KHẢO sát TRẠNG THÁI NHIỆT của ỐNG lót XY LANH ĐỘNG cơ DRA 210b

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

KHẢO SÁT TRẠNG THÁI NHIỆT CỦA ỐNG LÓT XY LANH
ĐỘNG CƠ DRA-210B
THE EVALUATION OF THE THERMAL STATE OF THE CYLINDER LINER
DIESEL ENGINE DRA-210B
KS. Phạm Văn Toanh1a, KS. Phùng Văn Được1b, PGS.TS Đào Trọng Thắng1c
1
Học viện Kỹ thuật quân sự, Hà Nội, Việt Nam
a
b
, ,

TÓM TẮT
Ống lót xy lanh là một chi tiết quan trọng, có điều kiện làm việc nặng, chịu ứng suất lớn
trong động cơ khi làm việc. Nhằm tăng khả năng làm mát, giảm ứng suất nhiệt cho ống lót xy
lanh động cơ DRA-210B, nhà máy chế tạo (Công ty cổ phần “Ngôi sao” - ОАО “Звезда”,
Nga) đã đưa ra giải pháp làm các rãnh dẫn nước trên ống lót xy lanh. Bài báo trình bày việc
ứng dụng phần mềm ANSYS Workbench để khảo sát trạng thái nhiệt của ống lót xy lanh động
cơ DRA-210B, làm cơ sở cho việc đánh giá hiệu quả của giải pháp nêu trên.
Từ khóa: ống lót xy lanh, diesel, trường nhiệt độ, trạng thái nhiệt, ANSYS Workbench

ABSTRACT
Cylinder liner is an important detail in diesel engine. In order to increase the cooling
capacity, reduce thermal stress for the cylinder liner of engine DRA-210B, manufacturing
plant (Joint-Stock Company "ZVEZDA", Russia) has a solution made canal waterway on the
cylinder liner. This paper presents the application of ANSYS Workbench to calculate thermal
state of the cylinder liner engine DRA-210B, as a basis for evaluating the effectiveness of the
solutions above.
Keywords: cylinder liner, diesel, temperature field, thermal state, ANSYS Workbench

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong động cơ diesel, ống lót xy lanh là một chi tiết quan trọng, chịu phụ tải cơ học,
phụ tải nhiệt, chịu ma sát và mài mòn lớn khi làm việc. Trên động cơ có làm mát bằng nước,
ống lót xy lanh có kết cấu truyền thống là một chi tiết liền khối, phụ thuộc vào bề mặt bên
ngoài của ống lót có tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát hay không mà ống lót có hai kiểu cơ
bản là “lót ướt” và “lót khô”. Động cơ diesel tàu thủy thường có ống lót xy lanh kiểu lót ướt,
nước làm mát chảy bọc xung quanh các ống lót này.
Để tăng chất lượng làm mát, tăng độ cứng vững cho ống lót xy lanh khi làm việc, cần
phải quy hoạch sao cho dòng nước làm mát chảy bọc đều xung quanh ống lót với vận tốc cao,
chuyển kiểu “lót ướt” sang “lót khô”. Những yêu cầu này đã được thực hiện trên động cơ
diesel DRA-210B, tại đây người ta đã thay đổi kết cấu của ống lót xy lanh khi làm các rãnh
dẫn nước làm mát bên trong thành ống lót.
Nhằm đánh giá hiệu quả của những thay đổi về mặt kết cấu nêu trên, làm cơ sở cho các
khuyến cáo về khai thác động cơ DRA-210B, cần có những tính toán xác định trạng thái nhiệt
của ống lót xy lanh động cơ này khi làm việc. Bài báo này trình bày các kết quả khảo sát trạng
thái nhiệt của ống lót xy lanh động cơ DRA-210B bằng phần mềm ANSYS Workbench.

