ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 3
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ
ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 7
Основное содержание работы 8
Заключение 38
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 39
Актуальность темы исследования. Устройства периодического действия широко используются во всех отраслях техники. К ним можно отнести машины для сжатия и расширения рабочего тела (поршневые и шестеренчатые компрессоры), транспортные энергетические установки (поршневые, роторные, роторно-поршневые двигатели), холодильные машины и тепловые насосы. Основной принцип работы этих устройств состоит в том, что отдельные порции реагентов вводятся в рабочую камеру, а по завершению процесса удаляются из нее. При этом в подающих и отводящих системах подобных машин возникает нестационарное, пульсирующее движение газов с характерным изменением во времени. Ярким примером таких технологий является рабочий цикл в поршневых двигателях внутреннего сгорания (ПДВС), которые являются самыми распространенными устройствами среди тепловых двигателей. В их системах газообмена движение газообразных сред создается полостью-цилиндром переменного объема. В данной работе именно этот тип устройств выбран в качестве объекта для практической реализации результатов исследований, поскольку эффективность работы поршневых ДВС зависит не только от совершенства процесса сгорания топлива в цилиндре-полости, но и от качества заполнения полости рабочим телом и степени опорожнения ее от отработавших газов, т.е. от процессов, происходящих во впускных и выпускных системах (системах газообмена). В конечном счете, эти процессы во многом определяют количество и качество рабочего тела на момент начала сгорания (его теплофизические характеристики), что оказывает непосредственное влияние на эксплуатационные показатели энергетических установок.
В процессах заполнения и опорожнения полости двигателя рабочим телом происходит ряд недостаточно изученных теплофизических явлений, таких как:
1) влияние разных физических механизмов создания движения газов (нагнетание или разряжение) на газодинамику и теплообмен пульсирующих потоков; 2) влияние геометрической конфигурации отдельных элементов газодинамической системы на процессы переноса; 3) особенности газодинамики и теплообмена пульсирующих потоков в газодинамических системах сложной конфигурации при разных начальных условиях; 4) влияние внешней турбулентности (механического воздействия лопаточного аппарата) на тепломеханические характеристики пульсирующих потоков в газодинамических системах. Именно эти фундаментальные задачи были рассмотрены в данной работе.
Проведенные исследования соответствуют приоритетным направлениям развития науки и технологий в РФ по теме энергосбережения, а также критическим технологиям по энергоэффективному преобразованию энергии органического топлива.
Цель работы - выявить особенности процессов теплопереноса пульсирующих потоков газа в газодинамических системах сложной конфигурации, создаваемых при заполнении и опорожнении полости переменного объема при разных начальных условиях, а также при механическом воздействии на такое течение, и на этой основе разработать технические решения по управлению газодинамикой и, как следствие, теплообменом в системах газообмена для повышения эффективности поршневых двигателей.
Задачи исследования:
1) оценить влияние газодинамической нестационарности на интенсивность теплоотдачи потоков газа в газодинамических системах сложной конфигурации, возникающих при заполнении и опорожнении полости переменного объема;
2) провести сравнительный анализ газодинамики и теплоотдачи стационарных и пульсирующих потоков в газодинамических системах при разных механизмах создания движения потоков и для различных граничных условий;
3) установить влияние геометрии каналов в системах газообмена на газодинамические и теплообменные характеристики потоков газа при заполнении и опорожнении полости переменного объема;
4) на основе стендовых испытаний оценить влияние конфигурации (формы поперечного сечения) впускной системы на мощностные характеристики поршневого дизельного двигателя;
5) оценить влияние внешней турбулентности, создаваемой лопаточным аппаратом компрессора ТК, на газодинамику и теплообмен потоков в выходном канале турбокомпрессора;
6) выявить физические и режимные факторы, определяющие газодинамику и теплообмен пульсирующих потоков в системах газообмена поршневых двигателей с турбокомпрессором (ТК) и без него при заполнении и опорожнении полости переменного объема...
В заключении диссертации сформулированы основные выводы.
1. Показано, что газодинамическая нестационарность, характерная для поршневых ДВС, снижает интенсивность теплоотдачи в 1,1-1,5 раза при заполнении полости, тогда как в случае опорожнения полости имеет место, как интенсификация, так и подавление теплоотдачи (разница составляет ±35 %).
2. Установлены существенные отличия в газодинамике и теплообмене при- стационарном и пульсирующем течении газа в системах газообмена при заполнении (разряжение) и опорожнении полости (нагнетание): 1) показано, что в стационарном режиме течения при опорожнении полости степень турбулентности на порядок выше, чем при заполнении полости; тогда как, в случае пульсирующих потоков при заполнении и опорожнении полости нет столь существенных различий в величине степени турбулентности (разница не превышает 25 %); 2) повышенная турбулизация потока при стационарном течении через выпускную систему приводит к интенсификации теплоотдачи до 30 % по сравнению с системой впуска; в свою очередь, различия в интенсивности теплоотдачи в газодинамических системах в случае пульсирующих потоков при заполнении и опорожнении полости переменного объема находятся в пределах 15 %.
3. Показано влияние формы поперечного сечения каналов в газодинамических системах поршневого двигателя на газодинамику и теплообмен потоков при заполнении и опорожнении полости переменного объема.
3.1. Установлено, что использование профилированного участка во впускной системе приводит к следующим изменениям (в сравнении с базовой системой): 1) росту степени турбулентности пульсирующих потоков до 22 %; 2) повышению относительного коэффициента теплоотдачи на 3-15 %; 3) увеличению расхода газов через систему на 5-12 %.
3.2. Выявлено, что применение профилированного участка в выпускной системе вызывает следующие изменения (по сравнению с базовой системой): 1) рост степени турбулентности пульсирующего потока до 33 %; 2) подавление теплоотдачи в системе на 25-41 %; 3) повышение расхода через систему на 7-17 %.
4. На основе стендовых испытаний двигателя 1Ч 7,5/6,0 установлено, что применение квадратного или треугольного участка во впускной системе приводит к росту мощности дизеля на 1-17 % при сохранении удельного расхода топлива по сравнению с базовой модификацией ПДВС.
5. Данные о газодинамике и теплообмене потоков в выходном канале компрессора ТК (без поршневой части) показали, что 1) исходный уровень степени турбулентности потоков составляет от 0,01 до 0,21 (с ростом частоты вращения вала ТК происходит снижение величины степени турбулентности); 2) с ростом исходной степени турбулентности потока от 0,08 до 0,16 происходит снижение на 20% интенсивности теплоотдачи в выходном канале за компрессором ТК.
6. Установлено, что наличие турбокомпрессора в системах газообмена приводит к значительным отличиям в закономерностях изменения тепломеханических характеристик потоков: 1) наличие ТК во впускной системе приводит к увеличению максимальных значений скорости потока на 15-50 %, вызывает рост степени турбулентности пульсирующих потоков до 30 % и интенсификацию теплообмена до 2 раз по сравнению с системой без ТК; 2) наличие ТК в выпускной системе приводит к снижению максимальных значений скорости потока воздуха на 10-40 %, вызывает рост степени турбулентности нестационарного потока до 2 раз и подавление теплоотдачи на величину не более 15 % в сравнении с системой без ТК...
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
