La contribución de Shi Shaoxi

Se deriva la ecuación de la trayectoria del movimiento de las partículas en el vórtice del cilindro y se propone el principio de formación del flujo de aire mixto periférico.

Inventó la teoría de la mezcla térmica de los motores diésel.

Se estableció la ecuación de distribución de velocidad de energía del flujo pulsante periódico y se obtuvo la ecuación adimensional de su efecto frecuencia, solucionando así los problemas teóricos y de diseño que hace muchos años no se resuelven en medidores de flujo laminar. .

Investigué y desarrollé con éxito el primer motor diésel de alta velocidad de mi país con una velocidad de más de 3.000 rpm y el primer compresor de motor de pistón libre de dos etapas.

Crear la especialización en motores de combustión interna en colegios y universidades

Los motores de combustión interna son maquinaria eléctrica ampliamente utilizada en varios departamentos de la economía nacional y la defensa nacional, no solo a principios de la década de 1950. La base de la industria de motores de combustión interna de mi país era muy débil, pero tampoco se habían establecido colegios y universidades especializadas en motores de combustión interna. Como experto en este campo, Shi Shaoxi inmediatamente promovió y planificó activamente después de regresar a China, y estableció la especialización en motores de combustión interna en la Universidad de Tianjin al año siguiente (1952), convirtiéndose en uno de los pioneros de esta disciplina profesional en mi país. Personalmente se desempeña como director de la Oficina de Enseñanza e Investigación de Motores de Combustión Interna e imparte cursos sobre ingeniería térmica, dinámica de gases, combustión, diseño de motores de combustión interna, principios y diseño de motores diésel de alta velocidad y motores de pistón libre. Al mismo tiempo, organizó y tradujo el primer conjunto de libros de texto sobre motores de combustión interna soviéticos y sus planes de enseñanza y programas de estudios comúnmente utilizados en los colegios y universidades chinos, estableció un laboratorio de motores de combustión interna y prestó atención a la formación de profesores jóvenes, sentando las bases. para la educación superior sobre motores de combustión interna en mi país.

En 1956, fue seleccionado como uno del primer grupo de tutores de posgrado en mi país y comenzó a reclutar estudiantes de posgrado. Este es también el comienzo de la formación de talentos superiores en motores de combustión interna por parte de los expertos de nuestro país. Siempre ha abogado por la combinación de docencia e investigación científica, vinculando estrechamente la mejora continua de la calidad y el nivel académico de los docentes con un mejor cultivo de talentos para la construcción nacional, de modo que los colegios y universidades puedan convertirse en dos centros de docencia e investigación científica. para lograr el objetivo de producir talentos y logros.

Después de desempeñarse como director del Segundo Departamento Mecánico a cargo de motores de combustión interna y energía térmica en 1958, estableció el Laboratorio de Investigación de Motores de Combustión Interna de Tianjin con el apoyo de la ciudad de Tianjin

<; p>En 1960, se amplió hasta convertirse en un instituto educativo. El Instituto de Investigación de Motores de Combustión Interna de Tianjin, codirigido por el presidente municipal de Tianjin, Mao Zedong, y dirigido por él, ha emprendido muchos proyectos importantes de investigación científica nacional y tareas de desarrollo de nuevos productos. Organizó y dirigió de manera integral el diseño, la investigación y el desarrollo de los motores diésel de las series 105 y 85 y varios motores de gasolina pequeños, y logró nuevos avances en el desarrollo de motores diésel pequeños de alta velocidad. Desarrolló con éxito la primera velocidad calibrada de 3000 en mi país. rpm ( Los nuevos modelos en el laboratorio (hasta 4.000 rpm) pueden satisfacer las necesidades de generación de energía militar, maquinaria auxiliar para lanchas rápidas y energía para automóviles, y han hecho importantes contribuciones al desarrollo de productos de motores de combustión interna de mi país.

En 1960, también presidió el diseño y desarrollo del primer dispositivo combinado motor-compresor de pistones libres, y escribió el libro "Motor de pistones libres", llenando un vacío en nuestro país.