309


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL DRA-210B VÀ ỐNG LÓT XY LANH
Động cơ diesel DRA-210B do Nga chế tạo, được dùng làm động cơ chính quay chân vịt
trên các tàu bổ trợ của Hải quân. Động cơ DRA-210B cùng họ với các loại động cơ diesel
khác như M50, M400. Bản vẽ mặt cắt ngang của động cơ DRA-210B được trình bày trên hình
1, các thông số kỹ thuật chính của động cơ được thể hiện trong bảng 1.
Bảng 1. Các thông số kỹ thuật chính
của động cơ DRA-210B
Đơn vị

Giá trị

Kiểu động cơ

-

Diesel

Số kỳ

-

4

Số xy lanh

-

12

Bố trí

-

chữ V

độ

60

kW
(v/ph)

732
(1500)

-

13,5

g/kW.h

200

MPa

0,17

Thông số

Góc nhị diện
Công suất định mức
(tại tốc độ quay của TK)
Tỷ số nén
Suất tiêu hao nhiên liệu

Hình 1. Mặt cắt ngang động cơ DRA-210B

φ196,4

Thân chính
197

φ180

107

41

345

Vỏ ngoài

a/

b/
Hình 2:.Hình vẽ mặt cắt
dọc (a) và ngang (b) của
ống lót xy lanh động cơ
DRA-210B

Áp suất khí nạp

Ống lót xy lanh của động cơ
DRA-210B (hình 2) có kết cấu đặc
biệt, phần thân chính được làm bằng
thép hợp kim 38XMЮA, phần vỏ
ngoài được làm thép cacbon 45 và ép
căng trên toàn bộ bề mặt ngoài của
phần thân chính. Giữa hai phần nêu

trên có bố trí 15 rãnh dẫn nước làm
mát. Các ống lót này được ép vào thân
máy kiểu monobloc (thân máy và nắp
máy được làm liền khối). Kết cấu này
có các ưu điểm chính như: làm tăng độ
cứng vững của thân máy; làm giảm dao
động và sự ăn mòn xâm thực ống lót;

làm giảm sự rò lọt khí cũng như nước làm mát bao quanh ống lót xy lanh… Ngoài ra, các
rãnh dẫn nước quanh thành xy lanh như trên sẽ cho phép đưa nước làm mát tới các vị trí cần
thiết một cách đều đặn với vận tốc lớn, làm tăng hiệu quả làm mát thành xy lanh.
3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TRONG ANSYS VÀ KẾT QUẢ TÍNH
Để tính toán trường nhiệt độ của ống lót xy lanh động cơ DRA-210B trên cơ sở ứng
dụng phần mềm ANSYS, cần phải thực hiện các bước [1]: xây dựng mô hình hình học; xây
dựng mô hình phần tử hữu hạn; đặt tải và điều kiện biên; giải bài toán và xử lý kết quả. Mô
hình tính toán phải thỏa mãn các điều kiện sau: Mô hình phải phản ánh tương đối chính xác
điều kiện làm việc của xy lanh; mô hình phải đơn giản, cho phép thực hiện giải bài toán trên
cấu hình máy tính hiện có.
310


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.1. Xây dựng mô hình hình học
Mô hình hình học được xây
dựng trong phần mềm Autodesk
Inventor, dựa trên cơ sở đặc điểm cấu
tạo, các kích thước hình học của ống
lót xy lanh [6]. Mô hình được thể hiện
trên Hình 3. Để thuận lợi trong tính
toán, ta coi ống lót xy lanh động cơ

DRA-210B là chi tiết có tính đối xứng
tròn xoay qua đường tâm xy lanh cả
về mặt hình học và chịu tải, bỏ qua các
góc lượn, góc vát và rãnh của các đệm
làm kín ở phía dưới ống lót. Mô hình
hình học là cơ sở để xây dựng mô
hình phần tử hữu hạn, chia lưới, chọn
phần tử. Các thuộc tính của vật liệu
chế tạo ống lót xy lanh động cơ DRA210B là thép hợp kim 38XMЮA
được chọn theo [7].

a/

b/

Hình 3. Mô hình hình học ống lót xy lanh
a/ Mô hình có thể hiện các rãnh dẫn nước làm mát
b/ Mô hình ống lót xy lanh toàn bộ

