Диссертация (1026340), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Бауманаможно представить в виде:X#= 10*C −5 ∙ 10*Ê= −0.002− 273− 273+ 0.0067+ 0.6762− 273 + 2.3097 , К-1;− 273 + 143.35, мкВ/К.(4.17)Число контрольных объёмов: 123.6 тыс.В результате моделирования ТЭГ по вышеописанной математическоймодели получены следующие параметры термоэлектрического генератора совальными лунками (Таблица 33): теплоотдача в ТЭГ 19.9 кВт/цилиндр; КПДТЭГ 5.1%; электрическая мощность ТЭГ: 1.01 кВт/цилиндр. Расчёт занимаетоколо часа.Распределение температур по длине термоэлектрического модуляприведено на Рис.
4.22, распределение удельной электрической мощности инапряжения по длине термоэлектрического генератора приведено на Рис. 4.234.24.144Таблица 33.Сравнение термоэлектрических генераторов с разными типами лунокТеплоотдача вТЭГ, кВт/цилиндрЭлектрическаямощность ТЭГ,кВт/цилиндрКПД ТЭГГладкая поверхность13.140.534.01Сферическая15.260.674.4Овальная19.911.015.08Серповидная 119.871.015.08Серповидная 219.831.015.08Рис.
4.22. Распределение температур на границах между слоями по длинетермоэлектрического генератора. Течение газа слева направо145Рис. 4.23. Распределение удельной электрической мощности по длинетермоэлектрического генератора. Течение газа слева направоРис. 4.24. Распределение напряжения по длине термоэлектрическогогенератора. Течение газа слева направоВозрастание удельной мощности на начальном участке можно объяснитьразвитием интенсивности турбулентного перемешивания, следующее за нимубывание – снижением температуры газы.146Сопротивление теплообменника ТЭГ составляет 670 Па. Для учётавлияния увеличения сопротивления на выпуске проведён нульмерный расчёт,согласнокоторомуувеличениесопротивлениянавыпускеснижаетэффективный КПД на 0.04%.Таким образом, применение термоэлектрического генератора позволяетдополнительновырабатыватькВт12.1электрическойэнергиидлядвенадцатицилиндрового дизеля.4.5.
Увеличение длины ТЭГДля увеличения мощности вырабатываемой ТЭГ увеличиваем его длинудо четырёх метров.Принимаем, что после длины 0.47 число НуссельтаQPи коэффициентсопротивления ™QP для олунённой поверхности остаются постоянными иравными значению для предпоследней (17-й) лунки:0.0626. Теплоотдача в воду #¸¥qсопротивление определяется как:где #QP =5 ê\]8эквÃ=3\]+∑QP= 122.6 и ™QP =вычисляется по (4.15).
Термическое^:5:+3ºA•_`,– коэффициент теплоотдачи от ОГ,(4.18)и I – толщина итеплопроводность слоя материала i (табл. ).Для моделирования ТЭГ разбиваем его на участки длиной ∆z = 0.25 м(шаг лунок). Теплоотдача в ТЭГ: ΔP =Δ =NP%¼∆·∆W\] * ºA•_`o.Результаты расчёта приведены на Рис. 4.25-4.26.. Падение температуры147Рис. 4.25. Удельная электрическая мощность по длине ТЭГРис. 4.26. Напряжение по длине ТЭГТеплоотвод в ТЭГ составил 115.43 кВт/цилиндр, электрическая мощностьТЭГ 4.79 кВт/цилиндр, КПД ТЭГ 4.1%. Гидравлическое сопротивление ТЭГ0.068баримощностьнапрокачкутеплоносителячерезхолодныйтеплообменник приводят к снижению мощности двигателя на 0.24% (0.79 кВт).Таким образом, путём применения ТЭГ можно увеличить мощность дизеля на 4148кВт/цилиндр (48 кВт для двенадцатицилиндрового дизеля).
Схема установкиТЭГ на двигатель 12ЧН26,5/31 приведена на Рис. 4.27.Рис. 4.27. Схема установки ТЭГ на двигатель 12ЧН26,5/314.6. Влияние термоэлектрического генератора на двигательУстановка ТЭГ на двигатель приводит к увеличению сопротивления навыпуске, а также на увеличение мощности системы охлаждения.4.6.1. Влияние сопротивление на выпуске на мощность двигателяДля учёта влияния сопротивление на выпуске было проведеносканирование в ПК «Дизель-РК».
Результаты моделирования рабочего процессапри разных значениях сопротивления на выпуске представлены на Рис. 4.28.Увеличение противодавление на выпуске с 0.04 до 0.108 бар приводит кснижению мощности двигателя на 0.2%.149Рис. 4.28. Зависимость мощности дизеля от сопротивления на выпуске.Точками отмечено сопротивление двигателя без ТЭГ и с принятойконструкцией ТЭГ4.6.2. Мощность на прокачку теплоносителяКонтурохлаждающейжидкостидляхолодноготеплообменникаскладывается из следующих составляющих (Рис. 4.29):- трубки подвода и отвода охлаждающей жидкости (∆l- вход в теплообменник (∆l- теплообменник (∆lC*“ );*C );*);- выход из теплообменника (∆l“*Ê ).Расход охлаждающей жидкости для одного цилиндра GV =0.0059 м3/c.Рис.