Con el punto de inflexión histórico que vivió nuestro país en 1976, Shi Shaoxi, que rondaba los sesenta años, también entró en una nueva etapa en la docencia y la investigación científica.

En 1979, se desempeñó como vicepresidente y director del Departamento de Ingeniería Termofísica de la Universidad de Tianjin, y fundó la especialidad de ingeniería termofísica. Luego estableció el Instituto de Investigación de Energía Térmica y se desempeñó como director al mismo tiempo, realizando extensas actividades. investigación sobre utilización y desarrollo de energía.

En 1981, fue seleccionado como uno de los primeros supervisores de doctorado en mi país.

En 1984, fue nombrado profesor de tutoría de posgrado en la World Open University de Estados Unidos.

En 1987, presidió el establecimiento del primer Laboratorio Estatal Clave de Combustión de Motores de Combustión Interna y se desempeñó como director y director del comité académico. Al mismo tiempo, estableció la única investigación postdoctoral. estación en la disciplina de motores de combustión interna en mi país. Tiene la responsabilidad general de dirigir el trabajo de estos dos importantes departamentos. Hasta el momento, ha formado a 10 médicos y 40 maestros, y ha realizado orientación en investigación postdoctoral.

De 1981 a 1986, fue rector de la Universidad de Tianjin.

Durante su mandato, la Universidad de Tianjin ha logrado un desarrollo considerable y ha establecido sucesivamente la Escuela de Graduados, la Escuela de Administración, la Escuela de Ingeniería Petroquímica, el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, el Departamento de Física, el Departamento de Química, el Departamento de Mecánica, el Departamento de Humanidades y Ciencias Sociales y el Departamento de Lenguas Extranjeras, etc., para que pueda ampliarse de una universidad de ingeniería multidisciplinaria a una universidad integral que se centre en la ingeniería y combine ciencias, ingeniería y artes liberales. y gestión. Concede gran importancia a los intercambios académicos internacionales y ocupa muchos puestos importantes en círculos académicos nacionales y extranjeros. Después de convertirse en presidente, estableció contactos y cooperación más amplios con universidades extranjeras y estableció relaciones de cooperación entre escuelas con 22 universidades en los Estados Unidos, Gran Bretaña, Canadá, Francia, Alemania, Japón, Polonia, Noruega y Nueva Zelanda. No sólo fue invitado frecuentemente a dar conferencias y participar en actividades académicas internacionales en el extranjero, sino que también organizó dos conferencias internacionales en China en 1984 y 1985.

En 1989, organizó la 18ª Conferencia Internacional Mundial sobre Motores de Combustión Interna (CIMAC) y se desempeñó como presidente de la conferencia. Como presidente de la Sociedad China de Motores de Combustión Interna, firmó un acuerdo de cooperación entre los dos países con la Asociación Alemana de Motores de Combustión Interna. También firmó un acuerdo de intercambio académico con el grupo temático de motores de combustión interna de una universidad británica en nombre de. Presidente del grupo de materias sobre motores de combustión interna de una universidad china, marcó la dirección para la comunidad académica sobre motores de combustión interna de mi país y realizó importantes contribuciones para ingresar a los rangos avanzados.

La invención del sistema de combustión compuesta

Desde finales de los años cincuenta hasta principios de los sesenta, la industria y la economía de mi país se enfrentaban a un período extremadamente difícil. En ese momento, el rendimiento de los motores diésel de producción nacional se había quedado muy atrás y algunos productos también encontraron dificultades en la producción y el suministro de piezas. El desarrollo de la economía nacional requiere urgentemente el diseño de una nueva generación de productos con las propias fuerzas. Entre ellos, la cuestión más crítica es encontrar un sistema de combustión adecuado a las condiciones nacionales de nuestro país en ese momento. Con este fin, Shi Shaoxi propuso un nuevo método de combustión y lo llamó proceso de combustión compuesta. Después de casi cuatro años de investigación experimental, tuvo éxito y pasó la evaluación en 1963. La invención del proceso de combustión compuesta no sólo fue un nuevo avance en la teoría de la combustión de los motores diésel, sino que también contribuyó a su aplicación, que tuvo un impacto significativo en el país y en el extranjero. Con respecto a los métodos de combustión y mezcla de combustible y aire de los motores diésel, siempre se ha seguido la teoría tradicional del "espacio" o "volumen", es decir, al diseñar el sistema de combustión, el combustible debe rociarse en la neblina de aceite y distribuirse uniformemente en el. cámara de combustión para evitar que el haz de aceite toque la pared.

