Определение плотности тепловых стационарных потоков на поверхностях гильзы цилиндра двс методом оптимальной фильтрации калмана

Abstract

RU: Постановка проблемы. При исследовании теплонапряженности и термической усталости двигателей внутреннего сгорания (ДВС) определяющими являются знание и анализ локальных температур и тепловых потоков в основных деталях, образующих камеру сгорания. Теоретически задача заключается в решении уравнения теплопроводности при заданных особенностях протекания тепловых процессов на границе тел. При этом возникает проблема точности решения, т. к. она зависит от точности задания реальных граничных условий, которые можно получить только с помощью физического эксперимента и соответствующего метрологического обеспечения. В отличие от температуры, тепловой поток не может быть измерен непосредственно, поэтому его определяют по разнице температур (градиентный метод) или по изменению во времени энтальпии (калориметрический метод). Наиболее распространено определение плотности потоков с помощью, так называемых датчиков теплового потока, когда измеренные температуры используются при решении обратной задачи теплопроводности для выбранного теплометрического элемента. В этом случае, кроме требования одномерности распределения температур, линейности и минимального искажения температурных полей тепловой системы, возникают значительные трудности вычисления производной от измеряемой температуры. К перспективным можно отнести методы исследований, которые принято называть кибернетической диагностикой или идентификацией систем. Суть их заключается в том, что сравнивается искаженная (зашумленная) информация об объекте с его математической моделью и затем определяются его состояние, параметры или входные воздействия путем минимизации квадратичной функции невязки. В работе дано определение плотности тепловых стационарных потоков на поверхностях гильзы цилиндра ДВС методом оптимальной фильтрации Калмана, а также оценка их достоверности и точности. Показана возможность применения фильтрации Калмана при экспериментальных исследованиях в ДВС.Цель статьи -- определение плотности стационарных тепловых потоков на поверхностях гильзы цилиндра ДВС методом оптимальной фильтрации Калмана, а также оценка их достоверности и точности. Выводы. Показана возможность определения плотности стационарных тепловых потоков методом оптимальной фильтрации Калмана для разработанной модели теплопередачи через гильзу цилиндра ДВС. Результаты математического моделирования показали постоянную устойчивость и сходимость идентификации с окончательными предельными относительными погрешностями оценок максимальной плотности теплового потока и коэффициента аппроксимации, не превышающими 5 %

UK: Постановка проблеми. Для дослідження теплонапруженості й термічної утоми двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) визначальним є знання й аналіз локальних температур і теплових потоків в основних деталях, що утворюють камеру згоряння. Теоретично завдання полягає в розв'язку рівняння теплопровідності при заданих особливостях перебігу теплових процесів на межі тіл. При цьому виникає проблема точності розв'язання, тому що вона залежить від точності завдання реальних граничних умов, які можна одержати тільки за допомогою фізичного експерименту й відповідного метрологічного забезпечення. На відміну від температури, тепловий потік не можна виміряти безпосередньо, тому його визначають за різницею температур (градієнтний метод) або за зміною в часі ентальпії (калориметричний метод). Найпоширеніше визначення густини потоків за допомогою так званих датчиків теплового потоку, коли виміряні температури використовуються для розв'язання зворотної задачі теплопровідності для обраного теплометричного елемента. У цьому випадку, крім вимоги одновимірності розподілу температур, лінійності й мінімального спотворення температурних полів теплової системи, виникають значні труднощі обчислення похідної від вимірюваної температури. До перспективних можна віднести методи досліджень, які прийнято називати кібернетичною діагностикою або ідентифікацією систем. Суть їх полягає в тому, що порівняються спотворена (зашумлена) інформація про об'єкт із його математичною моделлю й потім визначаються його стан, параметри або вхідні впливи шляхом мінімізації квадратичної функції відхилу. У статті дається визначення густини теплових стаціонарних потоків на поверхнях гільзи циліндра ДВЗ методом оптимальної фільтрації Калмана, а також оцінка їх вірогідності й точності. Показано можливість застосування фільтрації Калмана в експериментальних дослідженнях у ДВЗ. Мета статті - визначення густини стаціонарних теплових потоків на поверхнях гільзи циліндра ДВЗ методом оптимальної фільтрації Калмана, а також оцінювання їх вірогідності й точності. Висновки. Показано можливість визначення густини стаціонарних теплових потоків методом оптимальної фільтрації Калмана для розробленої моделі теплопередачі через гільзу циліндра ДВЗ. Результати математичного моделювання показали постійну стійкість і збіжність ідентифікації з остаточними найбільшими відносними похибками оцінок максимальної густини теплового потоку й коефіцієнта апроксимації такими, що не перевищують 5 %.

EN: Problem statement. At research warmly intensity and thermal weariness of internal combustion engines (ICE) the knowledge and the analysis of local temperatures and thermal streams in the basic details forming the chamber of combustion is defining. Theoretically the problem consists in the decision of the equation of heat conductivity at the set features of course of thermal processes on border of bodies. Thus there is a problem of accuracy of the decision since it depends on accuracy of the task of real boundary conditions which can be received only by means of physical experiment and corresponding metrological maintenance. Unlike temperature the thermal stream cannot be measured directly, therefore it define on a difference of temperatures (thermal gradient a method) or a calorimetric method. Definition of density of streams with the help as named gauges of a thermal stream when the measured temperatures are used at the decision of a return problem of heat conductivity for chosen thermometric an element is most extended. In this case, except the requirement of one-dimensionality of distribution of temperatures, linearity and the minimum distortion of temperature fields of thermal system, there are considerable difficulties of calculation derivative of the measured temperature. To perspective it is possible to carry methods of researches which it is accepted to name cybernetic diagnostics or identification of systems. Their essence consists that the deformed information on object is compared to its mathematical model and then are defined its condition, parameters or entrance influences by minimization of square-law function are nonviscous. In work definition of density of thermal stationary streams on surfaces of a sleeve of cylinder ICE by a method of optimum filtration Kalmana and also an estimation of their reliability and accuracy is made. Possibility of application of filtration Kalmana is shown at experimental researches in ICE. The purpose. Definition of density of stationary thermal streams on surfaces of a sleeve of cylinder ICE a method of optimum filtration Kalmana, and also an estimation of their reliability and accuracy. Conclusions. Possibility of definition of density of stationary thermal streams by a method of optimum filtration Kalmana for the developed model of a heat transfer through cylinder ICE sleeve is shown. Results of mathematical modelling have shown constant stability and convergence of identification with definitive limiting relative errors of estimations of the maximum density of a thermal stream and factor of approximation not exceeding 5 %.