Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Исследование тепловых и гидродинамических характеристик теплообменных устройств двигателей внутреннего сгорания

Работа №36354

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

автомобили и автомобильное хозяйство

Объем работы73
Год сдачи2019
Стоимость5700 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
350
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ВВЕДЕНИЕ 8
Глава 1 Теплообменные аппараты систем КДВС и энергетических установок 12
1.1 Типы теплообменных аппаратов, применяемых в КДВС и
энергетических установок 12
1.2 Основные параметры ТА 15
1.3 Эмпирические модели определения тепловых и гидравлических
характеристик ТА 18
1.4. Численный анализ 19
Глава 2 Критерии эффективности ТА 23
Глава 3 Опытный стенд для исследования тепловых и гидравлических характеристик элемента ТА 26
3.1 Состав стенда 26
3.2 Определяемые показатели и точность их измерения 31
3.3 Цели и объект исследования 34
3.4 Алгоритм проведения опытного исследования 36
Глава 4 Результаты экспериментальных и численных исследований 37
4.1 Результаты экспериментальных исследований теплообменной секции37
4.2 Результаты расчета ТА типа воздух-жидкость с применением
приложения ANSYS CFX 44
4.2.1 Расчетная модель элемента секции ТА 44
4.2.2 Граничные условия расчетной модели элемента секции ТА 47
4.2.3 Результаты тепло гидравлического расчета 48
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
Глава 5 Реализованные проекты с учетом результатов исследований 60
5.1 Блок ТА экскаватора-погрузчика ЕЛАЗ-БЛ 880 и ЕЛАЗ-БЛ 888 60
5.2 ТА гидравлической системы автокрана Клинцы 62
5.3 Перспективный опытный ТА для АВОМ «НИИ Компрессормаш
им.Шнеппа» 63
5.4 Линейка ТА для гидравлических установок НПО «Гидросистемы»
г.Ижевск 66
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 67
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность работы. Развитие расчетных методов проектирования различных энергетических устройств и их элементов подразумевает повышение точности конечных результатов при одновременном сокращении времени всего процесса проектирования. Последнее относится и к комбинированным двигателям внутреннего сгорания в целом и, в частности, к теплообменным аппаратам применяемых в них.
В отношении ТА с одной стороны накоплен большой экспериментальный материал, с другой все шире применяются методы численного решения задач гидродинамики и теплообмена, реализованные в различных коммерческих пакетах программ. Примером такой реализации служит приложение CFX ANSYS.
На сегодняшнем этапе развития облик КДВС, определяет наличие систем охлаждения: жидкостная система охлаждения, система охлаждения масла, система газотурбинного наддува с предварительным охлаждением наддувочного воздуха в охладителе. В качестве охладителей системы охлаждения двигателя и гидравлических систем транспортного средства применяются ТА типа «жидкость-воздух», в системе газотурбинного наддува охладители наддувочного воздуха типа «воздух-воздух». Поэтому задача повышения точности определения их тепловых и гидравлических характеристик при одновременном сокращении затрат времени на проектирование и доводку является актуальной.
Особенно это важно при создании общей виртуальной модели КДВС и транспортного средства в целом.
Не теряет своей актуальности данная задача и в случае, когда ТА являются «покупными изделиями». Здесь со стороны производителей появляется возможность формирования обоснованных требований (технических условий) к приобретаемой у поставщиков продукции на стадии проектирования новых перспективных образцов.
Также необходимо отметить необходимость повышения тепловой эффективности ТА и рост механических нагрузок на элементы их конструкции.
Цель работы: расчетно-теоретическое исследование тепловых и гидравлических характеристик ТА, применяемых в двигателях внутреннего сгорания и иных энергетических устройствах.
Объект исследований - оребренные плоские теплообменные трубы, полученные методом экструзии и деформирующего резания /14/.
Метод исследования. В работе применены методы экспериментального и расчетно-теоретического исследования.
Достоверность результатов исследования обеспечивается применением известных и апробированных на практике положений теории подобия теплообмена и гидродинамики. Оценка достоверности методов осуществлялась сопоставлением результатов расчетов с опытными данными, полученными на натурных объектах, в частности теплообменных секциях ТА, оребренная поверхность которых образована методом экструзии и деформирующего резания. Достоверность обеспечивалась также применением современных средств измерений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана общая схема экспериментального стенда;
2. Разработана программа и методика исследования гидрогазодинамики и теплообмена опытных секций ТА;
3. Экспериментально установлены и обобщены теплогидравлические и энергетические характеристики опытных секций ТА.
4. Разработана численная 3-D модель и проведено численное моделирование опытной секции ТА и масляного теплообменника типа «воздух-жидкость», верификация которой произведена с учетом результатов эксперимента.
Практическая значимость. Полученные результаты опытных исследований повышают точность результатов численного моделирования и проектирования с одновременным сокращением временных и финансовых затрат.
На основе полученных опытных результатов исследования секций ТА можно
9
проектировать и теплообменные устройства КДВС в силу идентичности процессов, происходящих в них (радиатор системы охлаждения, охладитель масла, ОНВ), а также решать задачи по оптимизации параметров данных устройств.
Основные положения, выносимые на защиту:
- результаты экспериментальных тепловых и гидравлических характеристик элемента ТА;
- результаты численного моделирования тепловых и гидравлических характеристик элемента ТА и масляного теплообменника «типа «воздух- жидкость» при выполнении условий рациональной экономичности и достаточной достоверности конечных результатов расчета.
Реализация результатов работы. Результаты работы могут быть использованы при разработке новых ТА и программы структурнопараметрической оптимизации ТА, как элемента объектно
ориентированного модуля виртуальной модели энергетических установок.
Разработанные подход и метод могут найти применение в учебном процессе кафедры «Автомобили, автомобильные двигатели и дизайн» при чтении курса «Агрегаты воздухоснабжения комбинированных ДВС» по программе подготовки магистров по направлению «Энергетическое машиностроение».
Апробация работы. Основные результаты работы представлялись на:
- Всероссийской научно-практической конференции «X Камские чтения» (2018; Наб.Челны);
- Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (5-7 декабря 2018 г; Тюмень).
Публикации. Материалы работы опубликованы: в сборниках:
- «X Камские чтения»: Всероссийская научно-практическая конференция. (2018; Наб.Челны);
- Проблемы функционирования систем транспорта: материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (5-7 декабря 2018 г; Тюмень); и журнале:
Газовая Промышленность №2/780/2019г Ежемесячный научно-технический и производственный журнал (входит в перечень периодических изданий, рекомендуемых Высшей аттестационной комиссией для публикации основных результатов диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук).