En 1955, Meurer de la empresa MAN de Alemania Occidental fue en contra del concepto tradicional y propuso el proceso de combustión de "película de aceite" o "tipo pared" (proceso M), que implica rociar aproximadamente el 95% del combustible. En la pared de la cámara de combustión se forma una película de aceite, y una pequeña cantidad de niebla de aceite se mezcla con el aire en el espacio y se enciende, y la película de aceite se evapora y se quema. Este proceso se utiliza en algunos de los productos de la empresa y ha logrado buenos resultados al ser silencioso y libre de humo. Sin embargo, tras investigaciones y práctica en nuestro país, hemos descubierto algunas de sus limitaciones. Dos de los problemas más destacados eran que la producción de los inyectores de combustible era difícil de solucionar en aquel momento y que era difícil arrancar el motor en frío. Ante las dificultades en el desarrollo de motores diésel pequeños y medianos de alta velocidad en mi país, Shi Shaoxi propuso en 1959 un nuevo sistema de combustión que era adecuado a las condiciones nacionales de China y tenía las ventajas de los dos métodos de combustión anteriores: un proceso de combustión compuesta. Combina hábilmente la combustión espacial con la combustión de la película de aceite y utiliza la ley del vórtice de aire en el cilindro que cambia con las condiciones de funcionamiento del motor para cambiar la relación de distribución del combustible en el espacio y la superficie de la pared, de modo que cuando el motor arranca o funciona a baja velocidad Debido a la baja velocidad del vórtice, el combustible espacial aumenta y tiene características de "tipo espacial", superando así las deficiencias del difícil arranque del proceso M cuando el motor funciona a alta velocidad, debido a la alta velocidad del vórtice, más combustible; en la pared y las características del "tipo de película de aceite", los resultados no solo mejoran. Reduce el proceso de combustión del motor diesel, reduce la tasa de consumo de combustible y puede quemar una variedad de combustibles. En particular, evita el uso. de pequeños inyectores multiagujeros y utiliza inyectores de pivote autolimpiantes producidos en masa en mi país. Se adaptó a las condiciones de fabricación y uso de nuestro país en ese momento. Este no es solo el primer proceso de combustión original de mi país, sino también anterior a procesos similares que aparecieron posteriormente en el extranjero (como el proceso D y el proceso H de Alemania).

Al evaluar este nuevo proceso de combustión en el artículo "Combustión en motores de encendido por compresión", el famoso profesor Nagao Fujio de la Universidad de Kyoto en Japón señaló: "El profesor Shi Shaoxi de la Universidad de Tianjin inventó un nuevo método que combina la combustión ordinaria con la combustión de pared y logró buenos resultados. Efecto." El sistema de combustión compuesta y su teoría se incluyeron en el libro de texto "Principios de los motores de combustión interna" para colegios y universidades, y se proporcionaron a Hungría como material de intercambio técnico internacional en 1973. Este sistema de combustión se ha utilizado ampliamente en los motores diésel de la serie X105 de mi país. Fue producido por más de 30 fábricas con una producción anual de más de 700.000 kilovatios. Este logro le valió el segundo premio del Premio Nacional de Invención en 1982.

