МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ФОРСИРОВАННОГО СУДОВОГО ДВС НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат наук Пахомова Надежда Владимировна

• Пахомова Надежда Владимировна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Пахомова Надежда Владимировна

Введение

1. Анализ конструкции систем охлаждения

судовых малоразмерных дизелей

1.1 Обзор конструкций и области применения судовых

Малоразмерных дизелей

1.2 Обзор конструкций систем охлаждения

1.3 Обзор температурного состояния элементов рабочего цилиндра

1.4 Направления развития судовых малоразмерных дизелей

на ближайшую и среднесрочную перспективу

Выводы. Цель и задачи исследования

2. Задачи теплопередачи и теплопроводности в ДВС

2.1 Анализ методов теоретического исследования

теплообмена в дизелях

2.2 Влияние теплового состояния судового малоразмерного дизеля на эффективность рабочего процесса и работоспособность

деталей ЦПГ

2.3 Конечно-разностный метод решения уравнения теплопроводности

2.4 Особенности задания граничных условий для уравнения теплопроводности

2.5 Разработка модели процесса теплопроводности через втулку

2.6 Оценка погрешности конечно-разностной аппроксимации

уравнения теплопроводности

2.7 Математическая модель теплопередачи через цилиндровую втулку

Выводы

3. Экспериментальное исследование теплового состояния рабочего цилиндр

3.1 Методы и уровень экспериментального исследования температурного

состояния деталей дизелей и параметров теплообмена

3.2 Экспериментальная установка, приборы и аппаратура

3.3 Внешние показатели двигателей 4Ч9,5/11 и 4ЧН9,5/11

3.4 Результаты термометрирования цилиндровой втулки

3.5 Оценка теплового и напряжённо-деформированного состояния

цилиндра

Выводы

4. Решение задачи теплонапряжённого состояния цилиндровой втулки

форсированного дизеля

4.1 Общие вопросы рассмотрения и решения дифференциальных

уравнений теплопроводности в цилиндре

4.2 Результаты расчёта полей температур и тепловых потоков

4.3 Управление напряженно-деформированном состоянием цилиндровой

втулки

Выводы

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ФОРСИРОВАННОГО СУДОВОГО ДВС НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ»

ВВЕДЕНИЕ

Судовые поршневые двигатели внутреннего сгорания являются важным объектом энергетического машиностроения, формирующим технический уровень многих отраслей промышленности и который должен отвечать современным и ожидаемым перспективным требованиям с точки зрения энергетической эффективности, надёжности, экономичности и экологической безопасности [12, 43 и др.].

Большее количество тепловой энергии отводится от двигателя в систему охлаждения и уносится с отработавшими газами. Отвод теплоты в систему охлаждения необходим для того, чтобы воспрепятствовать пригоранию поршневых колец, обгоранию седел клапанов, задиру и заклиниванию поршня, растрескиванию головок цилиндров, возникновению детонации и т. п. Для отвода теплоты в окружающую среду часть эффективной мощности двигателя расходуется на привод насосов внутреннего контура и забортной воды. Следует иметь ввиду, что задачами системы охлаждения являются:

- снижение уровня тепловой нагруженности и напряжённо-деформированного состояния основных элементов рабочего цилиндра путём отвода от них части теплоты, воспринятой от рабочего тела и образовавшейся в результате действия сил трения в узлах и механизмах двигателя;

- формирование в рабочем объёме двигателя тепловых условий для наилучшего протекания внутрицилиндровых процессов.

Любые работы, связанные с усовершенствованием эксплуатационных характеристик тепловых машин, в том числе и двигателей внутреннего сгорания, должны предваряться исследованием их теплового состояния на стадии, предшествующей усовершенствованию. Под тепловым состоянием следует понимать значения и уровень температур основных элементов рабочего

цилиндра, значения и уровень локальных тепловых потоков и общих количеств теплоты, переданных теплоносителю системы охлаждения и далее, в окружающую среду. Эти данные, полученные различными способами, будут являться исходными для правильного выбора направлений усовершенствования и будут служить реперными точками для сравнения того что было и что получилось в результате проведённых работ и позволит ли достигнутый уровень теплового состояния обеспечить дальнейшую длительную эксплуатацию машины с сохранением её функциональных характеристик.

Теории и методике расчёта систем охлаждения и теплообмена в них посвящены работы Р.М. Петриченко, М.Р. Петриченко, М.К. Овсянников, Н.Х. Дьяченко, Г.Б. Розенблит, А.К. Костин, Р.З. Кавтарадзе, О.К. Безюков. В этих работах рассмотрены различные подходы к решению задач теплопроводности, теплопередачи и теплообмена в двигателях внутреннего сгорания, некоторые из которых будут использованы в настоящей работе.

Дизели типов Ч8,5/11 и Ч9,5/11, не смотря на длительный срок со времени их постановки на производство и не претерпевшие за этот срок каких либо значительных конструкционных улучшений, характеризуются сравнительно низкими функциональными показателями на фоне данных лучших зарубежных аналогов. Мощность дизелей зарубежного производства, как правило, указывается по условиям ИСО, без учёта затрат энергии на привод вспомогательных механизмов, устанавливаемых на двигатель, что приводит к дополнительному увеличению мощности на 5...9%. В результате рекламируемая мощность зарубежных дизелей значительно превышает фактическую длительную мощность, реализуемую потребителю, следствием чего является занижение удельной массы двигателя.

Таким образом, при сравнительных оценках отечественных и зарубежных дизелей, приводимых на основе разнородных информационных материалов, вступает в силу большое число факторов не сопоставимости, совместное действие которых придает этим оценкам весьма приблизительный характер. Учитывая, что на практике невозможно обеспечить полную сопоставимость по всем параметрам,

результаты сравнений не должны рассматривать как «истина в последней инстанции», а иметь вспомогательное значение [3]. Здесь уместно отметить, что подходы к установлению эксплуатационных показателей дизелей европейского и российского производства значительно разнятся, что даёт выигрыш в показателях зарубежных дизелей на 10 - 15 %.

Тем не менее дизели типов Ч8,5/11 и Ч9,5/11 широко используются в качестве, как главных, так и вспомогательных на кораблях ВМФ, на судах коммерческого флота и в качестве приводов ряда промышленных агрегатов. Учитывая то, что данные типоразмеры дизелей не имеют аналогов в Российской Федерации, проблема их совершенствования не вызывает никакого сомнения и является совершенно актуальной. Поэтому рассмотрение частного вопроса совершенствования системы охлаждения и управления напряжённо-деформированным и температурным состоянием рабочего цилиндра одного из типоразмеров дизелей - 4Ч9,5/11 в его форсированном варианте - 4ЧН9,5/11, является давно назревшим и без сомнения актуальным.

Целью работы является обеспечение работоспособности форсированного судового ДВС путем модернизации системы охлаждения на основе моделирования процесса теплопередачи. С помощью модернизации системы охлаждения может быть обеспечено соответствие энергетических, надёжностных и экономичностных показателей требованиям реальной эксплуатации без внесения значительных изменений в конструкцию и технологию изготовления.

Для реализации поставленной цели необходимо решение ряда научно -технических задач:

• выполнить литературный обзор и анализ типов систем охлаждения дизелей Ч8,5/11 и Ч9,5/11;

• исследовать способы оценки температурного состояния деталей двигателя теоретическими, расчётно-аналитическими и экспериментальными методами;

• разработать математическую модель теплопередачи через стенку цилиндровой втулки для не осесимметричной задачи;

• экспериментально исследовать температурное состояние цилиндровой втулки вихрекамерного дизеля в серийной комплектации и в форсированном, по среднему эффективному давлению, варианте;

• решить математическую модель теплопередачи через цилиндровую втулку;

• предложить модернизированную конструкцию системы охлаждения;

Научная новизна:

• новый принцип формирования одноконтурной системы охлаждения;

• новый подход к решению 3-х мерной задачи теплопроводности на основе 2-ву мерных;

• принципиально новый подход к выбору конструкции системы охлаждения форсированного вихрекамерного дизеля.

Практическая значимость:

• предложен принцип теплоотвода от цилиндра дизеля в зависимости от особенностей рабочего процесса;

• получены действительные значения температурного состояния цилиндровой втулки и распределение тепловых потоков по её сечению форсированного варианта дизеля 4ЧН9,5/11;

• получены данные для выбора направлений модернизации дизеля в

целом.

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ СУДОВЫХ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

1.1 Обзор конструкций и области применения судовых малоразмерных дизелей

В Российской Федерации серийно выпускаются судовые дизели малой мощности типов Ч 8,5/11 и 9,5/11 — в 2-х, 4-х, и 6-ти цилиндровом исполнении. Данные двигатели четырехтактные, простого действия, высокооборотные, нереверсивные, тронковые используются в качестве главных, для обеспечения движения на спасательных шлюпках, рыбопромысловых ботах - рис. 1.1.