4.29. Расчётная схема холодного теплообменника для определениямощности на прокачку теплоносителя150Трубки подвода и отвода охлаждающей жидкости. Принимаем длинутрубок 6 м, диаметр 40 мм. Расход 0.0059/2 м3/c (скорость 2.35 м/с,Re=3.18·105). Потери давления определяются как [154]:∆l = I¡ 7MUэк 2(4.19)Коэффициент трения можно определить по формуле Блазиуса [154]:I = 0.0133. Таким образом, потери давления составляют ∆p1-2 = 0.0528 барВход в теплообменник. Для определения потерь на входе в холодныйтеплообменник было проведено моделирование течения воды в программномкомплексе FIRE. Расчётная контрольнообъёмная сетка (562 тыс. контрольныхобъёмов) приведена на Рис.
4.30. Рост давления составил ∆p2-3 = 800 Па.Рис. 4.30. Расчётная контрольнообъёмная сетка для моделирования теченияводы на входе в холодный теплообменникПотери давления в проточной части теплообменника определяютсясопротивлением трения:∆l = I¡ 7MUэк 2151Число Рейнольдса Re = 2.5922·104, длина l = 3.8 м. Коэффициент тренияможно определить по формуле Блазиуса [154]: I =∆p3-4 = 0.118 бар.Выходизтеплообменника.È,C §“o s. 2= 0,3968.Использоваласьрасчётнаясетка,представленная на Рис. 4.30. Падение давления составило ∆p4-5 = 0.05 бар.Эпюраотносительногодавленияподлинеконтурахолодноготеплообменника приведена на Рис.
4.31. Перепад давления составляет ∆p1-5 =0.2128 бар. Мощность на прокачку теплоносителя N = GV·∆p1-5 = 0.126кВт(0.038% от мощности двигателя).Рис. 4.31. Эпюра относительного давления по длине контура холодноготеплообменника.4.7. Выводы по главе 41. Разработана и реализована в 3D-коде FIRE математическая модельобтекания облунённой поверхности проточной части термоэлектрическогогенератора продуктами сгорания дизеля. Верификация модели проведенапутем сравнения с результатами измерения, полученными градиентнымидатчиками тепловых потоков, созданными в СПбПУ Петра Великого.2.
Порезультатамчисленныхэкспериментов,проведенныхсцельюисследования течения газа в теплообменниках с различной геометриейлунок (сферические, овальные, серповидные) установлено, что в случае152исследуемой конструкции термоэлектрического генератора использованиеовальных лунок приводит к наибольшей интенсификации теплообмена(коэффициенттеплоотдачив2.3разабольше,чемдлягладкойповерхности).3. Предложена математическая модель, разработаны алгоритм и программарасчета в среде программирования MATLAB для исследования процессатеплообмена в корпусах горячего и холодного теплообменников итермоэлектрических элементах на основе метода контрольных объёмов втрёхмерной постановке.
Установлено, что применение термоэлектрическогогенератора позволяет увеличить мощность исследуемого среднеоборотногодизеля 12ЧН26.5/31 на 48 кВт.4. Проведенные исследования влияния термоэлектрического генератора надвигатель показали, что дополнительное сопротивление на выпуске,создаваемое проточной частью (0.068 бар) практически не влияет надвигатель (приводит к увеличению расхода топлива на 0.2%).153ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИИ1.
Разработана, верифицирована и реализована в программной среде FIREобобщенная 3D-модель теплофизических процессов, протекающих как вкамере сгорания, так и в термоэлектрическом генераторе, позволяющаяисследовать возможности улучшения эффективных и экологическихпоказателейсреднеоборотногодизеляпутемсовершенствованиярабочего процесса и утилизации теплоты отработавших газов втермоэлектрическом генераторе.2. В результате проведенных исследований по влиянию конструктивныхпараметров на экологические и эффективные показатели дизеляЧН26,5/31(Д500) определено оптимальное сочетание значений вихревогочисла, числа сопловых отверстий распылителя и формы камерысгорания.3. Впервые было исследовано влияние давления наддува, частотывращения коленчатого вала и температуры впускного воздуха навихревоечислосреднеоборотногодизеля.Установлено,чтосувеличением температуры и давления наддувочного воздуха вихревоечисло незначительно увеличивается, а с увеличением частоты вращенияколенчатого вала – линейно падает.
При этом частота вращения вихрярастёт пропорционально n0.9. Показано, что минимальный удельныйрасход топлива достигается при вихревом числе в момент закрытиявпуска, равном 1.2-1.3.4. Изисследуемыхконструкциифорсунокклучшимтопливно-экологическим показателям приводить применение распылителя свосьмью сопловыми отверстиями.5. Путём удачного выбора геометрических размеров камеры сгоранияисследуемого дизеля можно обеспечить снижение выброса оксидов154азота на 13% с сохранением значений удельного расхода топлива имаксимального давления в цилиндре.6.
Предложена трехмерная модель теплообмена в корпусах горячего ихолодного теплообменников и термоэлектрических элементах и созданапрограмма в среде программирования MATLAB. Установлено, что дляисследуемой конструкции термоэлектрического генератора овальныелунки обеспечивают интенсификацию теплоотдачи в 2.3 раза больше посравнениюсгладкойтермоэлектрического12ЧН26.5/31 на 48 кВт.поверхностью.генератораКромеувеличиваеттого,установкамощностьдизеля155СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
