types such as a Roots blower could also be used with suitable provisions for damping the pulsations in the air flow (however, other rotary types such as twin screw compressors are capable of providing a steady supply of compressed fluid). The pressure ratio of a single fan blade is too low and cannot be used.
Өлшеу элементі
Қолданыстағы өлшеу элементтерінің бірнеше түрі бар. Ағын сынақ стендтері көбінесе үш түрдің біреуін пайдаланады: саңылаулы пластина, вентури трубкасы және пито/статикалық трубка, олардың бәрі шамамен бірдей дәлдікпен өлшейді. Көптеген коммерциялық құрылғыларда саңылаулы пластиналар қолданылады, себебі олардың құрылысы қарапайым және әртүрлі ағын диапазондарын қамтамасыз ету оңай. Вентури трубкасы тиімділікті едәуір арттырса да, оның бағасы жоғары.
There are several possible types of metering element in use. Flow benches ordinarily use one of three types: orifice plate, venturi meter and pitot/static tube, all of which deliver similar accuracy. Most commercial machines use orifice plates due to their simple construction and the ease of providing multiple flow ranges. Although the venturi offers substantial improvements in efficiency, its cost is higher.
Аспаптар
Ауа ағынының жағдайлары екі жерде өлшенеді: сынақ үлгісінде және өлшеуіш элементте. Сынақ үлгісіндегі қысым айырмашылығы сынақтарды бір-біріне қатысты стандарттауға мүмкіндік береді. Өлшеуіш элементтегі қысым бүкіл жүйе арқылы өтетін нақты ағынды есептеуге мүмкіндік береді. Сынақ үлгісіндегі қысым әдетте U-түтік манометрмен өлшенеді, ал сезімталдық пен дәлдікті арттыру үшін өлшеуіш элементтегі қысым айырмашылығы көлбеу манометрмен өлшенеді. Әр манометрдің бір жағы тиісті толықтыру камерасына қосылады, ал екінші жағы атмосфераға ашық. Көбінесе барлық ағын манометрлері су бағанының дюймдерінде өлшейді, бірақ көлбеу манометрдің шкаласы әдетте таңдалған өлшеуіш элементтің жалпы ағынының пайызын көрсететін логарифмдік шкаламен ауыстырылады, бұл ағынды есептеуді жеңілдетеді. Температураны да ескеру қажет, себебі ауа сорғышы өтетін ауаны қыздырады, нәтижесінде одан төменгі ағындағы ауаның тығыздығы төмендеп, тұтқырлығы артады. Бұл айырмашылықты түзету қажет. Температура сынақ үлгісінің және өлшеуіш элементтің толықтыру камераларында өлшенеді. Содан кейін ағынды есептеу кезінде түзету коэффициенттері қолданылады. Кейбір ағын стендтері ауа сорғышын өлшеуіш элементтен кейін орналастырады, сондықтан ауа сорғышының қыздыруы соншалықты маңызды емес. Порттағы жергілікті ағын жағдайларын зерттеу үшін қолмен ұсталатын зондтармен бірге қосымша манометрлер орнатылуы мүмкін.
Air flow conditions must be measured at two locations, across the test piece and across the metering element. The pressure difference across the test piece allows the standardization of tests from one to another. The pressure across the metering element allows calculation of the actual flow through the whole system. The pressure across the test piece is typically measured with a U tube manometer while, for increased sensitivity and accuracy, the pressure difference across the metering element is measured with an inclined manometer. One end of each manometer is connected to its respective plenum chamber while the other is open to the atmosphere. Ordinarily all flow bench manometers measure in inches of water although the inclined manometer's scale is usually replaced with a logarithmic scale reading in percentage of total flow of the selected metering element which makes flow calculation simpler. Temperature must also be accounted for because the air pump will heat the air passing through it making the air down stream of it less dense and more viscous. This difference must be corrected for. Temperature is measured at the test piece plenum and at the metering element plenum. Correction factors are then applied during flow calculations. Some flow bench designs place the air pump after the metering element so that heating by the air pump is not as large a concern. Additional manometers can be installed for use with hand held probes, which are used to explore local flow conditions in the port.