3.2. Thiết lập mô hình tính toán, xác định các điều kiện biên
Chế độ tính toán được chọn là chế độ công suất định mức của động cơ tại tốc độ
1500v/ph. Trong quá trình động cơ làm việc, đối với ống lót xy lanh xảy ra đồng thời các quá
trình trao đổi nhiệt sau [2, 4]: Quá trình trao đổi nhiệt đối lưu giữa môi chất công tác với mặt
gương xy lanh; trao đổi nhiệt bức xạ của khí cháy với mặt gương xy lanh; dẫn nhiệt tiếp xúc
động giữa xéc măng với mặt gương xy lanh; dẫn nhiệt giữa mặt lưng ống lót xy lanh với khối
thân xy lanh; trao đổi nhiệt đối lưu giữa thành ngoài ống lót với nước làm mát.
Khi tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn [1] thì một nội dung quan trọng là
phải xác định các điều kiện biên. Đối với bài toán đang xét, đó là: Biên trao đổi nhiệt giữa bề
mặt gương xy lanh với hỗn hợp khí cháy trong buồng cháy; biên trao đổi nhiệt giữa bề mặt
gương xy lanh và pít tông; biên trao đổi nhiệt giữa thành ngoài phần thân chính với nước làm

mát; biên trao đổi nhiệt giữa phần thân chính với vỏ ngoài; biên trao đổi nhiệt giữa vai tựa
dưới ống lót xy lanh với thành khối thân xy lanh.
a) Điều kiện biên trao đổi nhiệt giữa bề mặt gương xy lanh với hỗn hợp khí cháy
trong xy lanh
Quá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt gương xy lanh với hỗn hợp khi cháy trong buồng
cháy bao gồm trao đổi nhiệt đối lưu và trao đổi nhiệt bức xạ. Theo các tài liệu chuyên môn,
lượng nhiệt trao đổi thông qua bức xạ nhiệt của khí cháy và của ngọn lửa phụ thuộc vào mật
độ, áp suất riêng phần của khí cháy, trạng thái khí và chỉ chiếm khoảng 3÷5% của toàn bộ
lượng nhiệt trao đổi. Trên cơ sở đó có thể xét quá trình trao đổi nhiệt của xy lanh với môi chất
công tác thông qua hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng α∑ (xét cả đối lưu và bức xạ), nhiệt độ của
môi chất T ∑ và dòng nhiệt q ∑ . Mặc dù các đại lượng α ∑ , T ∑ và q ∑ thay đổi theo thời gian và
vị trí nhưng để đơn giản có thể coi quá trình trao đổi nhiệt là quá trình tựa tĩnh. Khi đó các đại
lượng này sẽ nhận một giá trị trung bình tương đương nhất định, sao cho tổng lượng nhiệt mà
môi chất truyền cho thành xy lanh tương đương với tổng lượng nhiệt mà bề mặt gương xy
lanh nhận được trong một chu trình công tác tại mỗi chế độ làm việc ổn định của động cơ.
Theo Woschni (1970), trên cơ sở thực nghiệm đối với động cơ cao tốc đã đưa ra công
thức xác định hệ số trao đổi nhiệt tức thời trong buồng cháy động cơ như sau [2, 3]:

311


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
=
α 128.D

−0,2

0,8

. p .T

−0,53



V .T
. C1.cm + C2 h 1 . ( p − p0 ) 
V1 p1



0,8

W m 2 .K 

(1)

Trong đó: D - đường kính xy lanh, [m]; p - áp suất của môi chất trong buồng cháy, [Pa];
T - nhiệt độ của môi chất trong buồng cháy, [K]; C 1 = 2,28 + 0,308.C u /c m ; C 2 = 0,00324 đối
với động cơ buồng cháy thống nhất; c m - tốc độ trung bình của pít tông, [m/s]; C u - tốc độ
xoáy lốc của hỗn hợp không khí trong buồng cháy, [m/s]; V h - thể tích công tác của xy lanh,
[m3]; p 1, V1, T1 - các thông số của hỗn hợp môi chất khi đóng xu páp nạp; p0 - áp suất trong
buồng cháy khi bị nén không có quá trình cháy, [Pa];
Từ các giá trị hệ số trao đổi nhiệt tức thời, hệ số trao đổi nhiệt trung bình và nhiệt độ
trung bình cho toàn bộ quá trình được xác định như sau:

1
αΣ =
720

720

∫ α .dϕ

và

TΣ =

0

1
720.α Σ

720

∫ α .T .dϕ

(2)