Рисунок 1.1 Дизель 4ЧСП 9,5/11 с реверсивным редуктором Дизель 4ЧСП 9,5/11 с реверсивным редуктором используется в качестве главного двигателя на катерах, рыбопромысловых ботах, спасательных шлюпках. Дизели других типов используются в качестве вспомогательных двигателей в составе дизельгенераторов (рис. 1.2) и различных комбинированных агрегатов (рис. 1.3 - дизель-генератор-компрессор-насос, ДГКН). В таблице 1.1 приведены показатели и параметры дизелей типов Ч8,5/11 и Ч9,5/11 [9].

Таблица 1.1 Технические данные и характеристики дизелей типа Ч 8,5/11 и

9,5/11

Показатели дизелей Марка дизеля

2Ч9,5/11 4Ч9,5/11 6Ч9,5/11 4Ч8,5/11 4ЧСП8,5/11 4ЧСП9,5/11 4ЧСП9,5/11 4ЧСП9,5/11

Номинальная мощность, кВт (л.с.) 10,3 (14) 22,5 (30) 33.1 (45) 19.1 (26) 18.3 (25) 25.7 (35) 23.5 (32) 25 (34)

Номинальная

частота вращения, об./мин. 1500 1500 1500 1500 1500 1800 1600 1900

Часовой расход топлива, кг/ч 2,50 6,00 8,60 5,00 5,00 6,44 6,30 7,00

Ресурс до

капитального ремонта, ч 20000 16000 14000 14000 18000 17000 17000 500

Реверс-редуктор - - - - РРП15-2 РРП20-2,44 РРП15-2 РРП15-2

Назначение В Г Ш

В - для привода генераторов и других механизмов в судовых агрегатах. Г - главный двигатель для малых рыбопромысловых судов, рабочих катеров и шлюпок.

Ш - главный двигатель для спасательных шлюпок.

Рисунок 1.2 Дизель 4Ч9,5/11 в составе дизель-генераторной установки

Рисунок 1.3 Дизель 4Ч 9,5/11 в составе комбинированной установки «генератор-компрессор-насос»

Блок-картер дизеля: материал — серый чугун СЧ25, способ получения заготовки — литьё в землю. Служит для монтажа всех деталей и узлов дизеля (рис. 1.4). В блок запрессованы втулки цилиндров. Наружная поверхность втулок омывается охлаждающей жидкостью.

Рисунок 1.4 — разрез блока 4Ч 8,5/11

Уплотнение водяной полости в местах запрессовки втулок достигается вверху буртиком, притертым к блоку, внизу - уплотнительными резиновыми кольцами. В передней части блока располагаются распределительные шестерни (рис. 1.5), закрываемые крышкой. Сверху блок закрывается чугунной головкой цилиндров - общей для двух цилиндров. Стык между головкой и блоком

уплотняется асбостальной прокладкой. Кривошипная полость разделена пятью перегородками. Средняя часть каждой перегородки имеет полукольцевые приливы, в которых выполнены постели верхних вкладышей коренных подшипников. Постели нижних вкладышей выполнены в крышках коренных подшипников (бугелях). Бугели плотно прилегают боковыми поверхностями к продольным пазам верхних постелей, что предотвращает их боковые перемещения. Вкладыши коренных подшипников скольжения тонкостенные, алюминиево-стальные. Средний коренной подшипник окантован с носовой и кормовой части бронзовыми полукольцами, которые воспринимают осевые нагрузки (упор) от винта. В перегородках блок - картера (через одну) установлены бронзовые втулки, являющиеся подшипниками распределительного вала. В боковых стенках блок - картера имеются смотровые люки, закрытые крышками.

Головки цилиндров чугунные (СЧ25), литые (литьё в землю), блочные на два цилиндра. Уплотнение между крышкой и блок - картером осуществляется асбестовой прокладкой, армированной стальной проволочной сеткой.

Двигатели выпускаются в двух исполнениях - вихрекамерном (все двигатели типоразмера Ч8,5/11 и большая часть дизелей Ч9,5/11) и с камерой сгорания в поршне (две модификации типоразмера Ч9,5/11). В вихрекамерных дизелях

Рисунок 1.5 — расположение распределительных шестеренок в блоке 4Ч

9,5/11.

формирование и воспламенение рабочей смеси осуществляется в сферической вихревой камере расположенной в головке цилиндров и соединённой с надпоршневым пространством тангенциальным каналом, рис. 1.6. На рис. 1.7 приведён вид головки цилиндров вихрекамерного дизеля в разрезе. В дизелях с объёмно-плёночным смесеобразованием камера сгорания тороидально-конического типа расположена в поршне, как показано на рис. 1.8. На рис. 1.9 показан вид огневого днища головки цилиндров дизелей типа Ч9,5/11 с объёмно-плёночным смесеобразованием. На рис. 1.10 приведён вид поршня с камерой сгорания.

I

Рисунок 1.6 Схема вихревой камеры сгорания

Рисунок 1.7 Разрез вихрекамерной головки цилиндров дизеля 4Ч 9,5/11.

Рисунок1.8 Схемаобъёмноплёночного смесеобразования дизелей типа Ч9,5/11 с камерой сгорания в поршне

Рисунок 1.9 Вид огневого днища головки цилиндров дизелей Ч9,5/11 с объёмно-плёночным смесеобразованием

Рисунок 1.10. Поршень с камерой сгорания полуразделённого типа

Коленчатый вал дизеля - материал Сталь 45Х, заготовка — горячая объёмная штамповка,поверхность коренных и шатунных шеек закалена токами высокой частоты, устанавливается в постели в перегородках блок - картера, закрываемые бугелями, (рис. 1.11).

Рисунок 1.11 — коленчатый вал дизеля 4Ч 9,5/11

Шатун — стальной (Сталь 18ХМЮА), заготовка — горячая объёмная штамповка, стержень двутаврового сечения. В шатуне выполнено отверстие для подвода смазки от шатунных подшипников к поршневому пальцу.В верхнюю головку шатуна запрессована бронзовая втулка. Нижняя головка шатуна

разъемная, плоскость разъема расположена под углом 45° к стержню шатуна. Крышка нижней головки штампованная, стальная, крепится двумя болтами, ввернутыми в тело шатуна. Вкладыши подшипников скольжения нижней головки (кривошипной) алюминиево-стальные.

^^_

Рисунок 1.12 — шатун дизелей Ч 8,5/11 и Ч9,5/11.

Механизм газораспределения - верхнеклапанный с нижним расположением кулачкового газораспределительного вала (рис. 1.13). Распределительный вал получает вращение от коленчатого вала дизеля через распределительные шестерни. В соответствии с порядком работы цилиндров кулачки распределительного вала через толкатели, штанги и коромысла открывают клапаны. В резьбовое отверстие заднего торца распределительного вала ввертывается поводок привода тахометра. Распределительный вал установлен в подшипниках скольжения из свинцовистой бронзы.

Топливная система имеет в своем составе топливоподкачивающий насос, топливный фильтр, топливный насос высокого давления (ТНВД) блочного типа, форсунки закрытого типа и трубопроводы низкого и высокого давления (рис. 1.14). Топливоподкачивающий насос засасывает топливо под давлением 0,05-0,15 МПа из расходного бака и подает к топливному фильтру имеющий бумажный фильтрующий элемент. Из фильтра очищенное топливо поступает к топливному

Рисунок 1.13 — общий вид газораспределительного механизма на примере дизеля 4Ч 8,5/11.

насосу высокого давления, откуда подается к форсункам и впрыскивается в камеры сгорания. В момент впрыска, проходя через сопловое отверстие форсунки, топливо распыляется. Просочившееся между иглой и корпусом распылителя топливо сливается в топливный фильтр.

Рисунок 1.14 — общий вид топливной системы на примере дизеля 4Ч

8,5/11.

ТНВД - блочный, плунжерного типа с регулированием количества подаваемого топлива по концу подачи.

Регулятор - центробежный, однорежимный или всережимный, крепится к ТНВД и приводится в действие от его кулачкового вала.

Форсунки выпускаются двух типов: со штифтовым распылителем - для организации вихрекамерного смесеобразования, и с многодырчатым распылителем - для организации объемно-пленочного смесеобразования. Оба типа форсунок - закрытого типа. Форсунка со штифтовым распылителем имеет статическое давление начала впрыска 13,5 ^ 14,5 МПа.

Форсунка с многодырчатым распылителем имеет статическое давление начала впрыска 170 ^ 172 кг / см2 (17,3 ^ 17,5 МПа).

Система смазки - комбинированная (циркуляционная с разбрызгиванием) с «мокрым» картером.

В систему смазки двигателя входят:

1) масляный насос шестеренчатого типа, установленный на крышке крепления агрегатов и приводимый в действие от коленчатого вала через зубчатую передачу;

2) фильтр основной очистки сетчатого типа;

3) фильтр тонкой очистки с картонным патроном ДАСФО-2.