Шектеулер
Ағын сынағыш қозғалтқыштың нақты жұмысына жақын, бірақ толық сәйкес келмейтін ағын деректерін беруге қабілетті. Осы қарама-қайшылыққа бірнеше шектеу факторлары себеп болады.
A flow bench is capable of giving flow data which is closely but not perfectly related to actual engine performance. There are a number of limiting factors which contribute to the discrepancy.
Тұрақты ағым мен динамикалық ағым
Ағын сынағы порттарды тұрақты қысым айырмашылығымен тексереді, ал нақты қозғалтқышта қысым айырмашылығы бүкіл цикл бойында үлкен өзгерістерге ұшырайды. Ағын сынағындағы нақты ағын жағдайлары, егер тікелей жұмыс істейтін қозғалтқышта болса, қысқа ғана сәтте немесе тіпті болуы мүмкін емес. Жұмыс істейтін қозғалтқыштар ауаны тұрақты ағынмен емес, күшті толқындармен қозғалтады. Отын-ауа қоспасының жылдамдануы/баяулауы ағын сынағында ескерілмейтін әсерлерге алып келеді. Бұл график, қозғалтқышты модельдеу бағдарламасымен жасалған, жұмыс істеп тұрған қозғалтқыштағы қысымның ағын сынағының тұрақты қысымымен салыстырғанда қаншалықты өзгеретінін көрсетеді. (Графикте назар аударыңыз, осы жағдайда, сору клапаны ашылғанда, цилиндрдегі қысым атмосфералық қысымнан жоғары (шамамен 50%-ға жоғары, яғни 1,5 бар немесе 150 кПа). Бұл цилиндрдегі қысым порттағы қысымнан төмен түспейінше, сору портына кері ағын тудырады).
A flow bench tests ports under a steady pressure difference while in the actual engine the pressure difference varies widely during the whole cycle. The exact flow conditions existing in the flow bench test exist only fleetingly if at all in an actual running engine. Running engines cause the air to flow in strong waves rather than the steady stream of the flow bench. This acceleration/deceleration of the fuel/air column causes effects not accounted for in flow bench tests. This graph, generated with an engine simulation program, shows how widely the pressures vary in a running engine vs. the steady test pressure of the flow bench. (Note, on the graph, that, in this case, when the intake valve opens, the cylinder pressure is above atmospheric (nearly 50% above or 1.5 bar or 150 kPa). This will cause reverse flow into the intake port until pressure in the cylinder falls below the ports pressure).
Қысымның айырмашылығы
Порттың коэффициенті әртүрлі қысым айырмашылықтарында Рейнольдс санының режимі өзгергендіктен сәл өзгеруі мүмкін, бұл динамикалық ұқсастықтың жоғалуына алып келуі мүмкін. Ағын сынағы қысымы әдетте 10-ден 28 дюймға дейін су бағаны (2,5-тен 7 кПа-ға дейін) жүргізіледі, ал нақты қозғалтқышта 190 дюйм су бағаны (47 кПа) қысым айырмашылығы болуы мүмкін.
The coefficient of the port may change somewhat at different pressure differentials due to changes in Reynolds number regime leading to a possible loss of dynamic similitude. Flow bench test pressure are typically conducted at 10 to 28 inches of water (2.5 to 7 kPa) while a real engine may see 190 inches of water (47 kPa) pressure difference.
Тек ауа мен аралас газ/отын тұман ағыны
Ағымды сынаулар тек ауамен жүргізіледі, ал нақты қозғалтқыш әдетте отын тамшылары мен отын булары қосылған ауаны пайдаланады, бұл үлкен айырмашылық. Порт арқылы өтетін отынның булануы ауа ағынына газ қосып, температурасын төмендетуге және портқа кіретін ағымнан шығатын ағымды сәл артық етуіне әсер етеді. Құрғақ ауа жақсы ағып жатқан портта отын тамшылары іліністен түсіп, қуаттың жоғалуына себеп болуы мүмкін, бұл тек ағым көрсеткіштерімен анықталмайды.
The flow bench tests using only air while a real engine usually uses air mixed with fuel droplets and fuel vapor, which is significantly different. Evaporating fuel passing through the port runner has the effect of adding gas to and lowering the temperature of the air stream along the runner and giving the outlet flow rate slightly higher than the flow rate entering the port runner. A port which flows dry air well might cause fuel droplets to fall out of suspension causing a loss of power not indicated by flow figures alone.