0

Trong đó: ϕ - góc quay trục khuỷu, [độ GQTK].
Để đặt tải lên mô hình được chính xác ta chia thể tích công tác của động cơ ứng với quá
trình pít tông chuyển động từ điểm chết trên (khi S=0mm) xuống điểm chết dưới (khi
S=200mm) thành 5 vùng, các hành trình tiếp theo sẽ lặp lại tại các vị trí đó:
Vị trí các vùng như sau: Vùng 1- Từ khi pít tông ở điểm chết trên ϕ = 360o, S = 0 mm
đến khi ϕ = 390o, S = 16,5 mm. Tại đây có hệ số trao đổi nhiệt α Σ1 và nhiệt độ T Σ1 ; Vùng 2Từ khi ϕ = 390o, S = 16,5 mm đến khi ϕ = 420o, S = 59,4 mm. Hệ số trao đổi nhiệt α Σ2 và
nhiệt độ T Σ2 ; Vùng 3- Từ khi ϕ = 420o, S = 59,4 mm đến khi ϕ = 450o, S = 112,5 mm. Hệ số
trao đổi nhiệt α Σ3 và nhiệt độ T Σ3 ; Vùng 4- Từ khi ϕ = 450o, S = 112,5 mm đến khi ϕ = 505o,
S = 186 mm. Hệ số trao đổi nhiệt α Σ4 và nhiệt độ T Σ4 ; Vùng 5- Từ khi ϕ = 505o, S = 186 mm

đến khi pít tông ở điểm chết dưới ϕ = 540o, S = 200 mm. Hệ số trao đổi nhiệt αΣ5 và nhiệt độ T Σ5 .
Để tính toán được nhiệt lượng truyền cho ống lót xy lanh, cần xác định nhiệt độ của môi
chất trong xy lanh thông qua việc tính toán chu trình công tác của động cơ. Điều này được thực
hiện bằng phần mềm Diesel-RK của Đại học Tổng hợp kỹ thuật quốc gia Bauman (Liên bang
Nga), ở chế độ định mức n=1500 v/ph. Kết quả tính toán trong Diesel-RK cho biết diễn biến áp
suất, nhiệt độ (hình 4) và hệ số truyền nhiệt đối lưu α g của khí thể (Hình 5) trong xy lanh. Đây
là các dữ liệu phục vụ cho việc tính toán trạng thái nhiệt.
bar

K

gqtk

gqtk

Hình 4. Đồ thị diễn biến áp suất và nhiệt độ trong xy lanh động cơ DRA-210B

312


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Dựa vào kết quả tính toán và
bằng phương pháp tích phân đồ thị ta
xác định được các giá trị:

K

720

1

αΣ =
α .dϕ 420,17 W m 2 .K  ;
=
∫
720 0
720

1
=
α .T .dϕ 925,52 [ K ] ;
720.α Σ ∫0
các giá trị của α [W/m2.K] và T [K] tại
các vùng: α Σ1 = 420,17; TΣ1 = 925,52;

=
TΣ

gqtk

Hình 5. Đồ thị diễn biến hệ số truyền nhiệt
trong xy lanh động cơ DRA-210B

α Σ 2 = 313, 21; TΣ 2 = 780, 68;
α Σ 3 = 275,92; TΣ 3 = 678, 22;
α Σ 4 = 274, 27; TΣ 4 = 645, 00;
α Σ 5 = 300,93; TΣ 5 = 626,56.

b) Điều kiện biên trao đổi nhiệt giữa bề mặt gương xy lanh và pít tông
Quá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt gương xy lanh và pít tông là quá trình trao đổi nhiệt
tiếp xúc. Do việc xác định hệ số trao đổi nhiệt giữa xéc măng và bề mặt gương xy lanh rất

