Mathematical model of the condensation process in a cylinder of a piston engine

Cover Page

Cite item

Abstract

BACKGROUND: In recent years, there has been a trend of increasing activity towards the development of polar territories. A characteristic feature of the North is negative ambient temperatures that have a negative impact on the condition of piston engines of ground transport, mobile and stationary power plants and labor saving tools. An engine is the least adapted unit for use in such conditions. There is a chain of negative factors that consistently links negative ambient temperatures, in which the equipment is operated, and the condition of the mechanisms and engine systems. The primary link of this chain is condensation processes. The existence of condensation processes during low-temperature operation of the engine has been experimentally proved. The latter takes place when warming up in conditions of negative ambient temperatures. The question «How much water changes the state during the warm-up period?» arises.

AIMS: Development of a mathematical model that makes possible to obtain unbiased information about the activity of condensation processes and to estimate the amount of water that changes the state during the warm-up period.

METHODS: Solving the given tasks is based on classical theories describing operational processes of boilers. The high labor intensity and significant financial costs in organizing such experiments require the search for new research methods. Mathematical models help to solve the task of defining the mass amount of water condensing in a cylinder of a piston engine computationally.

RESULTS: The mathematical model that is characterized by its adaptation to piston engines and is capable of determining the mass amount of water changing the state during the warm-up period iteratively, using the differences in partial pressures and the density of the mass flow of water condensate, has been developed.

CONCLUSIONS: The existence of water has a negative impact on conditions of a piston engine. The information about the amount of water condensing in a cylinder during the warm-up period stimulates to continue studies in the field of motor oils watering, active acids formation and corrosive wear of surfaces of details.

About the authors

Alexander V. Kolunin

Moscow Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: kolunin2003@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7151-8489
SPIN-code: 7483-9619

Associate Professor of the Power Plants for Transport and Small Energy Department

Russian Federation, 38 Bolshaya Semenovskaya street , 107023 Moscow

Evgeniy S. Lazarev

Omsk State Transport University

Email: Incoe@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0226-3678
SPIN-code: 7069-0551

Senior Lecturer of the Heat Power and Thermal Engineering Department

Russian Federation, Omsk

Valery N. Kaminskiy

Moscow Polytechnic University

Email: kamr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5430-4304
SPIN-code: 8509-5210

Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Power Plants for Transport and Small Energy Department

Russian Federation, 38 Bolshaya Semenovskaya street , 107023 Moscow

Michael S. Korytov

Siberian State Automobile and Highway University

Email: kms142@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5104-7568
SPIN-code: 2921-4760

Associate Professor, Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Road Transportation Department

Russian Federation, Omsk

Andrey O. Ruzimov

Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: ruzim2009@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2960-767X

Employee

Russian Federation, Moscow

References

  1. Kolunin AV, Gelver SA, Buryan IA. The influence of the Arctic climate on the watering of motor oils in the operating conditions of motor transport. J. Phys.: Conf. Ser. 2019;1260:062012. doi: 10.1088/1742-6596/1260/6/062012
  2. Kolunin AV, Dudkin VM, Korneev SV. Water pollution and colloidal stability of motor oils. Chem Technol Fuels Oils. 2006;42:273–275. doi: 10.1007/s10553-006-0071-6
  3. Kolunin A.V., Kaminsky V.N., Kostyukov A.V., et al. Mathematical model of the condensation process in the crankcase space of a piston engine heated at negative temperatures of a cold climate. J. Phys.: Conf. Ser. 2021;1260:112011. doi: 10.1088/1742-6596/1260/11/112011
  4. Schlichting G. Boundary layer theory. Moscow: Nauka; 1974. (In Russ).
  5. Isachenko VP. Heat exchange during condensation. Moscow: Energiya; 1977.(In Russ).
  6. Kolchin AI, Demidov VP. Calculation of automobile and tractor engines. Moscow: Vysshaya shkola; 1980.(In Russ).
  7. Thermal calculation of boilers (normative method) 3rd ed. Saint Petersburg: NPO CCTI; 1998.(In Russ).
  8. Grigoriev VA., Zorin VM. Theoretical foundations of heat engineering. Thermal engineering experiment. Guide. 2nd ed. Moscow: Energoatomizdat; 1988. (In Russ).
  9. AVOK Reference manual. Moscow: LLC IIP AVOK-PRESS; 2014. (In Russ).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. A diagram of the algorithm of the mathematical model of condensation processes in a cylinder of a piston engine.

Download (393KB)
3. Fig. 2. Dependence of the mass of water on the change of the aggregate state, from the initial temperature, during the engine warm-up period of the engine.

Download (46KB)
4. Fig. 1. A diagram of the algorithm of the mathematical model of condensation processes in a cylinder of a piston engine.

Download (366KB)
5. Fig. 2. Dependence of the mass of water on the change of the aggregate state, from the initial temperature, during the engine warm-up period of the engine.

Download (69KB)

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».