La contribución de la personalidad de Shi
Inventó la teoría de la mezcla térmica de los motores diésel.
Se estableció la ecuación de distribución de velocidades utilizable del flujo pulsante periódico y se obtuvo la expresión adimensional de su influencia en frecuencia, resolviendo así los problemas teóricos y de diseño de los medidores de flujo laminar que no se habían resuelto durante muchos años.
Se desarrollaron con éxito el primer motor diésel de alta velocidad de mi país y el primer compresor de motor de pistón libre de dos etapas con una velocidad superior a 3.000 rpm.
Especialidades en motores de combustión interna abiertos en colegios y universidades
Los motores de combustión interna son maquinaria eléctrica ampliamente utilizada en diversos sectores de la economía nacional y la defensa nacional. A principios de la década de 1950, no solo la base de la industria de motores de combustión interna de mi país era muy débil, sino que las universidades no establecían especialidades en motores de combustión interna. Como experto en este campo, Shi 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. Se desempeña personalmente como director de la Sección 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, motores de pistón libre, etc. 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, 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 de mi país. educación.
En 1956, fue elegido miembro del primer grupo de tutores de posgrado del país y comenzó a reclutar estudiantes de posgrado. Este es también el comienzo de la formación de talentos de alto nivel en motores de combustión interna por parte de los propios expertos chinos. Siempre ha defendido la combinación de enseñanza 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, convirtiendo a las universidades en dos centros de enseñanza e investigación científica, y logrando el objetivo de producir tanto talentos como logros.
De 65438 a 0958, se desempeñó como director del Segundo Departamento de Maquinaria a cargo de motores de combustión interna y energía térmica. Con el apoyo de Tianjin, estableció el Laboratorio de Investigación de Motores de Combustión Interna de Tianjin.
En 1960, se amplió hasta convertirse en el Instituto de Investigación de Motores de Combustión Interna de Tianjin, administrado por el Ministerio de Educación y el Gobierno de Tianjin. Él personalmente llevó a cabo una serie de importantes proyectos nacionales de investigación científica y tareas de desarrollo de nuevos productos. Organizó y dirigió de manera integral el diseño y 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 el primer modelo nuevo de mi país con una velocidad calibrada de 3.000 rpm (el laboratorio puede alcanzar un máximo de 4.000 rpm), que puede satisfacer las necesidades de generación de energía militar, motores auxiliares de lanchas rápidas y energía de automóviles, y es la base de mi Los productos de motores de combustión interna del país hicieron importantes contribuciones al desarrollo.
En 1960, también presidió el diseño y desarrollo del primer dispositivo combinado de motor de pistón libre-compresor y escribió el libro "Free Piston Engine", llenando un vacío interno.
En 1976, con el punto de inflexión de la historia china, Shi, que contaba con más de sesenta años, entró también en una nueva etapa en la docencia y la investigación científica.
65438-0979 se desempeñó como vicepresidente y director del Departamento de Ingeniería Termofísica de la Universidad de Tianjin y fundó la especialidad de ingeniería termofísica. Posteriormente estableció el Instituto de Investigación de Energía Térmica y fue su director, realizando extensas investigaciones sobre la utilización y el desarrollo de la energía.
En 1981, fue seleccionado para formar parte del primer grupo de supervisores de doctorado del país.
En 1984, fue nombrado profesor de tutoría de posgrado en la World Open University de Estados Unidos.
65438-0987 presidió la construcción del primer Laboratorio Estatal Clave de Combustión de Motores y se desempeñó personalmente como director y director del comité académico. Al mismo tiempo, estableció la única estación de investigación postdoctoral para. motores de combustión interna en el país. Tiene la responsabilidad general de dirigir el trabajo de estos dos importantes departamentos. Hasta el momento, ha formado a 10 médicos y 40 másteres, y ha proporcionado orientación en investigación posdoctoral.
De 1981 a 1986, fue presidente de la Universidad de Tianjin. Durante su mandato, la Universidad de Tianjin logró grandes avances y estableció 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 Asuntos Sociales. Ciencias, Departamento de Lenguas Extranjeras, etc. , expandiéndola así de una universidad de ingeniería multidisciplinaria a una universidad integral centrada en la ingeniería e integrando ciencia, ingeniería, 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 asumir el cargo de 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, Nueva Zelanda y otros. países. No sólo fue invitado a dar conferencias en el extranjero y participar en actividades académicas internacionales, sino que también organizó dos conferencias internacionales en China en 1984 y 1985.
