Browse > Article

Research on the Inverse Heat Conduction Problem for Thermal Analysis of a Large LPG Engine Piston  

이부윤 (계명대학교 기계자동차공학부)
박철우 (경창산업㈜ 기술연구소)
최경호 (계명대학교 기계자동차공학부)
Publication Information
Journal of the Korean Society for Precision Engineering / v.19, no.11, 2002 , pp. 146-159 More about this Journal
Abstract
An efficient method to predict the convection heat transfer coefficients on the top surface of the engine piston is proposed. The method is based on the inverse method of the thermal conduction problem and uses a numerical optimization technique. In the method, the heat transfer coefficients are numerically obtained so that the difference between analyzed temperatures from the finite element method and measured temperatures is minimized. The method can be effectively used to analyze the temperature distribution of engine pistons in case when application of prescribed-temperature boundary condition is not reasonable because of insufficient number of measured temperatures. A hollow sphere problem with an analytic solution is taken as a simple example and accuracy and efficiency is demonstrated. The method is applied to a practical large liquid petroleum gas(LPG) engine piston and the heat transfer coefficients on the top surface of the piston is successfully calculated. Resulting analyzed temperature favorably coincides with measured temperature.
Keywords
Inverse Heat Conduction Problem; LPG Engine Piston; Optimization; Finite Element Analysis; Convection Heat Transfer Coefficient;
Citations & Related Records
Times Cited By KSCI : 8  (Citation Analysis)
연도 인용수 순위
1 허강열, '연소실 대류 및 복사 열전달 해석,' 한국자동차공학회지, 제13권, 제4호, pp.11-17, 1991   과학기술학회마을
2 G.F. Hohenberg, 'Diesel Engine Thermal Loading', SAE Technical Paper Series 790825, 1979
3 C.H. Li, 'Piston Thermal Deformation and Friction Considerations', SAE 820086, 1982
4 이재순, 우종헌, 이응래, 정인곤, 이현구, '순간 열플럭스 측정용 프루브 개발 및 유한요소법에 의한 피스톤 열응력 계산,' 한국자동차공학회 논문집, KSAE NO. 98370147, pp.267-275, 1998
5 류영, 위신환, 송영식, 최경호, 이종태, '선박용 디젤기관의 피스톤 벽표면 온도 및 열유속 측정,' 한국자동차공학회 춘계학술대회논문집, 96380126, pp.349-355, 1996   과학기술학회마을
6 D.N. Assanis, E. Badillo, 'Transient Heat Conduction in Low-Heat Rejection Engine Combustion Chambers', SAE 870156, pp.153-163, 1987
7 J.P. Holman, Heat Transfer, 4th ed., McGraw-Hill, 1976
8 G.L. Borman, K. Nishiwaki, 'Internal Combustion Engine Heat Transfer', Prog. Energy Combust. Sci., Vol.13, 1987   DOI   ScienceOn
9 이현구, 이철수, 유영재, 화학공학열역학, 희중당, pp.21-49, 1996
10 J.S. Arora, Introduction to Optimum Design, McGraw-Hill, 1989
11 J.S. Arora, 'An Algorithm for Optimum Structural Design without Line Search,' in E. Atrek(ed.), New Directions in Optimum Structural Design, Wiley, New York, pp.429-441, 1984
12 ANSYS User's Manual, revision 5.6, ANSYS Inc, 2000
13 A. Garro, V. Vullo, 'Some Considerations on the Evaluation of Thermal Stress in Combustion Engine', SAE Technical Paper Series 780664. 1978
14 이부윤, '경계적분방정식을 이용한 축대칭 열전도 고체의 형상설계민감도 해석,' 대한기계학회논문집, 제17권, pp.141-152, 1993   과학기술학회마을
15 이병훈, 신동성, 'CNG 엔진의 피스톤 기계적 및 열응력 유한요소해석,' 한국자동차공학회 춘계학술대회 논문집, pp.170-176, 2000   과학기술학회마을
16 이교승, 이진호, '자동차용 디젤 엔진 피스톤의 열변형 특성에 관한 연구,' KSAE 97370018, pp.162-173, 1997   과학기술학회마을
17 이재순, 우종헌, 이응래, 정인곤, 안병태, '유한 요소법을 이용한 직접 분사식 단기통 디젤기관 피스톤의 열응력 해석,' 한국자동차공학회 춘계학술대회 논문집, pp.455-460, 1997
18 H.S. Carslaw, J.C. Jaeger, Conduction of Heat In Solids, Oxford, pp.230-254, 1959
19 강우, '대형 LPG 엔진 부품의 열부하 특성 및 개선 방법 연구,' 저공해 대형 LPG 엔진 개발(2차년도 기반기술 연구 보고서), 한국기계연구원, 2001