Насос засасывает масло из поддона через приемный фильтр и нагнетает его через фильтр основной очистки в масляную магистраль и фильтр тонкой очистки. Давление в системе: 0,2—0,35 МПа.

Система пускаэлектростартерная включает в себя: стартер СТ-212, свечи накаливания, аккумуляторную батарею.

Контрольно измерительные приборы штатного двигателя включают в себя дистанционные термометры охлаждающей жидкости и масла, дистанционный манометр для контроля давления масла в системе смазки, дистанционный тахометр.

Анализ технико-экономических показателей дизеля 4Ч 9,5/11 в сравнении с зарубежными аналогами

Таблица 1.2 Сравнение основных характеристик и технических данных дизеля 4Ч 9,5/11 с зарубежными аналогами

Двигатель фирмы КатшБ (США) Бе1гсЬ В1е5е1 (США) Ва1т1ег- Ъепг (Германия) мги (Германия) РегМга (Англия) Уа1шеТ Тта1огз (Финляндия) Дагдизель (Россия)

Число цилиндров 4 4 4 4 4 4 4

Диаметр цилиндра, мм 102 100 98 97,5 98.4 108 95

Ход поршня, мм 120 127 133 133 127 120 110

Рабочий объем, л 3,9 4 3,97 3,97 3,86 4,4 3,12

Средняя скорость поршня, м/сек 10 10,6 11 11,5 11 10,4 7

Мощность, кВт 73 82 82 88 67,5 82 22,5

Частота вращения коленчатого вала, мин-1 2500 2500 2600 2600 2600 2600 1500

Максимальный крутящий момент. Н.м 330 381 350 378 299 363 169

Среднее эффективное давление, МПа 1.08 0,95 1.1 1.02 1,02 0,89 0,66

Удельный расход топлива, г/кВт.ч 231 228 232 203 210 219 254

Литровая мощность, кВт/л 18,7 20,5 20,7 22,2 17,2 18,6 10,1

Удельная масса, кг/кВт 4,5 3,6 4,1 3,9 4,8 4,2 13,2

1.2 Обзор конструкций систем охлаждения

Система охлаждения двигателей внутреннего сгорания служит для обеспечения наилучших условий (по температурному состоянию) для протекания рабочего процесса, а также для отвода излишней теплоты от элементов рабочего цилиндра с целью недопущения развития в них чрезмерных температурных напряжений [83,79, 55].

Охлаждать детали двигателя необходимо по разным причинам:

- крышку цилиндра - для снижения температуры огневого днища и температурных напряжений до значений, обеспечивающих сохранение механических свойств и длительную прочность деталей;

- втулку цилиндра - для снижения температуры зеркала до значений, обеспечивающих сохранение масляной плёнки;

- поршень - для снижения температурных напряжений и обеспечения надёжной работы поршневых колец;

- корпус турбины турбокомпрессора - для уменьшения подогрева воздуха в компрессоре;

- выпускной коллектор или его кожух - для предотвращения ожогов и других повреждений обслуживающего персонала и уменьшения выделения теплоты в машинное отделение.

Двигатели внутреннего сгорания, как правило, оснащаются системами жидкостного охлаждения, так как они в состоянии обеспечить интенсивный отвод теплоты от охлаждаемых деталей. Для подачи охлаждающей жидкости в системах охлаждения обычно используют насосы центробежного типа. Изредка применяют вихревые и поршневые насосы. На крупных судовых двигателях насосы имеют автономный привод, чаще всего электрический. На остальных двигателях насосы приводятся в действие от коленчатого вала двигателя.

В качестве теплорассеивающего устройства в системах охлаждения применяют теплообменники (воздушные радиаторы или водо-водяные холодильники) в зависимости от типа системы охлаждения.

Автоматическое поддержание температуры охлаждающей жидкости осуществляется терморегуляторами различных типов.

Системы жидкостного охлаждения можно подразделить на замкнутые и разомкнутые (проточные) [21, 83, 76].

Замкнутые системы охлаждения

Замкнутые системы охлаждения выполняются двух- или одноконтурными.

В двухконтурных системах охлаждения имеется внутренний контур, в котором под действием насоса циркулирует охлаждающая жидкость (специально обработанная вода или антифриз). Жидкость, находящаяся в первом контуре переносит теплоту от нагретых деталей в теплообменник, где вода второго контура, которая забирается из водоёма, отнимает теплоту, воспринятую жидкостью первого контура [83,76].

Примером двухконтурной системы охлаждения может служить система охлаждения дизелей 5Д2 и 5Д4, [21, 22, 23].

Система охлаждения - жидкостная, двухконтурная, комбинированная: с принудительной циркуляцией в головке цилиндров и с термосифонной в блоке, с автоматическим поддержанием температуры при помощи термостата. Циркуляция охлаждающей жидкости во внутреннем контуре создается центробежным насосом.

Циркуляционный насос нагнетает воду по трубке коллектора в нижнюю полость головки цилиндров. Нагретая вода из верхней полости головки поступает в водяную полость коллектора, далее в расширительный бачок и через патрубок в холодильник, а из него снова идёт к циркуляционному насосу. В холодильнике вода внутреннего контура охлаждается забортной водой, подаваемой насосом забортной воды. Когда температура циркулирующей воды ниже 70 °С термостат автоматически направляет весь её поток к циркуляционному насосу, минуя холодильник. Втулки цилиндров охлаждаются за счёт свободнойконвекции воды, находящейся в блоке цилиндров.

Рисунок 1.15 Схема циркуляции воды в системе охлаждения на примере дизеля 4Ч 9,5/11

а) термосифонное охлаждение, б) принудительное

1- расширительный бак, 2- головка цилиндров, 3- охлаждаемый выпускной коллектор, 4- входной патрубок, 5- насос, 6- блок цилиндров, 7- термостат, 8-холодильник

Для удаления воздуха из системы охлаждения служит кран на выхлопном коллекторе, а для слива воды предусмотрены сливные краны на блоке цилиндров и холодильнике, а также пробки на насосах.

Расширительный бачок обеспечивает длительную работу дизеля без доливки воды в систему и позволяет воде расширяться при нагревании.

Температура воды на выходе из двигателя контролируется термометром.

Системы охлаждения двигателей стационарных, промышленных или наземного транспорта, как правило, в качестве теплорассеивающего устройства имеют воздушный радиатор. В качестве охлаждающих жидкостей в этих системах используют воду или антифризы. Средой, в которую отводится теплота, в данном случае является воздух. Вода или антифриз играют роль промежуточного теплоносителя, отнимающего теплоту от нагретых деталей двигателя и передающего её воздуху в теплообменнике - радиаторе.

Примером может служить замкнутая одноконтурная система охлаждения дизелей 5П2, 8П2, 10П2, и 5П4 стационарного исполнения, [21, 23].

Насос нагнетает воду по трубке коллектора в нижнюю полость головки цилиндров непосредственно к охлаждаемым поверхностям - выхлопным каналам, камерам сгорания, форсункам. Нагретая вода из верхней полости головки через термостат поступает в радиатор, где охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором, после чего снова поступает к насосу. Когда температура циркулирующей воды ниже 70°С термостат автоматически направляет весь её поток к циркуляционному насосу, минуя радиатор. В водяную полость блока вода попадает из головки цилиндров и равномерно втулки цилиндров за счёт свободной конвекции.

Для облегчения пуска дизеля при минусовой температуре в систему охлаждения может включаться подогреватель. При прогреве дизеля вода подаётся насосом в котёл подогревателя, нагревается, а затем поступает в полости блока и головок цилиндров. Отдав теплоту втулкам и головкам цилиндров, вода через термостат возвращается к насосу.

Замкнутые системы охлаждения выполняются закрытыми или открытыми

Открытые системы охлаждения сообщаются с атмосферой. В этом случае температура охлаждающей жидкости (воды) не должна превышать 85^90°С. Верхний предел температуры охлаждающей воды в этом случае ограничен из-за опасности возникновения паровых мешков, нарушающих нормальные условия охлаждения и ведущих к местным перегревам двигателя.

Закрытые системы изолированы от атмосферы. В связи с этим повышение температурного уровня охлаждения возможно до 90^120°С при поддержании во всей системе повышенного давления (в том числе и в расширительном бачке). Такие системы называются высокотемпературными. Их положительные и отрицательные свойства описаны в работе [63]. Зависимость температуры кипения воды от давления в системе охлаждения может быть приближённо оценена формулой [22]:

г = ¡ООЧР, °С (1.1)

где Р - давление в системе охлаждения, кг/см2.

При использовании воды во внутреннем контуре системы охлаждения к ней предъявляются следующие требования:

• общая жёсткость не более 0,2 мг-экв/л для высокооборотных двигателей;

• щёлочность не менее 2,5 мг-экв/л;

• содержание взвешенных веществ не более 10 мг/л;

• содержание хлоридов не более 50 мг-экв/л;

• водородный показатель рН = 7 ^ 8 при 20°С.