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!


Разработан экспериментальный стенд со средствами измерения, программа и методика проведения исследования гидрогазодинамики и теплообмена опытных секций ТА.
Экспериментально установлены и обобщены теплогидравлические и энергетические характеристики семи различных теплообменных поверхностей опытных секций ТА. В результате анализа экспериментальных данных установлено, что наилучшие показатели имеет образец №5 (Q = 4457Вт; Е = 49,5; шаг ребра - 2,5мм; высота ребра - 8 мм, количество внутренних каналов - 8).
Разработана 3-D модель опытной секции ТА и проведен численный эксперимент с применением приложения ANSYS CFX. Верификация модели произведена с учетом результатов эксперимента.
Результаты работы внедрены при разработке новых и перспективных ТА:
- Блок ТА на экскаватор-погрузчик ELAZ-BL 880 и ELAZ-BL 888 АО «ПО ЕлАЗ» (г.Елабуга);
- Блок охлаждения ТМ-20.000.000 для гидравлической системы автокрана «КЛИНЦЫ» на шасси автомобиля КАМАЗ;
- Перспективный АВОМ АО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа» (г. Казань);
- Линейка ТА для гидравлических установок НПО «Гидросистемы» (г.Ижевск).
По теме исследования всего представлено 4 публикации, 3 из которых по результатам экспериментального исследования.



