Prof. dr hab. A leksander Sładkow ski
K atedra L ogistyki i T ransportu Przem ysłow ego W ydział T ransportu
P o litech n ik a Śląska
RECENZJA ROZPRAWY DOKTORSKIEJ mgr. inż. A leksandra H ornika pod tytułem
M O D E L O W A N IE O B C IĄ Ż E Ń C IE P L N Y C H Z Ł O Ż E N IA G N IA Z D O - Z A W Ó R D O Ł A D O W A N E G O SILN IK A
Z Z A P Ł O N E M SA M O C Z Y N N Y M
1. Charakterystyka tematyki rozprawy
P rojektow anie now oczesnych silników przew iduje przeprow adzenie m o d elo w an ia ich konstrukcji pod w zględem w ytrzym ałościow ym , zm ęczeniow ym , w ydajnościow ym , bezpiecznościow ym , ekologicznym , a także pod w zględem w ielu innych aspektów . A naliza rozkładu tem peratur w najbardziej obciążonych elem entach silników , jak im i są gniazda i zaw ory, je s t niezbędna i od w ielu lat jest przeprow adzana.
W spółczesna m echanika ciał odkształcalnych w drugiej połow ie 20 w ieku otrzym ała potężne narzędzie do rozw iązania skom plikow anych problem ów , które do tej p ory rozw iązyw ane były tylko z dużym przybliżeniem . T akim narzędziem była m etoda elem entów skończonych. Rozw ój techniki kom puterow ej sprzyja pow szechnem u zastosow aniu M ES w obliczeniach term icznych oddzielnych części, ja k i różnych konstrukcji w całości. Takie w ykorzystanie M ES ja k o podstaw ow ego n arzęd zia p rojektanta znajduje sw oje odbicie w technice sam ochodow ej. D latego różne now e m etody skierow ane na udoskonalenie w /w obliczeń są docelow ym i i interesującym i. A u to r pracy doktorskiej podjął w yzw anie - opracow ać now ą m etodę
oceny pół tem p eratu r w podstaw ow ych elem entach silników . W św iecie wyżej w skazanego taki tem at je s t bardzo aktualny.
T ym nie m niej m ożna zadać pytanie - czy opracow ana m etoda w yznaczania pół tem peratur w silnikach sam ochodow ych m usi być ograniczona w yłącznie silnikam i z zapłonem sam oczynnym ? W ydaje się, że zaletą rozpatryw anej pracy je s t m ożliw ość w ykorzystania m etody do innych silników , np. z zapłonem iskrow ym , a także do silników z zapłonem sam oczynnym w ykorzystyw anych w innych rodzajach transportu, np. do lokom otyw spalinow ych. O czyw iście przy takich obliczeniach trzeb a uw zględniać konkretne konstrukcje silników , rodzaje paliw a, reżym y pracy, itd.
P raca doktorska m gr inż. A leksandra H ornika po za aspektam i badaw czym i m a cechy utylitarne, co stanow i pow ażną zaletę podjętych badań.
2. Omówienie treści rozprawy
W recenzow anej rozpraw ie doktorskiej A utor opracow ał now ą m etodę w yznaczania tem peratur w złożeniu gniazdo - zaw ór silnika z zapłonem sam oczynnym . M etoda ta różni się tym , że n a podstaw ie znanych zagadnień teoretycznych udało się zadać obciążenie cieplne na podstaw ie dw ustrefow ego m odelu spalania. Dalej przeanalizow ano przy pom ocy M ES przepływ y ciepła pom iędzy poszczególnym i pow ierzchniam i, a także na granicach pom iędzy ciałam i sztyw nym i i gazam i.
P odstaw ow a część pracy zaw iera 89 stron i składa się z 8 rozdziałów , spisu treści, w ykazu w ażniejszych oznaczeń i literatury. P raca także zaw iera 4 załączniki i streszczenie w sum ie 15 stron. W śród tych ośm iu rozdziałów podstaw ow e badania opisane są w częściach 2, 3, 5, 6 i 7. Inne części zaw ierają w stęp, cel i zakres pracy, tezę, a także w nioski końcow e.
W e w stępie (rozdział 1) uzasadniono w ybór tem atu pracy, krótko opisano istniejące m etody w yznaczania rozkładów tem peratur w różnych częściach silników sam ochodow ych.
W części drugiej pracy rozpatrzone zostały różne konstrukcje złożeń gniazdo - zaw ór. Podano podstaw ow e geom etryczne charakterystyki danych części, m ożliw e luzy i ich w pływ na tem peraturę zaw orów , a także om ów iono w ym agania staw iane do tych części. Dalej rozpatrzono w ykorzystyw ane do tych elem entów m ateriały. P odano ich skład chem iczny, tw ardości, zakresy tem peratur roboczych, sposoby obróbki term icznej, itd.