Более мягкая вода способствует образованию пены, а более жёсткая -разрушению масляной эмульсии [51].

В ходе предшествовавших исследований было установлено, что температурное поле цилиндровой втулки двигателя с камерой сгорания в поршне является практически осесимметричным [24] и здесь ядро математической модели процесса теплопередачи через стенку цилиндра может быть представлено в виде двумерного дифференциального уравнения теплопроводности в цилиндрических координатах (уравнение Лапласа). Те же исследования показали, что температурное поле цилиндровой втулки вихрекамерного двигателя является 3-х мерным, с большим смещением максимума температур в сторону вихревой камеры. Тогда ядро математической модели будет иметь вид 3-х мерного дифференциального уравнения теплопроводности.

Для того, что бы задача нахождения распределения температур и тепловых потоков по телу цилиндровой втулки была решена для данного конкретного случая необходимо задать условия однозначности решения, под которыми понимаются геометрические и граничные условия. Геометрические условия задают размеры и форму тела, т.е. представляют собой чертёж объекта. Граничные условия должны быть заданы со стороны всех поверхностей, ограничивающих данное тело в пространстве в виде значений температур, их функций или параметров теплопередачи и теплообмена и увязаны на стыках поверхностей при переходе из одной в другую.

Т = Т(г, z, ф); q = q(r, z, ф); а^) = а^)(г, z, ф) (1.2)

где Т - температура, °С (К); q - плотность теплового потока, Вт/м2; ап» -коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (от стенки к воде), Вт/м град.

Граничные условия в виде температур, тепловых потоков, коэффициентов теплоотдачи или их функций по координатам г, z и ф могут быть заданы на основании расчётно-аналитических или экспериментальных исследований.

Выражения для оценки теплоотдачи от рабочего тела к стенке цилиндра можно подразделить на два типа:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пахомова Надежда Владимировна, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Александров A.M., Залевский В.Н. Оценка предельного состояния цилиндропоршневой группы дизелей. Энергомашиностроение, 1976, N 8, с.8-10.

2. Александров A.M., Королевский Ю.П. Нормирование износов основных деталей двигателей рыбопромысловых судов. М.: Пищевая промышленность, 1965 - 134 с.

3. Alkock J.F. Thermal loading of Diesel Engines. "Transactions of the Institute of Marine Engrs.", 1965, 77,n 10.

4. Араманович И.Г., Левин В.И. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1969 - 288с.

5. Алексеев Г.В. Классические методы математической физики. Изд-во: Дальнаука, 2011 - 452с.

6. Антропов Б. С., Слабов Е. П., Звонкин Ю. З., Тимашёв В. П. Обеспечение работоспособности автотракторных дизельных двигателей Ярославль. Изд-во: ЯГТУ, 2005 - 186 с.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. 13-е изд. М.:Наука, 1986 - 544 с.

8. Безюков О.К. Основы комплексного совершенствования охлаждения судовых дизелей Автореферат, диссертация доктора технических наук. Санкт-Петербург, 1998 - 48 с.

9. Бордуков В.Т. Проблемы сопоставимости параметров при сравнительной оценке отечественных и зарубежных дизелей. Л.Двигателестроение, 1988, №7, с. 37 - 39.

10. Бочкарёв В.Н. Точностной анализ цилиндро-поршневой группы судовых вспомогательных дизелей. Известия Северо-Кавказского центра высшей школы. Сер. «Технические науки», 1978, N 4, с. 47-50.

11. Беляев В.Н., Борович Л.С., Досчатов В.В. Кратктй справочник

машиностроителя. М.:Машиностроение, 1966 - 797 с.

12. Возницкий И.В. Пунда А.С. Судовые двигатели внутреннего сгорания в 2-х томах. Изд-во: Моркнига, 2008-283 с.

13. Ваншейдт В.А. Конструирование и расчёты прочности судовых дизелей. Л.: Судостроение, 1969 - 639 с.

14. Волчок Л. Я. Методы измерений в двигателях внутреннего сгорания. М-Л.:Машгиз, 1955 - 268 с.

15. Возницкий И.В. Современные судовые среднеоборотные двигатели. Изд-во: Моркнига, 2006 -141с.

16. Вержбицкий В.М. Основы численных методов. М.: Высшая школа, 2002г.— 840 с.

17. Григорьев М.А., Пономарёв H.H. Износ и долговечность автомобильных двигателей. М.:Машиностроение, 1976 - 248 с.

18. Глушко А.В., Глушко В.П. Дифференциальные уравнения с частными производными второго порядка эллиптического типа. Воронежский государственный университет, 2005 - 75 с.

19. Горбацевич В.В. Уравнения с частными производными первого порядка и второго порядка. Изд-во: Просвещение, 2001 - 15с.

20. Гаврилов А.А., Гарнушкин Ю.Г., Драгомиров С.Г. Лабораторный практикум по испытаниям двигателей внутреннего сгорания. Владимирский государственный университет, 2000 - 160 с.

21. Дизели Ч8,5/11 и Ч9,5/11. Конструкция и руководство по эксплуатации. М.:Внешторгиздат, 1986 - 140 с.

22. Дизели. Справочник. Под ред. В.А. Ваншейдта М-Л.:Машиностроение, 1964 -470 с.

23. Дизели Ч8,5/11 и Ч9,5/11. Конструкция и руководство по эксплуатации. М.:Внешторгиздат, 1990 -230 с.

24. Дорохов А.Ф. Исследование тепловой нагруженности и теплопередачи в цилиндре судового вспомогательного дизеля при различных способах

смесеобразования. Диссертация кандидата технических наук. ЦНИДИ -Л.:1982 - 200 с.

25. Дорохов А.Ф., Ханов Ш.М. Анализ тепловых потерь в охлаждающую воду судового вспомогательного дизеля. В сб. Двигатели внутреннего сгорания, сер. 4, вып. 10 ЦНИИТЭИ Тяжмаш, 1986, с.4-6.

26. Дорохов А.Ф. Анализ теплопередачи через стенку цилиндра судового вспомогательного дизеля. Двигателестроение, 1987, N 6, с.6-8.

27. Дорохов А.Ф., Аливагабов М.М., Крыжановский К.Ф., Алимов С.А. Анализ температурного состояния деталей рабочего цилиндра шлюпочного дизеля. Двигателестроение, 1988, N 9, с. 10-12.

28. Дорохов А.Ф., Бочкарёв В.Н. Температурное состояние ЦП 11 судовых малоразмерных дизелей. Двигателестроение, 1986, N 11, с. 51-52.

29. Давыдов Г.А., Овсянников М.К. Температурные напряжения в деталях судовых дизелей. Л.: Судостроение, 1969 - 253 с.

30. Дьяченко Н.Х., Дашков С.Н. и др. Теплообмен в двигателях и теплонапряжённость их деталей. Л.:Машиностроение,1969 - 480 с.

31. Дизели. Справочник. Изд. 3-е. Под общей редакцией В.А. Ваншейдта и др. Л.:Машиностроение, 1977 - 480 с.

32. Дорохов А.Ф. Температурное состояние деталей ЦПГ малоразмерного дизеля при различных способах смесеобразования. Двигателестроение, 1980, N 4. С. 34 - 37.

33. В1еве1Рго§гевКо11:ЬАтепсап, МТ7, ТИеМо1ог8Ыр Обзор основных направлений развития дизелестроения - НИКТИД, - Владимир. -.1998 - 120 с.

34. Дорохов А.Ф., Пахомова Н.В. Моделирование температурного состояния рабочего цилиндрасудового ДВС и теплопередачи через его стенку. Материалы Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие транспортно-логистического комплекса Прикаспийского макрорегиона» Астрахань, 2015. -

35. Дьяченко Н.Х.,Харитонов Б.А. и др. Конструирование и расчёт двигателей

внутреннего сгорания. Под ред. Н.Х. Дьяченко -Л.:Машиностроение, 1979 -392 с.

36. Жуков В. А. Научные основы повышения эксплуатационных показателей высокооборотных судовых ДВС совершенствованием их охлаждения. Диссертация доктора технических наук. С-Пб, ГУВК, 2012.

37. Зейдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. Л.: Наука, 1967 - 88 с.

38. Закомолдин И. И. Методологические основы проектирования систем воздушного охлаждения поршневых двигателей внутреннего сгорания транспортных машин. Диссертация доктора технических наук, Барнаул: 2010- 414с.

39. Интернет ресурс. Термометры сопротивления!етрега1:иге8.ги/ра§е8/1егтоте1:гу.

40. Интернет ресурс. Термометр сопротивленияги.^шйре^а.о^/шй/Термометр

41. Интернет-ресурс https://ru.125ikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4 %D0%93 %D0%B0%D 1 %83%D 1 %81 %D 1 %81 %D0%B0_%E2%80%94_%D0% 97%D0%B5%D0%B9%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8F).