Жалпы ағындылық пен ағынды жылдамдық
Ірі порттар мен клапандар ағын сынағында жоғары өтімділік көрсетуі мүмкін, бірақ жылдамдық нақты қозғалтқыштың газ динамикасын нашарлататын деңгейге дейін төмендеуі мүмкін. Тым ірі порттар отынның түсіп қалуына да себеп болады.
Large ports and valves can show high flow rates on a flow bench but the velocity can be lowered to the point that the gas dynamics of a real engine are ruined. Overly large ports also contribute to fuel fall out.
Бөлме температурасы біркелкі және жоғары температура біркелкі емес
Жұмыс істеп тұрған қозғалтқыштың температурасы бөлме температурасынан әлдеқайда жоғары, және жүйенің әртүрлі бөліктерінде температура үлкен айырмашылықтарды көрсетеді. Бұл қозғалтқыштағы нақты ағынға, отынның әсеріне, сондай-ақ динамикалық толқын эффектілеріне әсер етеді, бұл эффектілер ағын сынағында байқалмайды.
A running engine is much hotter than room temperature and the temperature in various parts of the system vary widely. This affects the actual flow, fuel effects as well as the dynamic wave effects in the engine which do not exist on the flow bench.
Физикалық және механикалық айырмашылықтар
Пістонның жақындығы, пішіні және қозғалысы, сондай-ақ клапанның өзінің қозғалысы нақты қозғалтқыштағы ағын жағдайларын оқшау түрде өзгертеді, мұндай жағдайлар ағын сынақ стендінде байқалмайды.
The proximity, shape and movement of the piston as well as the movement of the valve itself significantly alters the flow conditions in a real engine that do not exist in flow bench tests.
Құю портының жағдайы
Ағындылық тежегіштегі симуляцияланған ағын, нақты түтін шығару портындағы ағынмен ешқандай ұқсастық табай алмайды. Мұнда тіпті ағындылық стендтерінде өлшенген коэффициенттердің өзі дәл емес. Бұл өте жоғары және кең ауқымды қысым мен температураның салдарынан болады. Жоғарыдағы графиктен көрініп тұрғандай, порттағы қысым 2,5 барға (250 кПа) жетеді, ал цилиндрдің ашылу кезіндегі қысым 6 бар (600 кПа) және одан да жоғары болады. Бұл, әдеттегі ағындылық стендінің 0,06 бар (6 кПа) мүмкіндіктерінен бірнеше есе артық. Нақты түтін портындағы ағын оңай ғана дыбыстық болуы мүмкін, тұрып қалған ағын пайда болып, тіпті кейбір аймақтарда дыбыс жылдамдығынан да асып түсуі мүмкін. Өте жоғары температура газдың тұтқырлығын арттырады, бұл Рейнольдс санын күрт өзгертеді. Бұған қоса, түтін порты ағынына төмен жатқан элементтердің күшті әсері де бар. Бұл, сору жағындағы элементтерге қарағанда әлдеқайда маңызды. Түтін портының мөлшері мен ағыны туралы мәліметтер шамалы деп есептелуі мүмкін, бірақ оңтайлы өнімділікке негіз салу үшін қолданылатын белгілі бір ережелер бар. Бұл негіз, әрине, динамиометр арқылы одан әрі жақсартылады және расталады.
The flow simulated on a flow bench bears almost no similarity to the flow in a real exhaust port. Here even the coefficients measured on flow benches are inaccurate. This is due to the very high and wide ranging pressures and temperatures. From the graph above it can be seen that the pressure in the port reaches 2.5 bar (250 kPa) and the cylinder pressure at opening is 6 bar (600 kPa) and more. This is many times more than the capabilities of a typical flow bench of 0.06 bar (6 kPa). The flow in a real exhaust port can easily be sonic with choked flow occurring and even supersonic flow in areas. The very high temperature causes the viscosity of the gas to increase, all of which alters the Reynolds number drastically. Added to the above is the profound effect that downstream elements have on the flow of the exhaust port. Far more than upstream elements found on the intake side. Exhaust port size and flow information might be considered as vague, but there are certain guidelines which are used when creating a base line to optimum performance. This base line, of course, is further tuned and qualified through a dynamometer.