En 1989, organizó la 18ª Conferencia Internacional 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 y también firmó un acuerdo de intercambio académico con el Grupo de Disciplina de Motores de Combustión Interna de una universidad china en nombre de El líder del Grupo de Disciplina de Motores de Combustión Interna de una universidad china, que ha ayudado a la comunidad académica china de motores de combustión interna a globalizarse, hizo importantes contribuciones para ingresar a las filas avanzadas.
La invención del sistema de combustión compuesta
Desde finales de los años cincuenta hasta principios de los sesenta, la industria y la economía de China afrontaron tiempos extremadamente difíciles. En ese momento, el rendimiento de los motores diésel nacionales estaba obviamente rezagado y algunos productos también encontraron dificultades en la producción y el suministro de repuestos. Con el desarrollo de la economía nacional, existe una necesidad urgente de diseñar una nueva generación de productos por nuestra cuenta. Entre ellos, la cuestión más crítica era encontrar un sistema de combustión adecuado a las condiciones nacionales de China en ese momento.
Con este fin, Shi propuso un nuevo modo de combustión y lo denominó proceso de combustión compuesta. Después de casi cuatro años de investigación experimental, tuvo éxito y fue identificado en 1963. La invención del proceso de combustión compuesta no sólo es un nuevo avance en la teoría de la combustión de los motores diésel, sino también una contribución a su aplicación, que tiene una gran influencia en el país y en el extranjero. Los métodos de combustión y mezcla de petróleo y gas de los motores diésel siempre han 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 espacio de la cámara de combustión. para evitar que el rayo de aceite golpee la pared.
En 1955, Meurer de la empresa MAN de Alemania Occidental propuso un proceso de combustión de "película de aceite" o "pared" (proceso M), es decir, alrededor del 95% del combustible se rocía sobre la pared de la cámara de combustión. para formar una película de aceite, se enciende con una pequeña cantidad de niebla de aceite mezclada con aire en el espacio, y la película de aceite se evapora y se quema. Este proceso se ha aplicado a algunos de los productos de la empresa, consiguiendo buenos resultados al ser ligeros y libres de humo. Sin embargo, se descubrieron algunas limitaciones después de la investigación y la práctica nacionales. Dos de los problemas más destacados fueron la dificultad para resolver la producción de inyectores de combustible en ese momento y la dificultad para arrancar el motor en frío. Ante las dificultades en el desarrollo de motores diésel pequeños y medianos de alta velocidad en mi país, Shi propuso en 1959 un nuevo sistema de combustión que es adecuado para las condiciones nacionales de mi país y combina las ventajas de los dos métodos de combustión anteriores: el compuesto proceso de combustión. Combina hábilmente la combustión espacial y la combustión de la película de aceite, y utiliza la ley del vórtice de aire en el cilindro que cambia con las condiciones de operación del motor para cambiar la proporción de distribución de combustible en el espacio y la superficie de la pared, de modo que cuando el motor arranca o funcionando a baja velocidad, debido a la baja velocidad del vórtice y el aumento de combustible espacial tiene las características de "tipo espacial", superando así las deficiencias del difícil arranque del proceso M cuando el motor está funcionando a alta velocidad, debido a la alta velocidad; La velocidad del vórtice, la gran cantidad de combustible en la pared y las características de la "película de aceite", el resultado no solo mejora el rendimiento del motor diesel. El proceso de combustión reduce la tasa de consumo de combustible y puede utilizar una variedad de combustibles. En particular, se evita el uso de boquillas pequeñas porosas, y se utiliza una gran cantidad de boquillas de aguja con funciones de autolimpieza producidas en mi país, que se adaptan 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). Un famoso profesor de la Universidad de Kyoto en Japón comentó sobre este nuevo proceso de combustión en el artículo "Combustión de motores de encendido por compresión" y señaló: "El profesor Shi de la Universidad de Tianjin inventó un nuevo método que combina la combustión ordinaria con la combustión de pared y logró excelentes resultados. Buenos resultados. "El sistema de combustión compuesta y su teoría se incluyeron en el libro de texto universitario "Principios de los motores de combustión interna" y se entregaron 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. Lo producen 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 1982.