phức tạp và khó để xác định một cách chính xác. Vì vậy có thể chọn gần đúng các giá trị như
W m 2 .K  ; T7 333 [ K ] ;
sau [3]: α 7 200
=
=
c) Điều kiện biên trao đổi nhiệt giữa thành ngoài phần thân chính của ống lót với
nước làm mát.
Quá trình trao đổi nhiệt giữa thành ngoài ống lót xy lanh với nước làm mát là quá trình
trao đổi nhiệt đối lưu. Quá trình này bao gồm trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên và trao đổi nhiệt
đối lưu cưỡng bức. Khi động cơ làm việc, nước làm mát liên tục được chảy trong các rãnh và
đường ống tạo thành một vòng tuần hoàn kín dưới tác dụng của bơm nước, do đó các quá
trình trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên là không đáng kể.
Ta coi nước chuyển động trong các rãnh làm mát của ống lót giống như nước chuyển
động cưỡng bức trong đường ống có tiết diện tương đương. Đối với ống lót xy lanh động cơ
DRA - 210B, các rãnh có đường kính tương đương là 9 mm, chiều dài của rãnh là 380 mm.
l 380
Với= = 42, 2 < 50 có thể coi tốc độ dòng nước ω trong rãnh không thay đổi, tỏa nhiệt
d
9
đối lưu ổn định với hệ số tỏa nhiệt α không thay đổi.
Thực nghiệm về tỏa nhiệt đối lưu khi chất chảy chuyển động cưỡng bức trong ống được
tiến hành trong miền dòng chảy ổn định và được xác định theo tiêu chuẩn Nucen [3]. Khi
0,25
Pr f 
0,8
0,43 
4
(3)
chảy rối với R e > 10 thì Nu = 0, 021Re f Pr f 


 Prw 

ωd
); ω - tốc độ dòng chảy của nước làm mát,
ν
[m/s]; d - đường kính tương đương, [m]; ν - độ nhớt động học của nước làm mát, [m2/s]; Pr f
- hệ số Prandt xác định nhiệt độ của nước làm mát; Pr w - hệ số Prandt xác định nhiệt độ của
thành xy lanh; Gr f - hệ số Grashof của nước làm mát.
Trong đó: Re f - hệ số Reynol ( Re =

Động cơ DRA-210B có bơm nước với lưu lượng Q= 670 lít/phút, từ đường kính tương
đương đã có ta tính được tốc độ dòng nước trong một rãnh của ống lót xy lanh là:
313


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

ω = 0,975 [ m s ] . Do đặc điểm chuyển động của nước làm mát trong rãnh đi từ vùng dưới của
ống lót lên phía trên, sau đó lại vòng xuống (Hình 6), nghĩa là qua các vùng có nhiệt độ khác
nhau về chiều cao của ống lót. Vì vậy, để xác định nhiệt độ và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của
nước làm mát ta chọn nhiệt độ của nước làm mát tại đầu vào là 600C và chia rãnh dẫn nước
thành 6 đoạn như mô hình (Hình 6-b). Từ nhiệt độ đầu vào đã chọn ta tính được α 1 và T 1 , rồi
lại lấy T 1 làm nhiệt độ đầu vào của đoạn thứ 2 ta lại tính được α 2 và T 2 …. Lần lượt ta tính
được trị số này ở các đoạn tiếp theo. Đến đoạn thứ sáu ta tính được α 6 , T 6 (T 6 chính là nhiệt
độ nước đầu ra). Các thông số vật lý của nước tại các nhiệt độ trên có thể tra cứu từ các tài
liệu chuyên ngành. Giá trị của nhiệt độ và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của các đoạn trên rãnh
dẫn nước làm mát được trình bày trên bảng 2.

Đoạn

Bảng 2. Nhiệt độ và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của các đoạn
trên rãnh dẫn nước làm mát
1
2
3
4
5

6

α, [W/m2.K]

2853

2853

4463,8

2853

2853

2853

T m , [K]

342,3

351,8

367

367,5

369,2

367,3

d) Điều kiện biên trao đổi nhiệt giữa đầu trên ống lót xy lanh với khối thân xy lanh và
giữa vai tựa dưới ống lót xy lanh với thành khối thân xy lanh
Đối với đầu trên ống lót xy lanh, bằng tính toán đã xác định được T8 = 513 [ K ] và

α 8 = 10000 W m 2 .K  .
Quá trình trao đổi nhiệt tại khu vực giữa vai tựa dưới ống lót xy lanh với thành khối
thân xy lanh bao gồm rất nhiều quá trình phức tạp như: quá trình trao đổi nhiệt giữa pít tông
với mặt gương xy lanh, trao đổi nhiệt tiếp xúc giữa thành xy lanh với thành khối thân xy lanh,
trao đổi nhiệt tiếp xúc giữa thành khối thân xy lanh với thành xy lanh của ống lót bên cạnh….
Trong khuôn khổ của bài báo này đã chọn một cách gần đúng như sau [2]: T9 = 323 [ K ] ;