R ozdział trzeci je s t pośw ięcony analizie istniejących m etod w yznaczania odciążeń cieplnych silników sam ochodow ych i m odeli procesów spalania. S zczególną uw agę autor pośw ięcił m odelow i dw ustrefow em u, ja k i został w cześniej opracow any przez naukow ców K atedry E ksploatacji Pojazdów Sam ochodow ych. O pisana została m etoda teoretyczna, a także algorytm obliczeniow y, która pozw alała w yznaczyć tem peraturę w ew nątrz kom ory spalania na różnych etapach pracy silnika.
W rozdziale czw artym zostały sform ułow ane cel i teza pracy. Jeżeli postaw iony cel nie pow oduje żadnych w ątpliw ości, to z tezą pracy m ożna zgodzić cię nie do końca. W arto byłoby sform ułow ać ją bardziej precyzyjnie. W ątpliw ością jest to, że jak ik o lw iek m odel procesu spalania nie byłby zadany dla silnika, to pozw oliłoby n a sform ułow anie zagadnień początkow o - brzegow ych. T ak istniejące sform ułow anie tezy je s t oczyw iste. W arto byłoby podkreślić w tezie, że w ykorzystanie m odelu dw ustrefow ego poprzez sform ułow anie zagadnień początkow o - brzegow ych pozw ala na bardziej dokładną analizę obciążeń cieplnych.
R ozdział piąty pośw ięcony je s t ju ż konkretnem u silnikow i, dla którego podane param etry techniczne, fazy rozrządu, dane laboratoryjne, zaw ierają prędkość obrotow ą, tem peraturę i ciśnienie. O m ów iono param etry konstrukcyjne przyjęte w obliczeniach, a także przebieg w trysku paliw a.
W rozdziale szóstym przeprow adzono przy pom ocy w spom nianego wyżej m odelu dw ustrefow ego analizę tem peratur w kom orze spalania przy różnych fazach rozrządu. D la przeprow adzenia takiej analizy było potrzebne także przeanalizow anie procesu przepływ u ciepła pom iędzy czynnikiem roboczym a ściankam i kom ory spalania. W yznaczone w taki sposób tem peratury w ew nątrz kom ory spalania
posłużyły do form ułow ania w arunków początkow o - brzegow ych dla dalszych obliczeń rozkładów tem peratur w złożeniu gniazdo - zaw ór.
R ozdział siódm y je s t najw iększym w pracy nie tylko z pow odu swej objętości, ale i ze w zględu n a sw oje znaczenie. Przedstaw iono w nim opracow any przez autora m odel gniazda i zaw oru n a podstaw ie M ES. N ajbardziej interesującym w tym rozdziale są zadane w arunki brzegow e n a pow ierzchniach przepływ u ciepła. Przeprow adzono niestacjonarną analizę przepływ u ciepła pom iędzy gniazdem , zaw orem , otoczeniem i innym i elem entam i silnika, w w yniku której zostały w yznaczone pola tem peratur, co było celem rozpatryw anej pracy.
R ozdział ósm y zaw iera w nioski końcow e. N aw iązując do om ów ionej wyżej tezy pracy w arto podkreślić, że autor zam ierza dalej koncentrow ać się n a w eryfikacji przedstaw ionej m etody. P ew ny niedosyt recenzenta je s t zw iązany dokładnie z tym m om entem . R ozum iejąc złożoność problem u w eryfikacji dla rozpatryw anego zadania w arto życzyć pow odzenia autorow i w przeprow adzeniu w /w badań.
P racę kończy spis literatury (76 źródeł). Istotną inform ację niosą także dołączone załączniki, w których podane są rozkłady tem peratur w rozpatryw anych częściach na różnych etapach procesu spalania, a także przebieg zm ian m aksym alnych tem peratur tych elem entów z zależności od czasu.
3. Ocena rozprawy
A utor podjął się bardzo trudnego zadania opracow ania now ej m etody w y zn aczan ia pól tem peratur w złożeniu gniazdo - zaw ór silnika z zapłonem sam oczynnym . M ożna stw ierdzić, że to w yzw anie A utor pracy skutecznie rozw iązał. W spom niana m etoda została opracow ana i przy jej pom ocy przeprow adzono badania tem peratury dla silnika laboratoryjnego. R ozpatryw ana m etoda bazuje się na m etodzie elem entów skończonych i dw ustrefow ej teorii spalania. N iestety w eryfikacja m etody pozostała tylko w planach A utora na przyszłość naukow ą.
N ie w yjaśniony w pracy został w ybór siatki M ES, która została użyta do przeprow adzenia badań. Przynajm niej na rysunkach w idać, że rozpatryw ana była % część zaw oru i Vi część gniazda. D laczego? N a jak ich zasadach była zadaw ana
gęstość siatek? W jakiej postaci rozpatruje się problem ? Jeżeli problem je s t osiow osym etryczny, to dlaczego w ybrane są siatki przestrzenne, a nie osiow osym etryczne?