42. Ильин В.П. Методы конечных разностей и конечных объемов для эллиптических уравнений. Изд-во: Ин-та математики, 2000 - 345 с.

43. Конкс Г.А., Лашко В.А. Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования, анализ международного опыта Изд-во: Машиностроение. 2005 - 512 с.

44. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для инженеров. М.: Наука, 1984852 с.

45. Kruggel D. Research into the reduction of nitric oxidesin high speed diesel engines//CIMAC - 87,D-19, Warsaw: 1987 - 20 p.

46. Корнилов Э.В., Бойко П.В., Голофастов Э.И. Технические характеристики современных дизелей. Справочник. Одесса, 2008 - 272 с.

47. Кузнецов Г.В., Шеремет М.А. Разностные методы решения задач теплопроводности: учебное пособие. Томск: изд. ТПУ, 2007 - 172 с.

48. Корн Г., Корн Т. - Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973 - 832 с.

49. Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов Л.И. Теплонапряжённость двигателей внутреннего сгорания: Справочное пособие. Л. Машиностроение, 1979 - 222с.

50. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. Изд-во: МГТУ им. Н.Э. Баумана , 2001- 236 с.

51. Левин М.И. Основы статики систем автоматического регулирования температуры охлаждающей воды в дизеле. Л.: Машиностроение, 1965 - 464 с.

52. Лыков A.B., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопереноса. М-Л.: Госэнергоиздат, 1963 - 536 с.

53. Луканин В.Н. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 2. Динамика и конструирование. М.: Высш. шк., 2007- 400 с.

54. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.:Энергия, 1977- 288 с.

55. Marine Engines - Судовые двигатели Электронная книга для механика. Интернет-ресурс -moryak.biz/forum/showthread.php?t=937

56. Марданов Р.Ф. Численные методы решения плоской задачи теплопроводности: учебно-методическое пособие. Изд-во Казанского государственного университета, 2007. - 23 с.

57. Марчук Г.И., Шайдуров В.В. Повышение точности решений разностных схем. М.: Наука, 1979 - 319 с.

58. Овсянников М.К., Давыдов Г.А. Тепловая напряженность судовых дизелей. Л.: Судостроение, 1975 - 260 с.

59. Орлин А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчёты на прочность поршневых и комбинированных двигателей. Изд. 2-е. М.: Машиностроение, 1973 - 480 с.

60. Овсянников М.К., Давыдов Г.А. Тепловая напряженность судовых дизелей.

Л.: Судостроение, 1975 - 260 с.

61. Орлов Ю.Н., Скворцов С.П. - Термометрирование объектов. Интернет ресурс: podelise.ru/docs/index-25553318

62. Орлин A.C. Опыт применения бесконтактного измерения температур поршня быстроходного ДВС. Известия вузов. Машиностроение, 1971, N 12, с.23-25.

63. Петриченко P.M. Системы жидкостного охлаждения быстроходных двигателей внутреннего сгорания. Л.:Машиностроение, 1975 -222 с.

64. Петриченко Р.М. Оносовский В.В. Рабочие процессы поршневых машин. Л.:Машиностроение, 1972 - 168 с.

65. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. Пер. с англ. (1980 г), М.: Энергоатомиздат, 1984- 152 с.

66. Положий Г.П. Уравнения математической физики.М.: Высшая школа, 1964 -550 с.

67. Петрусёв А.С. Разностные схемы и их анализ. М.: МФТИ, 2004 - 89 с.

68. Патанкар С.В. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах. Пер. с англ. - М.: Изд-во МЭИ, 2003 - 312 с.

69. Петриченко Р.М., Петриченко М.Р. и др. Трение и теплопередача в поршневых кольцах двигателя внутреннего сгорания: Справочное пособие. Под ред. P.M. Петриченко Л.: Изд-во ЛГУ, 1990 - 248 с.

70. Румянцев А. В. Метод конечных элементов в задачах теплопроводности Изд-во: Калининградский государственный университет, 1995 - 170 с.

71. Розенблит Г.Б. Исследования и расчёт теплоотдачи в комбинированных двигателях. В сб. Проблемы развития комбинированных ДВС. М.:Машиностроение, 1968 - 356 с.

72. Дорохов А.Ф., Пахомова Н.В. Одноконтурная система охлаждения судовых дизелей / Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2013, № 2 (май). С. 143 - 148.

73. Дорохов А.Ф., Пахомова Н.В. Моделирование теплопередачи через стенку рабочего цилиндра поршневого ДВС и управление его напряжённо -деформированным состоянием. Научный журнал «Современные технологии, системный анализ, моделирование». Издание Иркутского государственного университета путей сообщения, №1 (45), 2015. С. 68 - 73.

74. Пахомова Н.В., Воробьёв А.В. Износ втулки цилиндра и её кавитационная стойкость.Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2014, № 4 (ноябрь). С. 86 - 93.

75. Стефановский Б.С., Скобцов Е.А., Корси Е.К. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972 - 368 с.

76 Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания - интернет-ресурс ru.wikipedia.org

77. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977 - 656 с.

78. Самарский А.А., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978. — 532 с.

79. Судовая энергетика. Системы дизельных энергетических установок. Интернет-ресурс -transporton.ru/...

80. Теплообмен в поршневых двигателях. Интернет-ресурс-energy.bmstu. ги/е02/100_Years/HeatTransfer.pdf

81. Карминский В.Д. Техническая термодинамика и теплопередача. Изд-во: Маршрут, 2005 - 224с.

82. Уонг Х., Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. Справочник. М.: Энергия, 1979 - 368 с.

83. Хандов З. А. Судовые двигатели внутреннего сгорания (теория). - М.: Транспорт, 1975. - 368 с.

84. Чайнов Н.Д. К расчёту температурных напряжений в днищах цилиндровых крышек ДВС. «Известия вузов. Машиностроение», 1970, N 5, с. 125-128

85. Пахомова Н.В., Лещев А.Е. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2015617534 от 14.07.2015г.

86. Шорин С.Н. Теплопередача. М.:Высшая школа, 1964 - 450 с.

87. Сатжанов Б.С. Тепловая нагруженность элементов рабочего цилиндра судового дизеля. Диссертация кандидата технических наук. Астрахань, ФГБОУ ВПО «АГТУ», 2011 - 128 с.

88. Матвеев Ю.И., Дорохов П.А., Пахомова Н.В., Алексеев В.В. Конструкторско-технологическая модернизация судовых малоразмерных дизелей при их форсировании наддувом / Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2015, № 1 (февраль). С. 74 - 83.

89. Пахомова Н.В. Оценка ресурса сопряжения «цилиндровая втулка -поршневое кольцо» судовых малоразмерных дизелей / Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Том 15, № 6 (2), 2013. ISSN 19905378. С. 443 - 448.

90. Исаев А.П. Рабочий процесс судового ДВС с комбинированным смесеобразованием и воспламенением от сжатия. Диссертация кандидата технических наук, 2012г., 170 стр.

91. Джабраилов А.Д. Разработка и исследование конструкторско-технологических и эксплуатационных параметров камеры сгорания в поршне. Диссертация кандидата технических наук, 1998г., 143 стр.

92. Каргин С.А. Теоретическое обоснование и экспериментальное исследование рабочего процесса судового ДВС с комбинированным смесеобразованием и принудительным воспламенением. Диссертация кандидата технических наук, 2006г., 162 стр.

93. Жуков В.А. Научные основы повышения эксплуатационных показателей высокооборотных судовых ДВС совершенствованием их охлаждения. Диссертация доктора технических наук, 2012г., 170 стр.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Section Класс, описывающий конкретное сечение.

StaticField Класс, являющийся контейнером для хранения основных объектов, использующихся в выше приведенных классах.