1. Автомобильные двигатели с турбонаддувом / Н.С.Ханин, Э.В.Аболтин, Б.Ф.Лямцев, Е.Н.Зайченко, Л.С.Аршинов. - М.: Машиностроение, 1991. - 336 с.: ил.
2. Воронин Г.И. Конструирование машин и агрегатов систем кондиционирования - Москва, Машиностроение 1978г.
3. Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / С.Е.Ефимов, Н.А.Иващенко, В.И.Ильин и др.; Под общ. ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 456 с., ил.
4. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / Д.Н.Вырубов, Н.А.Иващенко, В.И.Ивин и др.; Под ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 с., ил.
5. Дейч Р.С., Ципленкин Г.Е. Развитие турбокомпрессоров для наддува дизелей. - Двигатели внутреннего сгорания (обзорная информация), Мю: ЦНИИТЭИтяжмаш, вып. 3, с ил.
6. Жукаускас А.А., Калинин Э.К. Интенсификация теплообмена. - Вильнюс: Мокслас, 1988. - 186 с
7. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. - 559с., ил.
8. Кейс В.М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники. - М.: Энергия, 1967. - 224с.
9. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: Учебник для вузов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2008. - 720 с.: ил.
10. Конструирование двигателей внутреннего сгорания: Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» направления подготовки «Энергомашиностроение» / Н.Д.Чайнов, Н.А.Иващенко, А.Н.Краснокутский, Л.Л.Мягков; под ред. Н.Д.Чайнова. М.: Машиностроение, 2008. 496 с., ил.
11. Крутов В.И., Рыбальченко А.Г. Регулирование турбонаддува ДВС: Учебное пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1978. - 213 с., ил.
12. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 367 с.: ил.
13.Олимпиев В.В. Интенсификация теплообмена и потенциал энергосбережения в охладителях технических масел // Теплоэнергетика. - 2010. - № 8.- С. 40.
14. Пат. 2066036 С1 Российская Федерация, МПК F28F 1/26, F28F 3/04. Теплообменный элемент/ Деулин К.Н., Мельников С.Н. заявитель и патентообладатель ООО фирма "Термокам". - № РД0039306; за- явл. 07.08.2008; опубл. 20.09.2008, БИ: 26/2008. - 6 с.
15. Патрахальцев Н.Н. Наддув двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие.-М.: Изд-во РУДН, 2003.-319 с.: ил.
16. Патрахальцев Н.Н., Савастенко А.А. Форсирование двигателей внутреннего сгорания наддувом: - М.: Легион-Автодата, 2007. - 176 с.: ил.
17. Письменный Е.Н., Демченко В.Г., Терех А.М., Семеняко А.В., Кулик К.В. Экономайзер-утилизатор из плоско-овальных труб с неполным оребрением // Восточно-европейский журнал передовых технологий. -
2010. - №3/1 (45). - С. 15-19.
18. Попов И.А. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования при вынужденном и свободно конвективном движении теплоносителей / Автореферат дисс. д-ра техн. наук. - Казань, 2008. - 41с.
19. Попов И.А., Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В. Промышленное примене-
69
ние интенсификации теплообмена - современное состояние проблемы (обзор)//Теплоэнергетика. - 2012.- № 1. - С. 3.
20. Попов И.А., Яковлев А.Б., Щелчков А.В., Рыжков Д.В., Обухова Л.А. Перспективные методы интенсификации теплообмена для теплоэнергетического оборудования // Энергетика Татарстана. - 2011. - № 1 (21).-
С. 25-29.
21. Портнов Д.А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия: Теория, рабочий процесс и характеристики. - М.: ГНТИМЛ, 1963. - 639 с.
22. Румянцев В.В., Кадышев В.Г., |Маков И.П.| Структурно
параметрическая оптимизация охлаждения лопаток ГТД на основе ал- гометрического синтеза моделей первого и четвертого уровней. "Совершенствование теории и техники тепловой защиты энергетических устройств", Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции. ИТТФ АН УССР (18-21 мая 1987г.), Киев, 1987, с.67.
23. Румянцев В.В., Ахметшин Е.А., Кузьмин И.А. Расчет охладителей наддувочного воздуха комбинированных ДВС с учетом изменения теплофизических свойств теплоносителей. - Сборник научных трудов международной конференции Двигатель-2010, посвященный 180- летию МГТУ им. Н.Э.Баумана // Под редакцией Н.А.Иващенко, В.А.Вагнера, Л.В.Грехова - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2010, с.164- 167.