Investigación sobre el flujo de cilindros de motores de combustión interna y la pulverización de combustible

Shi Shaoxi ocupa muchos puestos de liderazgo en la enseñanza, la administración y el trabajo social a tiempo parcial, pero siempre ha sido un líder académico y Wire insistió en dar máxima prioridad al trabajo de investigación científica. Siempre ha abogado por tomar su propio camino de innovación sobre la base de aprender y absorber las ideas y tecnologías avanzadas de otras personas, combinadas con las condiciones reales y las necesidades de desarrollo de mi país, y practicarlo en la práctica de la investigación científica. Por lo tanto, no sólo utilizó los métodos de combustión tradicionales de "tipo espacial" y "tipo película de aceite" de dos naturalezas diferentes para complementar las fortalezas de cada uno y los combinó inteligentemente para crear un sistema de combustión compuesto, sino que también continuó avanzando en trabajos futuros. y en mecánica de fluidos. Continuamente se han logrado nuevos avances y resultados en la investigación experimental sobre la combustión, el flujo dentro de los cilindros y la atomización del combustible. En su estudio del movimiento del aire y de las partículas en la cámara de combustión, propuso una nueva ecuación para el movimiento de las partículas en un flujo de aire giratorio. Los experimentos han demostrado que esta ecuación es mucho más precisa que la ecuación de Pishinger que la gente ha estado usando en el pasado. A través de investigaciones teóricas y experimentales, desarrolló la teoría de la mezcla térmica y propuso el principio de formación de mezcla alrededor del motor diesel. En su estudio de las reglas cambiantes del campo turbulento durante el proceso de compresión de motores diésel de inyección directa, realizó un análisis exhaustivo de la conversión de energía durante el proceso de compresión y descubrió las reglas cambiantes de intensidad turbulenta en diferentes partes de la combustión. cámara cerca del punto muerto superior. El descubrimiento de esta nueva ley es de gran importancia para comprender la formación y combustión de mezclas de gases. En su investigación sobre el proceso de carga del motor, también propuso una fórmula de cálculo para la relación de turbulencia en el cilindro al final de la admisión. Los experimentos han demostrado que es más precisa que la fórmula de Ricardo utilizada internacionalmente. Durante mucho tiempo, los científicos de los motores de combustión interna siempre se han centrado en el ahorro de energía de la combustión, cuyo núcleo reside en cómo lograr la mezcla y combustión más eficaz de combustible y aire. Con este fin, mientras se concentraba en revelar los patrones de flujo de gas en el cilindro, también realizó investigaciones sobre las características de la pulverización de combustible. Utilizó el método Schlieren de alta velocidad, el método de holografía láser, el método de sombra láser, el método de difracción láser y el método de simulación de inyección de gas para estudiar las características de pulverización de los motores diésel y logró algunos resultados importantes. Por ejemplo, la salpicadura de la pared del haz de aceite tiene un impacto importante en la mezcla y la combustión. Una salpicadura de pared adecuada puede aumentar la velocidad de mezcla y acelerar la velocidad de combustión, pero demasiado combustible golpeando la pared tendrá el efecto contrario. Bajo alta presión de inyección, el chorro de combustible provocará un efecto de "arrastre", provocando un movimiento de vórtice alrededor del haz de combustible. Este fenómeno se llama movimiento toroidal y cuanto mayor es la presión de inyección, mayor es la intensidad del movimiento toroidal. Este es un nuevo descubrimiento. Los experimentos han demostrado que cuando la presión de inyección alcanza los 130 MPa, el valor SMD del spray es mucho menor que el de la presión de inyección convencional, generalmente entre 5 y 10 micrones. Además, también se encontró que el SMD tiende a aumentar tanto hacia adelante a lo largo del eje de pulverización como hacia afuera a lo largo del radio de pulverización, y todavía hay una gran cantidad de combustible que aún no se ha evaporado en el extremo y la periferia del chorro de aceite. Esto también es diferente del argumento sostenido por algunos estudiosos en el pasado de que el combustible se evapora en vapor inmediatamente después de ser expulsado por los orificios de las boquillas. Estos nuevos hallazgos son de gran importancia para el estudio de la formación de mezclas y los procesos de combustión en motores diésel.

