JAKUB KALKE

Numerical Modelling of Heat and Mass Transfer in Opposed-Piston Engines

Streszczenie:

Pierwsze silniki o tłokach przeciwbieżnych pojawiły się już pod koniec XIX wieku, najsłynniejsze zaś silniki tego typu były użytkowane w okresie II wojny światowej (seria Jumo firmy Junkers). Po pewnym zastoju w rozwoju ostatnimi czasy silniki te przeżywają swój renesans. Przegląd rynku pokazuje, że coraz więcej firm na świecie angażuje konkretne zasoby ludzkie i finansowe w badania i rozwój tego typu silników. Ich największą
i niewątpliwą zaletą jest duży potencjał wzrostu sprawności termodynamicznej w stosunku
do standardowych silników z głowicą.

Komercyjnie dostępne pakiety komputerowe (np. AVL Boost, Ricardo WAVE, GT Power) bogato wspierają modelowanie silników o zapłonie iskrowym jak i samoczynnym,
2-suwowych jak i 4-suwowych, nie mają jednak gotowych modeli dla silników o tłokach przeciwbieżnych. Autor dostrzegł tutaj możliwość wniesienia własnego wkładu i opracował zespół narzędzi do wspomagania projektowania silników tego typu.

Rozprawa przestawia krótko historię rozwoju silników o tłokach przeciwbieżnych, ich wady
i zalety oraz kilka współczesnych konstrukcji. Dodatkowo, omówiono stosowane metody numeryczne oraz modele zjawisk fizycznych.

W zasadniczej części pracy skupiono się na wymianie masy. Przedstawiono szczegółowo proces wymiany ładunku oraz zaprezentowano wpływ zmian geometrycznych na rozrząd silnika. Omówiono warunki brzegowe modeli trójwymiarowych oraz zaprezentowano algorytm postępowania do szybkiego przygotowywania modeli obliczeniowych
z wykorzystaniem metody objętości kontrolnych. Następnie zwrócono uwagę na zagadnienie nieustalonej wymiany ciepła, zaproponowano metodę obliczeń pozwalającą
na zaprojektowanie odpowiedniego układu chłodzenia.

Ostatnia część pracy traktuje o przygotowaniu silnika do badań oraz przedstawia wstępne wyniki badań silnika uzyskane ze stanowiska badawczego. Przeprowadzono porównanie uzyskanych wyników badań z wynikami symulacji oraz przedstawiono końcowe wnioski.

W załączniku zawarto opis stanowiska badawczego, systemu akwizycji danych, czujników oraz układów pomocniczych (np. układu  chłodzenia, podawania paliwa itp.).