Analisi Termodinamica Di Una Testata Per Moto Da Superbike

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Università degli studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria - A.A. 2005/2006 ANALISI TERMODINAMICA DI UNA TESTATA PER MOTO DA SUPERBIKE Candidato: Marco Romani Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli Correlatori: Prof. Ing. Gianni Caligiana Prof. Ing. Alfredo Liverani Dott. Ing. Stefano Cassani Dott. Ing. Daniele Marozzi OBIETTIVI DELLA TESI Sviluppare un modello che permetta di prevedere con buona approssimazione il campo di temperatura e le sollecitazioni strutturali a cui è sottoposta una testata Valutare le potenzialità del modello confrontando i risultati ottenuti con rilevamenti sperimentali Analizzare le zone di contatto ponendo particolare attenzione alla pressione di contatto nella guarnizione di testa DUCATI 999 BIPOSTO Caratteristiche motore: Bicilindrico ad L 998 cc Distribuzione desmodromica 4 valvole per cilindro Raffreddamento a liquido Pmax = 124 CV a 9750 rpm VERIFICHE TERMICHE: Congruenza con i rilevamenti forniti da Ducati Temperature in camera di combustione Temperature lato acqua STRUTTURALI: Tensioni Deformazioni Pressione di contatto nella guarnizione di testa considero anche il cilindro Testata Combustione Sede valvola d aspirazione Sede valvola di scarico Olio Condotto d aspirazione Condotto di scarico Refrigerante Carichi d assemblaggio 1. Forza di serraggio esercitata dai prigionieri 2. Accoppiamenti per interferenza: sedi valvole - testa guide valvole - testa Carichi di funzionamento 1. Pressione max sulla superficie della camera di combustione 2. Pressione max di contatto tra valvola e sede valvola Modello monodimensionale di scambio termico in camera di combustione Regime di POTENZA MASSIMA (9750 rpm) 1. Woschni Modelli utilizzati 2. Bocchi 3. Annand hgas,med = hgas ( α ) dα Tgas,med = hgas ( α 720 hgas,med W/(m² K) ) Tgas ( α ) dα 1099 C Distribuzione spaziale del coefficiente di scambio termico Suddivisione in 6 corone circolari centrate con l asse della candela Distribuzione parabolica dei coefficienti di scambio termico hgas (r ) = hgas,max r R 0 Scambi termici nel cilindro 1. Scambio termico gas - parete 2. Potenza dissipata per attrito Wd = f Fn u 3. Scambio termico pistone - cilindro Condotti di aspirazione e di scarico Coefficiente di scambio termico per convezione forzata Regime turbolento (Formula di Sieder & Tate) Nu = 0,027 Re 0,8 Pr 0, 33 µg µ p 0.14 Refrigerante Refrigerante: miscela acqua glicoletilene (40%) Pressione refrigerante = 1.26 bar (a 9750 rpm) Scambi di calore per: Convezione Forzata (Dittus-Boelter) Ebollizione Nucleata - Chen - Mc. Adams Condizione di Flusso Critico (Zuber) Chen Mc. Adams media Condizionano lo scambio termico: Condizionano la convezione forzata: Temperatura di parete Velocità Proprietà del fluido Diametro idraulico Finitura superficiale Depositi ΛNSYS WorkBench 10.0 Modello FEM Carichi applicati: Assemblaggio + Termici + Pressione Piano di simmetria Materiali: caratteristiche di comportamento bilineare in funzione della temperatura per testa, cilindro, sedi, guide, prigionieri guarnizione di testa: caratteristiche di comportamento non lineare per le linee di tenuta valutate dalle curve pressione-schiacciamento Verifiche termiche 1) CAMPO DELLE TEMPERATURE 2) CONFRONTO TRA LE TEMPERATURE OTTENUTE DAL MODELLO E QUELLE RILEVATE DALLA DUCATI PUNTI CONSIDERATI ΔT SCARTO % 1 +8 C +6.3% 2-3 C -1.7% 3 +3 C +2.4% MEDIA + 2.3% 3) POTENZA ASPORTATA DAL REFRIGERANTE (W) RILEVAZIONE SPERIMENTALE MODELLO TEORICO SCARTO % % 4) ZONE DELLA TESTA CON TEMPERATURE PIU ELEVATE Nelle zone più calde della testa non si devono raggiungere temperature troppo elevate per evitare uno scadimento delle caratteristiche del materiale. GK-AlSi10Mg(Cu) DIN 1725 La temperatura massima fornita dal modello è 226 C Sollecitazioni equivalenti Le parti più sollecitate della testa sono le zone di accoppiamento con - sedi valvole - guide valvole - prigionieri I componenti più sollecitati sono le sedi valvole GUARNIZIONE TESTA Linee di tenuta definite a rigidezza crescente MODELLO SEMPLIFICATO Sostituzione della testa e del cilindro con due parallelepipedi Parallelepipedi realizzati con gli stessi materiali della testa e del cilindro Comportamento delle linee di tenuta della guarnizione valutato dal diagramma pressione-schiacciamento Carichi: serraggio dei prigionieri Contatto con attrito RETICOLATURA DELLA GUARNIZIONE PRESSIONE DI CONTATTO PRESSIONE DI CONTATTO Ingrandimento di una porzione dello STOPPER