α 9 = 2000 W m 2 .K  .
Do tính chất đối xứng, để thuận tiện cho việc xác định nhiệt độ của nước làm mát tại
từng rãnh và đặt các điều kiện biên mà vẫn phản ánh tương đối chính xác kết quả tính toán có
thể lấy mô hình 1/15 xy lanh làm mô hình tính toán trong ANSYS Workbench. Mô hình trao
đổi nhiệt phía trong và ngoài ống lót xy lanh động cơ DRA-210B được mô tả như trên hình 6.
Để đánh giá trạng thái nhiệt của ống lót xy lanh DRA-210B khi có các rãnh dẫn nước
làm mát như trên so với trường hợp giả định là ống lót có kết cấu truyền thống, không có rãnh
và nước làm mát chảy bọc xung quanh (coi tất cả các rãnh dẫn nước làm mát được liên kết
thành một không gian thống nhất), đã thực hiện tính cho cả 2 trường hợp: có rãnh và không có
rãnh dẫn nước làm mát. Với trường hợp giả định, khi tính toán đã giữ nguyên các kích thước
cơ bản của ống lót xy lanh, giữ nguyên chế độ tính toán, tính lại tốc độ dòng nước làm mát

bao quanh ống lót, giá trị của hệ số trao đổi nhiệt giữa thành ngoài ống lót với nước làm mát.

314


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

a/

b/

Hình 6. Mô hình trao đổi nhiệt tại mô hình 1/15 ống lót xy lanh
a/ Phía trong; b/ Phía ngoài ống lót xy lanh
3.3. Các kết quả tính trong ANSYS
Sau khi đã có mô hình hình học, mô hình phần tử hữu hạn (chia lưới với phần tử kiểu
SOLID) và đặt các điều kiện biên được xác định như đã trình bày ở trên, phần mềm ANSYS
Workbench đã cho các kết quả được trình bày trên các hình từ hình 7 đến hình 9.

a/

b/

Hình 7. Kết quả tính trường nhiệt độ của cả (a) và một nửa (b) ống lót xy lanh
ở trường hợp có rãnh dẫn nước làm mát

a/

b/

Hình 8. Kết quả tính trường nhiệt độ tại bề mặt trong (a) và ngoài (b) của 1/15 ống lót xy lanh

ở trường hợp có rãnh dẫn nước làm mát
315


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 9. Kết quả tính trường nhiệt độ ống lót xy lanh động cơ
ở trường hợp không có rãnh dẫn nước làm mát
Các kết quả tính toán trình bày trên đồ thị
hình 10 cho biết sự thay đổi nhiệt độ trên ống lót
xy lanh động cơ DRA-210B tại đường kính
d=180 và d=184mm theo chiều cao của ống lót
(trường hợp có rãnh nước làm mát).

h [mm]

Theo đồ thị (hình 10) có thể thấy nhiệt độ
trên thành ống lót thay đổi tương đối đều, giảm
dần từ mép trên (h=345mm) xuống đến chân
ống lót. Nhiệt độ cực đại của bề mặt gương (tại
d=180mm) ống lót đạt gần 550 K. Chênh lệch
nhiệt độ trên cùng một chiều cao ống lót, giữa
hai đường kính d=180 và d=184mm cũng giảm
dần đều từ mép trên của ống lót xuống dưới
chân. Tại mép trên của ống lót thì mức chênh
này đạt gần 30 K.

T [K]

Trên các đồ thị của hình 11 trình bày sự so Hình 10. Nhiệt độ ống lót xy lanh tại các

đường kính d=180 và d=184 mm
sánh nhiệt độ của thành ống lót tại đường kính
d=180 và d=184mm theo 2 trường hợp: có rãnh và không có rãnh dẫn nước làm mát.
Qua kết quả tính toán trên đồ thị hình 11 có thể thấy, ở phần từ khoảng độ cao
h=200mm trở lên đến mép trên của ống lót thì diễn biến thay đổi nhiệt độ của thành ống lót
trong hai trường hợp là khá giống nhau. Nhưng từ khoảng độ cao này trở xuống đến độ cao
cách mép dưới ống lót 50mm thì có sự khác biệt khá rõ về nhiệt độ: nhiệt độ tại thành ống lót
trong trường hợp không có rãnh dẫn nước làm mát sẽ cao hơn so với trường hợp có rãnh.
Chênh lệch nhiệt độ lớn nhất tại cùng một độ cao trên thành ống lót của 2 trường hợp tính tại
vùng này đạt khoảng 75÷80 K.
h [mm]

h [mm]