Почти каждая строчка кода приведена с комментариями. См. исходный код. Исходный код. Класс «MainForm»

publicpartialclassmainForm : Form {

public mainForm() {

InitializeComponent();

}

privatevoid button1_Click(object sender, EventArgs e) //обработчикнажатиянакнопку

"Рассчитать" {

btnSechOneGraphic.Enabled = true; //активациякнопокзапускаграфиков btnSechTwoGraphic.Enabled = true;

}

privatevoid comboBox1_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e)

//активируетсяприизменениишагасетки {

StaticField.h = Convert.ToDouble(comboBoxl.Selectedltem);

//вычислениешагасеткиизаписьзначениявкласс-контейнер StaticField

StaticField.n = Convert.ToInt32(0.0075 / StaticField.h) + 1;

//количествоклетокпогоризонтали

StaticField.m = Convert.ToInt32(0.160 / StaticField.h) + 1;

//количествоклетокповертикали

textBox3.Text = StaticField.n.ToString(); //отображение информации в текстовых ячейках

textBox4.Text = StaticField.m.ToString();

}

privatevoid btnSech1_Click(object sender, EventArgs e)

//запускаетокнозаданияграничныхзначенийсечения №1 {

BorderConditions bcForm = newBorderConditions(1);

bcForm.FormClosed += newFormClosedEventHandler(bcForm_FormClosed); bcForm.ShowDialog();

}

privatevoid btnSech2_Click(object sender, EventArgs e)

//запускаетокнозаданияграничныхзначенийсечения №2 {

BorderConditions bcForm = newBorderConditions(2);

bcForm.FormClosed += newFormClosedEventHandler(bcForm_FormClosed); bcForm.ShowDialog();

}

privatevoid bcForm_FormClosed(object sender, FormClosedEventArgs e)

// срабатывает, еслизакрыласьформазаданияграничныхусловий {

if (StaticField.sectionOne != null&&StaticField.sectionTwo != null) buttonl.Enabled = true; //еслиобасеченияобработаны (найденытемпературныеполя),

тоактивируемкнопку "Рассчитать" }

privatevoid btnSechOneGraphic_Click(object sender, EventArgs e)

//запускокнасвыводомграфиковсечения №1 {

Graphics gr = newGraphics(l); gr.ShowDialog();

}

privatevoid btnSechTwoGraphic_Click(object sender, EventArgs e)

//запускокнасвыводомграфиковсечения №2 {

Graphics gr = newGraphics(2); gr.ShowDialog();

}

}

Класс «BorderConditions»

publicpartialclassBorderConditions : Form {

privateint _numOfSection;

public BorderConditions(int numOfSection)

{

_numOfSection = numOfSection; //инициализация номера выбранного сечения

InitializeComponent(); }

privatevoid button2_Click(object sender, EventArgs e) //кнопка "Применить" {

if (_numOfSection == 1) //если рассматриваем первое сечение, то выполнять

следующее: {

checkBox1.Enabled = true; //активация чек-боксов ("галочки") -показывают, какие стенки сечения уже обработаны (заданы гр условия) checkBox2.Enabled = true;

if (checkBox1.Checked == false&& checkBox2.Checked == false) //

еслиобрабатываемлевуюстенку {

StaticField.leftZ0 = Convert.ToDouble(tbZ0.Text); //инициализируемзначениягрусловийвведеннымиданными StaticField.leftZ1 = Convert.ToDouble(tbZ1.Text); StaticField.leftZ2 = Double.Parse(tbZ2.Text); StaticField.leftZ3 = Convert.ToDouble(tbZ3.Text); StaticField.leftZ4 = Convert.ToDouble(tbZ4.Text); StaticField.leftZ5 = Convert.ToDouble(tbZ5.Text); StaticField.leftZ6 = Convert.ToDouble(tbZ6.Text); StaticField.leftGr4 = Convert.ToDouble(tbGr4.Text); StaticField.leftGr5 = Convert.ToDouble(tbGr5.Text); StaticField.leftGr9 = Convert.ToDouble(tbGr9.Text); StaticField.leftGalfa = Convert.ToDouble(tbGr7alfa.Text); StaticField.leftGr7Z1 = Convert.ToDouble(tbGr7Z1.Text); StaticField.leftGr7Z2 = Convert.ToDouble(tbGr7Z2.Text); checkBox1.Checked = true;

pictureBox2.Image = try1.Properties.Resources.right; //сменаизображениятекущегосеченияилистенкисечения return;

if (checkBoxl.Checked == true&& checkBox2.Checked == false)

// ecnHo6pa6arbiBaeMnpaByrocTeHKy {

StaticField.rightZO = Convert.ToDouble(tbZO.Text);

//HH^HanH3HpyeM3HaHeHHflrpycnoBHHBBegeHHbiMHrgaHHbiMH

StaticField.rightZl = Convert.ToDouble(tbZl.Text); StaticField.rightZ2 = Double.Parse(tbZ2.Text); StaticField.rightZ3 = Convert.ToDouble(tbZ3.Text); StaticField.rightZ4 = Convert.ToDouble(tbZ4.Text); StaticField.rightZ5 = Convert.ToDouble(tbZ5.Text); StaticField.rightZ6 = Convert.ToDouble(tbZ6.Text); StaticField.rightGr4 = Convert.ToDouble(tbGr4.Text); StaticField.rightGr5 = Convert.ToDouble(tbGr5.Text); StaticField.rightGalfa = Convert.ToDouble(tbGr7alfa.Text); StaticField.rightGr7Z1 = Convert.ToDouble(tbGr7Z1.Text); StaticField.rightGr7Z2 = Convert.ToDouble(tbGr7Z2.Text); StaticField.rightGr9 = Convert.ToDouble(tbGr9.Text); checkBox2.Checked = true; button2.Enabled = false;

}

StaticField.sectionOne = newSection(StaticField.h, StaticField.n, StaticField.m, StaticField.h / 2.0); //HH^HanroHpyeMnepBoeceneHHe //нннцнaпнзнрyeмпeвyroстeнкyпeрвогосeнeннfl StaticField.sectionOne.makeLeftPart(StaticField.leftZ0, StaticField.leftZl, StaticField.leftZ2, StaticField.leftZ3, StaticField.leftZ4, StaticField.leftZ5, StaticField.leftZ6, StaticField.leftGr4, StaticField.leftGr5, StaticField.leftGalfa, StaticField.leftGr7Z1, StaticField.leftGr7Z2, StaticField.leftGr9); //нннцнaпнзнрyeмпрaвywстeнкyпeрвогосeнeннa

81а11сР1е1ё.г1§Ь172, StaticFie1d.гightZ3, StaticFie1d.гightZ5,

81а11сЕ1е1ё.г1§Ь176, StaticFie1d.гightGг4, StaticFie1d.гightGг5, StaticFie1d.гightGa1fa, StaticFie1d.гightGг7Z1, StaticFie1d.гightGг7Z2, StaticFie1d.гightGг9); //рассчитываемтемпературноеполепервогосечения

StaticFie1d.sectionOne.makeSection(StaticFie1d.n, StaticFie1d.ш);

}

e1se//если рассматриваем втотрое сечение {

StaticFie1d.1eftZ0 = Convert.ToDoub1e(tbZ0.Text); //инициализируем значения гр условий введенными данными

StaticFie1d. eftZ1 = Conveгt.ToDoub1e(tbZ1.Text);

StaticFie1d. eftZ2 = Doub1e.Paгse(tbZ2.Text);

StaticFie1d. eftZ3 = Conveгt.ToDoub1e(tbZ3.Text);

StaticFie1d. eftZ4 = Conveгt.ToDoub1e(tbZ4.Text);

StaticFie1d. eftZ5 = Conveгt.ToDoub1e(tbZ5 .Text);

StaticFie1d. eftZ6 = Conveгt.ToDoub1e(tbZ6.Text);

StaticFie1d. eftGг4 = Conveгt.ToDoub1e(tbGг4.Text);

StaticFie1d. eftGг5 = Conveгt.ToDoub1e(tbGг5 .Text);

StaticFie1d. eftGг9 = Conveгt.ToDoub1e(tbGг9.Text);

StaticFie1d. eftGa1fa = Conveгt.ToDoub1e(tbGг7a1fa.Text);

StaticFie1d. eftGг7Z1 = Conveгt.ToDoub1e(tbGг7Z1.Text);

StaticFie1d. eftGг7Z2 = Conveгt.ToDoub1e(tbGг7Z2.Text);

StaticFie1d.sectionTwo = newSection(StaticFie1d.h, StaticFie1d.n, StaticFie1d.ш, StaticFie1d.h / 2.0); //инициализируемвтороесечение //инициализируемлевуюстенкувторогосечения

StaticFie1d.sectionTwo.шakeLeftPaгt(StaticFie1d.1eftZ0, StaticFie1d.1eftZ 1, StaticFie1d.1eftZ2, StaticFie1d.1eftZ3, StaticFie1d.1eftZ4, StaticFie1d.1eftZ5,

StaticField.leftZ6, StaticField.leftGr4, StaticField.leftGr5, StaticField.leftGalfa, StaticField.leftGr7Z1, StaticField.leftGr7Z2, StaticField.leftGr9); //инициализируемправуюстенкувторогосечения

StaticField.sectionTwo.makeRightPart(StaticField.leftZ0, StaticField.leftZl, StaticField.leftZ2, StaticField.leftZ3, StaticField.leftZ4, StaticField.leftZ5, StaticField.leftZ6, StaticField.leftGr4, StaticField.leftGr5, StaticField.leftGalfa, StaticField.leftGr7Z1, StaticField.leftGr7Z2, StaticField.leftGr9); //рассчитываемтемпературноеполевторогосечения

StaticField.sectionTwo.makeSection(StaticField.n, StaticField.m);

}

this.Close(); //закрываем окно, когда заданы все гр условия }

privatevoid BorderConditions_Load(object sender, EventArgs e)