Investigación sobre el flujo de cilindros de motores de combustión interna y la pulverización de combustible
Shi ocupa muchos puestos de liderazgo en la enseñanza, la administración y otros aspectos, y trabaja a tiempo parcial en la sociedad, pero como líder académico. , siempre se adhiere a En la primera línea de la investigación científica. Siempre ha abogado por tomar su propio camino de innovación basado en aprender y absorber las ideas y tecnologías avanzadas de otras personas, combinadas con la situación real y las necesidades de desarrollo de mi país, y practicarlo en la práctica de la investigación científica. Por lo tanto, no sólo combinó los métodos de combustión tradicionales de "espacio" y "película de aceite" con diferentes propiedades para crear un sistema de combustión compuesto, sino que también llevó a cabo investigaciones experimentales sobre mecánica de fluidos, combustión, flujo dentro de los cilindros y atomización de combustible en el futuro. Se han logrado avances y resultados continuos. Mientras estudiaba el movimiento del aire y las partículas dentro de las cámaras de combustión, propuso nuevas ecuaciones para las trayectorias de las partículas en flujos de aire giratorios. Los experimentos han demostrado que esta ecuación es mucho más precisa que la ecuación de Pisinger 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 de los motores diésel. Al estudiar las reglas cambiantes del campo de turbulencia durante el proceso de compresión de un motor diésel de inyección directa, realizó un análisis exhaustivo de la conversión de energía durante el proceso de compresión y descubrió las reglas cambiantes de la intensidad de la turbulencia en diferentes partes de la cámara de combustión. cerca del punto muerto superior. El descubrimiento de esta nueva ley es de gran importancia para comprender la formación y combustión de mezclas. Mientras estudiaba el proceso de carga del motor, también propuso una fórmula para calcular la relación de turbulencia en el cilindro al final del período de admisión. Los experimentos han demostrado que es más precisa que la fórmula ricardiana de uso internacional. Durante mucho tiempo, los técnicos en motores de combustión interna 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. Para ello, se dedicó a revelar los patrones de flujo de gas en el cilindro y también realizó investigaciones sobre las características de la pulverización de combustible. Utilizó el método Schlieren de alta velocidad, la 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 colisión y el salpicadura de chorros de petróleo tienen un impacto importante en la mezcla y la combustión. Una colisión y un protector contra salpicaduras adecuados pueden aumentar la velocidad de mezcla y acelerar la combustión, pero una colisión excesiva del combustible tendrá el efecto contrario. A altas presiones de inyección, la inyección de combustible provoca un efecto de "arrastre", que provoca un movimiento giratorio alrededor del haz de barras de combustible. Este fenómeno se llama movimiento toroidal y cuanto mayor es la presión de inyección, mayor es la intensidad del vórtice toroidal. Este es un nuevo descubrimiento. Los experimentos muestran 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 la SMD a lo largo del eje de pulverización y hacia afuera a lo largo del radio de pulverización tiene tendencia a aumentar, y una gran cantidad de combustible aún no se ha evaporado en los extremos y la periferia del haz de barras de combustible. Esto también difiere del argumento de algunos estudiosos del pasado de que el combustible se evaporaba formando vapor inmediatamente después de ser expulsado por la boquilla. Estos nuevos hallazgos son de gran importancia para el estudio de los procesos de formación y combustión de mezclas de motores diésel.
Investigación sobre nuevas tecnologías de ensayo de motores
En el mundo actual, los requisitos de rendimiento y emisiones de los motores de combustión interna son cada vez más estrictos, lo que hace aún más necesario estudiar y resolver 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 descubrir y dominar sus leyes inherentes, su tecnología de prueba se ha convertido en un medio decisivo. Shi 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, estudió con éxito el caudalímetro viscosímetro de chip para medir el consumo de aire de los motores de combustión interna y publicó el artículo "Método de medición del consumo de aire de los motores de combustión interna" en 1957, que analizaba exhaustivamente el impacto de los cambios de velocidad y presión. Se proponen cambios del flujo pulsante 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 este campo. Además, aplicó por primera vez el método de seguimiento 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 una preocupación de la comunidad internacional de motores de combustión interna, pero aún no se ha resuelto satisfactoriamente. Con este fin, Shi realizó una investigación sobre este tema y publicó un artículo 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 la tecnología de procesamiento de señales digitales y filtrado digital a la medición de la presión dentro del cilindro de un motor de combustión interna, y se propuso un nuevo método para medir la presión dentro del cilindro. Para evitar el efecto de choque térmico, este método reserva un canal de medición de presión corto y utiliza filtrado digital para filtrar el efecto del canal. Al mismo tiempo, se desarrollaron tres métodos de filtrado digital para procesar el diagrama del dinamómetro para reemplazar el "método de suavizado" comúnmente utilizado y se lograron buenos resultados. Además, también se propone un método de corrección termodinámica para el error de medición del diagrama dinamométrico del motor de combustión interna. Shi también ha trabajado mucho en la medición de niebla láser y en la tecnología de medición de velocidad. Por ejemplo, en 1987 desarrolló con éxito un sistema automático de análisis y medición para campos de pulverización de motores diésel basado en el principio de difracción láser. El sistema tiene las características de conversión paralela de fotodetectores de matriz, muestreo paralelo de disparo síncrono multicanal y control de retardo digital. Es adecuado para el análisis y la medición automáticos en tiempo real de campos de pulverización intermitentes instantáneos de motores diésel y se puede utilizar en diferentes momentos. durante el proceso de inyección secundaria. Realice una prueba de pulverización. Este logro ha pasado la evaluación de expertos y alcanzó el nivel avanzado internacional. En 1988, estudió con éxito el velocímetro Doppler láser de retroalimentación de modulación fotoeléctrica, rompiendo el modelo estructural tradicional LDA. Utilizando tecnología de cambio de frecuencia óptica de frecuencia variable y tecnología de retroalimentación híbrida fotoeléctrica, la ruta óptica y el circuito están conectados al circuito de seguimiento de retroalimentación negativa de circuito cerrado, lo que mejora la relación señal-ruido y reduce los costos. El resultado de esta investigación obtuvo una patente nacional.