Estudiar nuevas tecnologías para el ensayo de motores

El mundo actual tiene requisitos de rendimiento y emisiones cada vez más estrictos para los motores de combustión interna, lo que requiere una investigación profunda y la solución de una serie de problemas teóricos y prácticos. . Sin embargo, la mezcla y combustión de petróleo y gas en el cilindro del motor de combustión interna es un proceso transitorio extremadamente complejo para explorar y dominar sus leyes inherentes, su tecnología de prueba se ha convertido en un medio decisivo. Shi Shaoxi ha concedido gran importancia al desarrollo y la aplicación de nuevas tecnologías en este campo durante muchos años y ha logrado muchos resultados.

Ya en 1949, desarrolló con éxito un caudalímetro viscoso de chip para medir el consumo de aire de los motores de combustión interna. En 1957, publicó un artículo "Sobre la determinación del consumo de aire de los motores de combustión interna", en el que analizaba exhaustivamente los cambios de velocidad. del flujo pulsante y Se proponen el impacto de los cambios de presión en los errores de medición, y métodos para eliminar o reducir los errores de medición. Este es también el primer artículo publicado en este campo en mi país, que ha atraído la atención de expertos relevantes y ha promovido el desarrollo de trabajos de investigación en esta área. Además, aplicó por primera vez el método de rastreo de partículas a la medición del flujo dentro del cilindro, lo que atrajo la atención internacional. El error de medición de la presión del cilindro del motor de combustión interna y su solución siempre ha sido un problema al que la comunidad internacional de motores de combustión interna concede gran importancia pero que aún no se ha resuelto satisfactoriamente. Con este fin, Shi Shaoxi realizó una investigación sobre este tema y publicó el artículo "Investigación sobre simulación numérica y procesamiento de señales digitales de la medición de la presión del cilindro del motor de combustión interna" en una conferencia internacional organizada por la Sociedad Británica de Ingeniería Mecánica en 1987. Por primera vez, se aplicaron con éxito el procesamiento de señales digitales y la tecnología de filtrado digital a la medición de la presión de los cilindros de un motor de combustión interna y se propuso un nuevo método para medir la presión de los cilindros. En este método, se conserva un canal manométrico corto para evitar efectos de choque térmico, mientras que los efectos del canal se filtran mediante filtrado digital. Al mismo tiempo, se han desarrollado tres métodos de filtrado digital para procesar diagramas dinamométricos para reemplazar el "método de suavizado" comúnmente utilizado actualmente y se han logrado buenos resultados. Además, también se propuso un método de corrección termodinámica para el error de medición del diagrama dinamométrico del motor de combustión interna. Shi Shaoxi también ha trabajado mucho en la medición de niebla láser y la tecnología de medición de velocidad. Por ejemplo, en 1987 desarrolló con éxito un sistema automático de análisis y medición para campos de pulverización con motores diésel utilizando el principio de difracción láser. El sistema tiene las características de conversión paralela de detectores fotoeléctricos de matriz, muestreo paralelo de activación síncrona multicanal y control de retardo digital. Es adecuado para el análisis y la medición automáticos en tiempo real de campos de pulverización que cambian instantáneamente en motores diésel y otros motores de inyección. Puede analizar diferentes momentos durante el proceso de inyección del spray para realizar pruebas. Este logro ha sido evaluado por expertos y ha alcanzado el nivel avanzado internacional. En 1988, investigó con éxito el velocímetro Doppler láser de retroalimentación de modulación fotoeléctrica, que rompió el modelo de composición LDA tradicional y utilizó tecnología de cambio de frecuencia óptica de frecuencia variable y tecnología de retroalimentación híbrida fotoeléctrica para conectar la ruta óptica y el circuito a un seguimiento de retroalimentación negativa de circuito cerrado. bucle, mejorando la relación señal-ruido, reduciendo costes. El resultado de esta investigación obtuvo una patente nacional.