//активируетсяпризапускеокназаданиягрусловий {

if (_numOfSection == 1) pictureBox2.Image = tryl.Properties.Resources.left; //еслирассматриваемпервоесечение, тоустанавливаемизображениепервогосечения

else//иначе - второгосечения {

pictureBox2.Image = tryl.Properties.Resources.upANDbottom; checkBoxl.Enabled = false; //деактивируем чекбоксы, т.к. задаем гр условия один раз (температура второго сечения одинакова как в левой стенке, так и в правой). checkBox2.Enabled = false;

}

}

}

Класс «Graphics» publicpartialclassGraphics : Form

{

privatedouble temperature; privateint _numOfSection;

public Graphics(int numOfSection)

{

_numOfSection = numOfSection; //номерсечения InitializeComponent();

}

privatevoid Graphics_Load(object sender, EventArgs e) //запускокнавыводаграфики {

if (_numOfSection == 1) //если выбрано первое сечение {

StaticField.sectionOne.getLeftHalf().copyTostaticSectionMatrix(); //копируем значения первого сечения во временную матрицу (с ней и происходит работа: StaticField.SectionMatrix)

StaticField.sectionOne.getRightHalf().copyTostaticSectionMatrix();

StaticField.sectionOne.makeSection(StaticField.n, StaticField.m);

}

else/^ли выбрано второе сечение {

StaticField.sectionTwo.getLeftHalf().copyTostaticSectionMatrix(); StaticField. sectionTwo.getRightHalf().copyTostaticSectionMatrix();

StaticField.sectionTwo.makeSection(StaticField.n, StaticField.m);

}

temperature = 0; //температураввыбраннойточке GraphPane graphPane = zedGraphControll.GraphPane; // созданиепанеливыводаграфики GraphPane graphPane2 = zedGraphControl2.GraphPane;

graphPane.CurveList.Clear(); //очисткавсехсуществующихточек, кривыхит.п. награфиках

graphPane2.CurveList.Clear(); PointPairList list = newPointPairList(); //созданиемассиваточек PointPairList list2 = newPointPairList();

for (int i = 0, k = StaticField.m - 1; i <StaticField.m; i++) {

for (int j = StaticField.n - 1; j >= 0; j--)

{

if (StaticField.leftPartMatrix[i, j] != 0)

{

list.Add(Math.Abs(j - StaticField.n + 1), k + 1); //инициализация массива точек (значения температур в каждом из узлов сетки) для левой стенки

сечения }

}

k--;

}

for (int i = 0, k = StaticField.m - 1; i <StaticField.m; i++) {

for (int j = 0; j <StaticField.n; j++) {

if (StaticField.rightPartMatrix[i, j] != 0)

{

list2.Add(j + 1, k + 1); //инициализация массива точек (значения

температур в каждом из узлов сетки) для правой стенки сечения }

}

k--;

}

Lineltem myCurve = graphPane.AddCurve("", list, Color.Blue, SymbolType.Circle); //создание и инициаизация кривых, отображаемых на графике Lineltem myCurve2 = graphPane2.AddCurve("", list2, Color.Blue, SymbolType.Circle);

myCurve.Line.IsVisible = false; //параметрыграфиков. (Запрет на отображение названий осей, задание масштаба по умолчанию и т.п.) myCurve.Symbol.Fill.Color = Color.Blue;

myCurve.Symbol.Fill.Type = FillType.Solid; myCurve.Symbol.Size = 1; graphPane.XAxis.Scale.Min = 0; graphPane.XAxis.Scale.Max = StaticField.n; graphPane.YAxis.Scale.Min = 0; graphPane.YAxis.Scale.Max = StaticField.m; graphPane.XAxis.Cross = 0.0; graphPane.YAxis.Cross = 0.0; graphPane.XAxis.Scale.IsSkipFirstLabel = true; graphPane.XAxis.Scale.IsSkipLastLabel = true; graphPane.XAxis.Scale.IsSkipCrossLabel = true; graphPane.YAxis.Scale.IsSkipFirstLabel = true; graphPane.YAxis.Scale.IsSkipLastLabel = true; graphPane.YAxis.Scale.IsSkipCrossLabel = true; graphPane.Title.Text = ""; graphPane.XAxis.Title.IsVisible = false; graphPane.YAxis.Title.IsVisible = false; graphPane.AxisChange(); //принятиеизменений

myCurve2.Line.IsVisible = false; //aHaroraHHOHaBTopoMrpa^HKe myCurve2.Symbol.Fill.Color = Color.Blue; myCurve2.Symbol.Fill.Type = FillType.Solid; myCurve2.Symbol.Size = 1; graphPane2.XAxis.Scale.Min = 0; graphPane2.XAxis.Scale.Max = StaticField.n; graphPane2.YAxis.Scale.Min = 0; graphPane2.YAxis.Scale.Max = StaticField.m; graphPane2.XAxis.Cross = 0.0; graphPane2.YAxis.Cross = 0.0; graphPane2.XAxis.Scale.IsSkipFirstLabel = true; graphPane2.XAxis.Scale.IsSkipLastLabel = true; graphPane2.XAxis.Scale.IsSkipCrossLabel = true; graphPane2.YAxis.Scale.IsSkipFirstLabel = true; graphPane2.YAxis.Scale.IsSkipLastLabel = true; graphPane2.YAxis.Scale.IsSkipCrossLabel = true; graphPane2.Title.Text = ""; graphPane2.XAxis.Title.IsVisible = false; graphPane2.YAxis.Title.IsVisible = false; graphPane2.AxisChange();

}

privatevoid zedGraph_MouseClick(object sender, MouseEventArgs e)

//KHHKHaneBOMrpa^HKe {

CurveItem curve;

int index;

GraphPane pane = zedGraphControll.GraphPane;

GraphPane.Default.NearestTol = 10;

bool result = pane.FindNearestPoint(e.Location, out curve, out index); //еслинашласьближайшаяточканасеткеквыбраннойточке, тозначениеэтойпеременной "правда", иначе - "ложь"

if (result) //если нашлась, то: {

// созданиекраснойточки PointPairList point = newPointPairList(); point.Add(curve[index]); pane.Title.Text = ""; Lineltem curvePount = pane.AddCurve("", newdouble[] { curve[index].X }, newdouble[] { curve[index].Y }, Color.Red, SymbolType.Circle); try

{

//отображениеранеесозданнойточки pane.Title.Text =

StaticField.leftPartMatrix[Math.Abs(Convert.ToInt32(curve[index].Y) - StaticField.m -

1) - 1, Math.Abs(Convert.ToInt32(curve[index].X) - StaticField.n) - 1].ToString(); }

catch { }

curvePount.Line.IsVisible = false; curvePount.Symbol.Fill.Color = Color.WhiteSmoke; curvePount.Symbol.Fill.Type = FillType.Solid; curvePount.Symbol.Size = 3; zedGraphControl 1.Invalidate();

}

}

privatevoid fillMatrix(double[,] m) //функция начального заполнения матрицы

значений нулями {

for (int i = 0; i <StaticField.m; i++) {

for (int j = 0; j <StaticField.n; j++) {

m[i, j] = 0;

}

}

}

privatevoid copyMatrix(double[,] m, int leftOrRight) //копирование во временную

матрицу матрицу с температурами конкретной стенки (левой или правой) {

for (int i = 0; i <StaticField.m; i++) {

for (int j = 0; j <StaticField.n; j++) {

if (leftOrRight == 1) {

m[i, j] = StaticField.leftPartMatrix[i, j];

}

else m[i, j] = StaticField.rightPartMatrix[i, j];

}

}

}

privatevoid makeIzo(double[,] m, int leftOrRight) //функцияпостроенияизотермы {

GraphPane pane;

if (leftOrRight == 1) pane = zedGraphControll.GraphPane; // есливыбраналеваястенка, тосоздаемрабочуюпанельналевомграфике else pane = zedGraphControl2.GraphPane; //иначе - направом.