T [K]

a/

T [K]

b/
Hình 11. Nhiệt độ ống lót xy lanh tại các đường kính d=180 (a/) và d=184 mm (b/)
khi ống lót có rãnh và khi ống lót không có rãnh dẫn nước làm mát
316


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
4. KẾT LUẬN
Phần mềm ANSYS Workbench là một công cụ hữu hiệu để nghiên cứu, khảo sát trạng
thái làm việc của các chi tiết động cơ đốt trong. Trên cơ sở ứng dụng, phần mềm này đã tính

toán xác định được trạng thái nhiệt của ống lót xy lanh động cơ DRA-210B khi làm việc ở
chế độ công suất định mức 732 kW, tại tốc độ quay 1500 v/ph của trục khuỷu.
Các kết quả tính toán đã cho thấy, ống lót xy lanh động cơ DRA-210B với kết cấu đặc
biệt là có các rãnh dẫn nước trong thành đã đảm bảo làm mát tốt cho ống lót. Khi tạo các rãnh
xung quanh ống lót sẽ làm giảm tiết diện lưu thông, làm tăng tốc độ và mức độ rối của dòng
chất lỏng chuyển động, như vậy sẽ làm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt giữa thành xy lanh và môi
chất làm mát (nước). Nhiệt độ cực đại đạt được là khoảng 550 K tại mép trên của mặt gương
xy lanh với xu hướng thay đổi nhiệt độ trên thành ống lót là giảm đều từ mép trên xuống đến
mép dưới ống lót.
Trong trường hợp giả định, khi ống lót động cơ này không có các rãnh dẫn nước làm
mát, hay nói cách khác là các rãnh này liên kết với nhau thành một không gian thống nhất để
dẫn nước làm mát như các kết cấu truyền thống thì kết quả tính đã chỉ ra sự gia tăng về nhiệt
độ của thành ở khu vực giữa và chân ống lót tại trường hợp không có các rãnh dẫn nước làm
mát. Điều này cũng lý giải hiệu quả của việc chế tạo các rãnh dẫn nước làm mát trong thành
ống lót như trên động cơ DRA-210B đã mang lại.
Qua khảo sát trạng thái nhiệt của ống lót xy lanh động cơ DRA-210B, để đảm bảo cho
động cơ hoạt động tốt cần thực hiện đúng các quy định về bảo dưỡng hệ thống làm mát, giữ
cho các đường dẫn nước làm mát và nhất là các rãnh dẫn nước trong thành ống lót không bị
tắc hoặc giảm tiết diện lưu thông. Đây là những yêu cầu mà người khai thác cần phải chú ý
tuân thủ khi sử dụng động cơ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Trọng Giảng, ANSYS và Mô phỏng số trong công nghiệp
bằng phần tử hữu hạn, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2003.
[2] Lại Văn Định, Vi Hữu Thành, Kết cấu tính toán động cơ đốt trong, tập 2, HVKTQS, Hà
Nội, 2002.
[3] Bùi Hải, Trần Thế Sơn, Kỹ thuật nhiệt, NXB KH&KT, Hà Nội, 1998.
[4] Lê Viết Lượng, Lý thuyết động cơ diesel, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2004.
[5] T. A. Stolarski, Y. Nakasone and S. Yoshimoto, Engineering Analysis with ANSYS
Software, Elsevier Butterworth-Heinemann, 2006.
[6] Бaбич. Г.C., Дopoшенко C.H. Дизель M400. Техническoe облуживание и peмонт.

Изд. Tpaнспорт. Moc.1969.
[7] Цветные металлы и сплавы. Справочник. Новгород. 2001.
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ
1.

KS Phạm Văn Toanh. Học viện Kỹ thuật quân sự, Hà Nội, Việt Nam.
Điện thoại 0974.001.309.

2.

KS Phùng Văn Được. Học viện Kỹ thuật quân sự, Hà Nội, Việt Nam.
Điện thoại 0974.230.974.

3.

PGS.TS. Đào Trọng Thắng. Học viện Kỹ thuật quân sự, Hà Nội, Việt Nam.
Điện thoại 0904.227.407.
317