24. Румянцев В.В., Ахметшин Е.А., Кузьмин И.А. Проектировочный расчет охладителей наддувочного воздуха с элементами структурнопараметрической оптимизации. Материалы Международной научнотехнической конференции Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) "Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров", посвященная 145-летию МГТУ "МАМИ" - М.: МГТУ «МАМИ», 2010, с.30-37.
25. Румянцев В.В., Чернов К.В., Тиунов С.В. Теплогидравлический расчет ОНВ / Силовым агрегатам КамАЗ - высокую надежность: Сборник статей // Под общей редакцией А.А.Макушина, В.Г.Шибакова. - Наб. Челны: Изд-во Камского государственного политехнического института, 2005, с.44-45
26. Савельев Г.М., Зайченко Е.Н. Турбокомпрессоры и теплообменники надувочного воздуха автомобильных двигателей: Учебное пособие для институтов повышения квалификации. - Ярославль: Верх.-Волж. кн. изд-во, 1983, - 96 с., ил.
27. Савостин А.Ф., Тихонов А.М., Беляева Н.И. Интенсификация теплоотдачи в щелевых каналах охлаждения. Труды ЦИАМ №611, 1974, с.74- 92.
28. Справочник по теплообменным аппаратам / П.И.Бажан, Г.Е.Каневец, В.М.Селиверстов. - М.: Машиностроение, 1989. - 366с., ил.
29. Теплопередача: Учебник для вузов / В.П.Исаченко, В.А.Осипова, А.С.Сукомел. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981. - 416 с., ил.
30. Теплотехника: Учебник для вузов / В.Н.Луканин, М.Г.Шатров, Г.М.Камфер и др.; Под ред. В.Н.Луканина. - 3-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2002. - 671 с., ил.
31. Тиунов С.В. Расчетно-экспериментальные исследования тепловых и гидродинамических характеристик теплообменных устройств поршневых двигателей внутреннего сгорания. Всерос. научн.-практ. конф. «X Камские чтения», 23 ноября 2018 г. [Текст]: сб-к док. / под ред. д-ра техн. наук Л.А. Симоновой. - Набережные Челны: Издательскополиграфический центр Набережночелнинского института КФУ, 2018. - 1014 с. с.200-203.
32. Тиунов С.В., Румянцев В.В. Результаты опытного исследования тепловых и гидравлических характеристик теплообменников с интенсифика-
торами теплоотдачи. Проблемы функционирования систем транспорта:
71
материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (5-7 декабря 2018 г.): в 2 т. / отв. ред. А. В. Медведев. - Тюмень: ТИУ, 2019. С.228-232.
33. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена. Интенсификация теплообмена: монография /И.А.Попов, Х.М.Махянов, В.М.Гуреев; под общ.ред. Ю.Ф.Гортышева. - Казань: Центр инновационных технологий, 2009. - 560 с.
34. Численное моделирование процессов теплообмена в аппарате воздушного охлаждения масла. Газовая Промышленность №2/780/2019г Ежемесячный научно-технический и производственный журнал. - Москва, ПАО «ГАЗПРОМ» С. 84-90.
35.Элементы САПР ДВС/ Р.М.Петриченко и др. Под общей редакцией
Р.М.Петриченко. - Л.: Машиностроение, 1990. - 328 с.
36.Юдин В.Ф., Федорович Е. Д. Теплообмен пучков оребренных труб овального профиля // Тепломассообмен. - ММФ-92. - Конвективный тепломассообмен. T. 1, ч. 1. - Минск: АНК ИТМО АНБ, 1992. - С.58- 61.
37.Isaev, S.A., Baranov, P.A., Sudakov, A.G., Ermakov, A.M. Modeling the increase in aerodynamic efficiency for a thick (37.5% chord) airfoil with slot suction in vortex cells with allowance for the compressibility effectTech- nical Physics Letters, 41 (1), 2015, pp. 76-79.
38. Misbakhov, R.S., Gureev, V.M., Moskalenko, N.I., Ermakov, A.M., Bagautdinov, I.Z. Numerical studies into hydrodynamics and heat exchange in heat exchangers using helical square and oval tubes. Biosciences Biotechnology Research Asia, 2015, 12, pp. 719-724.
39. Misbakhov, R.S., Gureev, V.M., Moskalenko, N.I., Ermakov, A.M., Bagautdinov, I.Z. Simulation of surface intensification of heat exchange in shell-and-pipe and heat exchanging devices Biosciences Biotechnology Research Asia, 2015,12, pp. 517-525.
40. Ermakov A., Malganova, I. Numerical simulation of heat transfer and hydrodynamics ring and V-shaped heat exchange intensifies. International Journal of Pharmacy and Technology, 2016,8 (4), pp. 24300-24308.


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2024 Cервис помощи студентам в выполнении работ