Co uzasadniło w y b ó r oprogram ow ania (m oduł G E O S T A R program u C O S M O S /M ) jeżeli W ydział T ransportu dysponuje różnym i rodzajam i oprogram ow ania do obliczeń term icznych z w ykorzystaniem M E S? W takim o program ow aniu istnieje m ożliw ość rozpatryw ania złożenia gniazdo - zaw ór jak o jed y n e g o całego, a nie pojedynczych ciał.
P raca zaw iera kilka form alnych błędów i niedokładnych określeń. N p. na str. 9 pojaw iły się oznaczenia param etrów silnika n i Ne. O znaczenia N e nie m a ani w spisie w ażniejszych oznaczeń, ani w poprzednim tekście. M ożna tylko dom yślać się, że to je s t m oc silnika.
N a str. 13 do opisania geom etrii zaw oru użyte są oznaczenia R, dtai i inne. Tym nie m niej w iadom o, że geom etria zaw orów w ylotow ego i dolotow ego m oże być ró żn a i w arto byłoby używ ać oddzielnych oznaczeń dla każdego z tych zaw orów .
N a rys. 14 (str. 24) podano 2 w ykresy rozkładu tem peratur. W yjaśnienia, jak i w ykres do czego należy, w opisie rysunku brakuje.
N a str. 42 w zór (29) zaw iera błąd. B rakuje w skaźniku stopnia (kw adratu). T akże w zó r (35) str. 43 napisany je s t nie popraw nie.
Istnieją błędy zw iązane z oznaczeniam i różnych param etrów . N ie je s t zrozum iałe, po co A utor w ielokrotnie opisuje ten sam param etr, np. opisanie, że D - średnica cylindra pojaw ia się na str. 41, 46, 55, 65; że Re(cpj) - liczba R eynoldsa na str. 47, 64, 69, 74. To sam o dotyczy liczb Prandtla, N usselta, indyw idualnej stałej gazow ej, itd. N ie zrozum iałe je s t rów nież, dlaczego został używ any w ykaz w ażniejszych oznaczeń.
Istnieją także przypadki, w których ten sam param etr A u to r nazyw a inaczej, np. n a str. 43 n - to je s t prędkość obrotow a w ału korbow ego, a n a str. 46, n - to prędkość obrotow a silnika. O czyw iście to je s t ten sam param etr, ale w pracy naukow ej w arto używ ać określenia precyzyjne.
Istnieją także problem y z używ aniem jed n o stek . D la jed n o stek ciśnienia w arto używ ać oznaczenia układu SI (Pa lub M Pa), a nie bar lub m bar (str. 40). M iędzy innym i n a str. 3 w w ykazie oznaczeń A utor w ykorzystuje praw idłow e jednostki.
W ięcej problem ów A u to r m a z jednostkam i ciepła, które m uszą być m ierzone w dżulach [J]. N a stronach 23 i 25 A utor w ielokrotnie używ a oznaczenia [W] do tych param etrów .
N a stronach 63 - 75 A utor używ a num eracji pow ierzchni przepływ u ciepła, w ziętej z rys. 28 i 29. A le opisu tego faktu brakuje i m ożna o tym tylko dom yślać się. P rzy tym m ożliw e są nieporozum ienia, bo rys. 28 i 29 zaw ierają te sam e num ery pow ierzchni.
N a str. 57 A utor pow ołuje się na literaturę [19], w ym ieniając w arunki jed n o zn aczn o ści, do których zalicza w arunki geom etryczne, fizyczne i początkow e. W arunki brzegow e używ ane dalej zastają pom inięte. M ożna także zastanow ić się, czy w arto niezm ienne param etry geom etryczne lub charakterystyki m ateriałów nazyw ać słow em „w arunek” , który przew iduje m ożliw ą zm ienność.
W ym ienione pow yżej błędy i niedokładności nie zm niejszają znacznych zalet rozpatryw anej pracy. Z elem entów podnoszących w artość osiągnięć D oktoranta należy dodać, że je s t on A utorem lub W spółautorem 4 artykułów opublikow anych w znaczących czasopism ach i zeszytach naukow ych. O statni artykuł został opublikow any w C onf. P roceedings „T ransport Problem s 201 0 ” . M ateriały pracy były niejednokrotnie referow ane na konferencjach naukow ych.
Wniosek
P om im o zauw ażonych usterek, które nieznacznie w pływ ają n a w artość rezultatów uzyskanych w rozpraw ie doktorskiej m gr. inż. A leksandra H ornika pt.: „M odelow anie obciążeń cieplnych złożenia gniazdo - zaw ór doładow anego silnika z zapłonem sam oczynnym ” uw ażam , że A utor popraw nie sform ułow ał i realizow ał p ostaw iony cel pracy, złożone zagadnienia rozw iązał w sposób w skazujący na dojrzałość badaw czą. W ykazał w tym znajom ość podstaw m etody elem entów skończonych, term odynam iki i zagadnień projektow ania silników spalinow ych.
Praca ma istotne walory poznawcze oraz aplikacyjne i spełnia wymagania Ustawy o stopniach i tytule naukowym z dnia 14 marca 2003 roku, w związku z tym może być dopuszczona do publicznej obrony.