Investigación sobre el uso de metanol en motores de combustión interna

Con el surgimiento de la crisis mundial del petróleo, los motores de combustión interna se enfrentan a la escasez de recursos combustibles y a la contaminación ambiental atmosférica provocada por la quema. Los productos derivados del petróleo, un problema creciente. Por esta razón, muchos países están realizando activamente investigaciones sobre productos no derivados del petróleo como combustible para motores de combustión interna, entre los cuales el metanol es un combustible potencial con fuentes abundantes. Si se utiliza como combustible alternativo para motores de combustión interna, no sólo ahorrará mucho diésel y gasolina, sino que también reducirá las emisiones y la contaminación. En vista de esto, Shi Shaoxi realizó por primera vez una investigación sobre metanol para motores diésel en mi país en 1980 y publicó "Investigación sobre metanol como combustible alternativo para motores diésel" y "Combustión dual" en la 15ª y 16ª Conferencia Académica Internacional. sobre Combustión en Motores de Combustión Interna. Trabajo "Investigación sobre el uso de metanol para la combustión de combustibles". El artículo "Investigación sobre el sistema de control de combustible para la quema de metanol en motores diésel utilizando el método de combustible dual" se publicó en la 8ª Conferencia Internacional sobre Combustibles Alcohólicos. En 1988, se llevó a cabo una investigación sobre la quema de metanol puro (M100) en el motor de gasolina 492Q y tuvo éxito. La eficiencia térmica aumentó entre un 33 y un 48% en comparación con el motor original y la tasa de consumo de combustible alcanzó el nivel avanzado internacional. En 1989, se completó la "Investigación sobre motores diésel que utilizan el método de encendido por superficie caliente para quemar metanol puro (M100)". La eficiencia térmica aumentó en un 4% en comparación con el motor diésel original y la potencia también aumentó en un 9,6%. Estos logros han abierto nuevas formas para que nuestro país ahorre una gran cantidad de petróleo y amplíe los recursos de combustible para motores de combustión interna en el futuro.

Compilación de monografías y grandes libros de referencia

Mientras está ocupado con la enseñanza y la investigación científica, Shi Shaoxi también se compromete a compilar monografías, tratados y grandes libros de referencia. Ha publicado más de 70 artículos en publicaciones nacionales y extranjeras.

En 1983, fundó el "Journal of Internal Combustion Engines", que es la única revista académica de alto nivel en la industria de motores de combustión interna de mi país. Contiene manuscritos tanto nacionales como extranjeros, incluidos manuscritos en chino e inglés. Los artículos publicados se han incluido en muchos sistemas de información extranjeros y han tenido un impacto significativo en el país y en el extranjero.

Además, es editor en jefe de la revista "Combustion Science and Technology" y, al mismo tiempo, se desempeña como editor en jefe adjunto de "Acta Thermophysics" y miembro del consejo editorial de "Science China" y "Science Boletín".

En 1984, China Agriculture Machinery Press publicó el "Manual de diseño de motores diésel" con más de 3,8 millones de palabras editadas por él. Este es el primer libro de referencia a gran escala de mi país que resume de manera integral la experiencia en el diseño de motores diésel e incorpora los últimos logros tecnológicos extranjeros. Tiene un alto valor práctico y académico.

Desde 1988, ha editado el "Manual de diseño de motores de combustión interna" con más de 3 millones de palabras. The Machinery Industry Press lo publicó oficialmente en 1992 como un libro científico y tecnológico clave. Además, también se desempeña como editor jefe de la sección de maquinaria eléctrica del Volumen de Maquinaria de la "Enciclopedia de China". También participó en el trabajo de planificación del desarrollo científico y tecnológico de mi país en varios períodos, incluido el "Plan Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico a Largo Plazo de 1960" formulado por la Comisión Nacional de Ciencia y Tecnología, el "Plan Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico 1978-1985". Esquema", y el Plan de Investigación Básica 1986-2000. La formulación de planes de desarrollo a largo plazo, etc., han contribuido al desarrollo de la ciencia y la tecnología en nuestro país.