PointPairList pointsLeft = newPointPairList(); //массивточек,

располагающихсяблизкокточкамсеткислева

PointPairList pointsRight = newPointPairList();//массивточек,

располагающихсяблизкокточкамсеткисправа

PointPairList pointsExact = newPointPairList();//массивточек,

располагающихсяточновточкахсетки

temperature = Convert.ToDouble(tblzoterma.Text); //температураизотермы

List<List<double>> pointsOflzoLeft = newList<List<double>>(); //вспомогательныемассивыдляхранениязначенийтемператур List<List<double>> pointsOflzoRight = newList<List<double>>(); List<List<double>> pointsOflzoExact = newList<List<double>>();

for (int i = 0; i <StaticField.m; i++) {

for (int j = 0; j <StaticField.n - 1; j++) {

if (temperature > m[i, j] && temperature < m[i, j + 1]) {

//нахождение точек, располагающихся близко к точкам сетки справа double rightMinusLeft = m[i, j + 1] - m[i, j]; double rightMinusTemp = m[i, j + 1] - temperature; double prirost = Math.Abs(1 - rightMinusTemp / rightMinusLeft); List<double> temp = newList<double>();

temp.Add(j + prirost + 1); temp.Add(Math.Abs(i - StaticField.m)); pointsOflzoRight.Add(temp);

}

}

for (int j = StaticField.n - 1; j > 0; j--)

{

if (temperature > m[i, j] && temperature < m[i, j - 1] && m[i, j] != 0) {

//нахождение точек, располагающихся близко к точкам сетки слева double rightMinusLeft = Math.Abs(m[i, j] - m[i, j - 1]); double rightMinusTemp = Math.Abs(m[i, j] - temperature); double prirost = Math.Abs(rightMinusTemp / rightMinusLeft);

List<double> temp = newList<double>();

temp.Add(j + prirost); temp.Add(Math.Abs(i - StaticField.m)); pointsOflzoLeft.Add(temp);

// points.Add(j + prirost, Math.Abs(i - StaticField.m));

}

}

for (int j = 0; j <StaticField.n; j++) {

//нахождение точек, располагающихся точно в узлах сетки

if (Math.Abs(m[i, j] - temperature) < 0.0000001)

{

List<double> temp = newList<double>();

temp.Add(j + 1);

temp.Add(Math.Abs(i - StaticField.m));

pointsOflzoExact.Add(temp);

//points.Add(j + 1, Math.Abs(i - StaticField.m));

}

}

}

smooth(ref pointsOflzoLeft); //вызовфункциисглаживанияотрезковизотермы smooth(ref pointsOflzoRight); smooth(ref pointsOflzoExact);

//копирование значений температур из временных массивов в массивы, которые будут использоваться непостредственно для построения изотерм

for (int k = 1; k < pointsOfIzoRight.Count; k++) {

if (leftOrRight == 1) pointsRight.Add(Math.Abs(pointsOfIzoRight[k][Ü] -

StaticField.n), pointsOfIzoRight[k] [1]);

else

pointsRight.Add(pointsOfIzoRight[k] [0], pointsOfIzoRight[k] [1]);

}

for (int k = 1; k < pointsOfIzoLeft.Count; k++) {

if (leftOrRight == 1) pointsLeft.Add(Math.Abs(pointsOfIzoLeft[k][0] - StaticField.n),

pointsOfIzoLeft[k] [1]);

else

pointsLeft.Add(pointsOfIzoLeft[k] [0], pointsOfIzoLeft[k] [1]);

}

for (int k = 1; k < pointsOfIzoExact.Count; k++) {

if (leftOrRight == 1) pointsExact.Add(Math.Abs(points0fIzoExact[k][0] -

StaticField.n), points0fIzoExact[k] [1]);

else

pointsExact.Add(points0fIzoExact[k] [0], points0fIzoExact[k] [1]);

}

//построение изотерм и установка необходимых параметров отображения Lineltem myCurve = pane.AddCurve("", pointsRight, Color.Red, SymbolType.Circle); myCurve.Line.IsSmooth = true; myCurve.Line.IsAntiAlias = true; myCurve.Line.Width = 4; myCurve.Symbol.Fill.Color = Color.Red; myCurve.Symbol.Fill.Type = FillType.Solid; myCurve.Symbol.Size = 1;

Lineltem myCurve2 = pane.AddCurve("", pointsLeft, Color.Red, SymbolType.Circle); myCurve2.Line.IsSmooth = true; myCurve2.Line.IsAntiAlias = true; myCurve2.Line.Width = 4; myCurve2.Symbol.Fill.Color = Color.Red; myCurve2.Symbol.Fill.Type = FillType.Solid; myCurve2.Symbol.Size = 1;

Lineltem myCurve3 = pane.AddCurve("", pointsExact, Color.Red, SymbolType.Circle);

myCurve3.Line.IsSmooth = true; myCurve3.Line.IsAntiAlias = true; myCurve3.Line.Width = 4; myCurve3.Symbol.Fill.Color = Color.Red; myCurve3.Symbol.Fill.Type = FillType.Solid;

myCurve3.Symbol.Size = 1;

if (leftOrRight == 1)

{

zedGraphControl 1 .AxisChange(); zedGraphControl 1 .Invalidate();

}

else

{

zedGraphControl2.AxisChange(); zedGraphControl2.Invalidate();

}

}

privatevoid smooth(refList<List<double>> points)

//функциясглаживанияотрезковизотермы {

int N = points.Count;

if (N > 6) //нелинейное сглаживание по семи точкам {

points[0][0] = (39 * points[0][0] + 8 * points[1][0] - 4 * (points[2][0] + points[3][0] - points[4][0]) + points[5][0] - 2 * points[6][0]) / 42;

points[1][0] = (8 * points[0][0] + 19 * points[1][0] + 16 * points[2][0] + 6 * points[3][0] - 4 * points[4][0] - 7 * points[5][0] + 4 * points[6][0]) / 42;

points[2][0] = (-4 * points[0][0] + 16 * points[1][0] + 19 * points[2][0] + 12 * points[3][0] + 2 * points[4][0] - 4 * points[5][0] + points[6][0]) / 42;

for (int i = 3; i < N - 4; i++) {

points[i][0] = (7 * points[i][0] + 6 * (points[i + 1][0] + points[i - 1][0]) + 3 * (points[i + 2][0] + points[i - 2][0]) - 2 * (points[i + 3][0] + points[i - 3][0])) / 21;

points[N - 3][0] = (-4 * points[N - 1][0] + 16 * points[N - 2][0] + 19 * points[N - 3][0] + 12 * points[N - 4][0] + 2 * points[N - 5][0] - 4 * points[N - 6][0] + points[N - 7][0]) / 42;

points[N - 2][0] = (8 * points[N - 1][0] + 19 * points[N - 2][0] + 16 * points[N - 3][0] + 6 * points[N - 4][0] - 4 * points[N - 5][0] - 7 * points[N - 6][0] + 4 * points[N - 7][0]) / 42;

points[N - 1][0] = (39 * points[N - 1][0] + 8 * points[N - 2][0] - 4 * points[N -3][0] - 4 * points[N - 4][0] + points[N - 5][0] + 4 * points[N - 6][0] - 2 * points[N -7][0]) / 42;

//points[0][0] = (5 * points[0][0] + 2 * points[1][0] - points[2][0]) / 6;

//for (int i = 1; i < N - 1; i++)

//{

// points[i][0] = (points[i - 1][0] + points[i][0] + points[i + 1][0]) / 3;

//}

//points[N - 1][0] = (5 * points[N - 1][0] + 2 * points[N - 2][0] - points[N - 3][0]) / 6;

}

}

privatevoid button1_Click(object sender, EventArgs e) //построениеизотермы {

double[,] matrix1 = newdouble[StaticField.m, StaticField.n]; //созданиевспомогательныхматриц double[,] matrix2 = newdouble[StaticField.m, StaticField.n]; fillMatrix(matrix1); //инициализация вспомогательных матриц нулями fillMatrix(matrix2);

copyMatrix(matrix1, 1); //копирование во временную матрицу матрицу с температурами левой стенки

copyMatrix(matrix2, 2); //копирование во временную матрицу матрицу с температурами правой стенки

makeIzo(matrix1, 1); //создание и отображение изотерм

makeIzo(matrix2, 2); }

privatevoid button2_Click(object sender, EventArgs e) //очисткаграфика {

zedGraphControl1.GraphPane.CurveList.Clear(); zedGraphControl 1 .Invalidate(); zedGraphControl2 .GraphPane.CurveList.Clear(); zedGraphControl2.Invalidate();

Graphics_Load(sender, e); }

privatevoid zedGraphControl2_MouseClick(object sender, MouseEventArgs e) //клик

на правом графике (действия, аналогичные дествиям для левого графика) {

CurveItem curve; int index;

GraphPane pane = zedGraphControl2.GraphPane; GraphPane.Default.NearestTol = 10;

bool result = pane.FindNearestPoint(e.Location, out curve, out index);

if (result) {

PointPairList point = newPointPairList(); point.Add(curve[index]); pane.Title.Text = ""; LineItem curvePount = pane.AddCurve("",

newdouble[] { curve[index].X },

newdouble[] { curve[index].Y },

Color.Red,

SymbolType.Circle);

try

{

pane.Title.Text =

StaticField.rightPartMatrix[Math.Abs(Convert.ToInt32(curve[index].Y) - StaticField.m

- 1) - 1, Convert.ToInt32(curve[index].X) - 1].ToString(); }

catch { }

curvePount.Line.IsVisible = false; curvePount.Symbol.Fill.Color = Color.WhiteSmoke; curvePount.Symbol.Fill.Type = FillType.Solid; curvePount.Symbol.Size = 3; zedGraphControl2.Invalidate();

}