Investigación sobre la quema de metanol en motores de combustión interna
Con el surgimiento de la crisis mundial del petróleo, los motores de combustión interna se enfrentan a una escasez cada vez más grave de recursos combustibles y a problemas de contaminación del aire provocados por la quema de petróleo. productos. Por lo tanto, muchos países están investigando activamente productos no derivados del petróleo como combustibles 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 puede ahorrar una gran cantidad de diésel y gasolina, sino también reducir las emisiones contaminantes. En vista de esto, en 1980, Shi realizó el primer estudio nacional sobre la quema de metanol en motores diésel y publicó "Investigación sobre el metanol como combustible alternativo para motores diésel" y "Método de doble fuego para usar metanol" en los días 15 y 16. Conferencias Académicas Internacionales sobre Motores de Combustión Interna "Investigación" dos artículos. El artículo "Investigación sobre el sistema de control de combustible de motores diésel que utilizan metanol de combustible dual" se publicó en la 8ª Conferencia Internacional sobre Combustibles Alcohólicos. En 1988, la investigación sobre el motor de gasolina 492Q que utilizaba metanol puro (M100) tuvo éxito. En comparación con la máquina original, la eficiencia térmica aumenta entre un 33% y un 48% y la tasa de consumo de combustible alcanza el nivel avanzado internacional. En 1989, se completó la "Investigación sobre la combustión por ignición en superficie caliente de metanol puro (M100) en motores diésel". La eficiencia térmica es un 4% mayor que la del motor diésel original y la potencia es un 9,6% mayor. Estos logros han abierto nuevas vías para que China ahorre una gran cantidad de petróleo y amplíe la fuente de combustible para los motores de combustión interna en el futuro.
Compilación de monografías y libros de referencia a gran escala
Mientras está ocupado con la enseñanza y la investigación científica, Shi también se compromete a compilar monografías, artículos y libros de referencia a gran escala. Publicó más de 70 artículos en revistas nacionales y extranjeras.
"Internal Combustion Engine Journal" se fundó en 1983 y es la única revista académica de alto nivel en la industria de motores de combustión interna de China. Acepta manuscritos nacionales y extranjeros, así como manuscritos en chino e inglés. Los artículos publicados se han incluido en muchos sistemas de información extranjeros y han tenido un gran impacto en el país y en el extranjero. Además, es editor en jefe del "Journal of Combustion Science and Technology" y, al mismo tiempo, se desempeña como editor en jefe adjunto del "Journal of Engineering Thermophysics" y miembro del consejo editorial del "China Science and Technology Bulletin". ".
En 1984, China Agriculture Machinery Press publicó un manual de diseño de motores diésel de 3,8 millones de palabras editado 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 y acepta 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, que fue publicado oficialmente en 1992 como un libro científico y tecnológico clave por Machinery Industry Press. 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 la formulación de los planes de desarrollo científico y tecnológico de China en varios períodos, incluido el Plan Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico a Medio y Largo Plazo en 1960, el Plan Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico de 1978 a 1985, y el Plan Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico de 1978 a 1985, y el Plan Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico de 1978 a 1985. Plan de desarrollo de la investigación básica de 1986 a 2000.