Диссертация (1026340), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Необходимо заметить, бурное развитие современныхтехнологий,вчастностинанотехнологий,играетважнуюрольвусовершенствовании термоэлектрических батарей. Тот факт, что условияработы ТЭГ непосредственно зависят от протекания рабочего процесса, делаетнеобходимым исследование возможности повышения эффективности работыТЭГ при сохранении приемлемых экологических и эффективных показателейдвигателя. Очевидно, что решение этой актуальной задачи лучше всегоосуществить на основе современных методов трёхмерного математическогомоделирования сложных процессов течения, смесеобразования, сгорания итеплообмена, имеющих место в цилиндре двигателя и проточной части ТЭГ ихарактеризующихся высоким уровнем турбулентности.9В связи с этим целью работы является повышение эффективности иснижениятоксичностикомбинированнойсиловойустановкипутемусовершенствования рабочего процесса и использования перспективногометодаутилизацииэнергииотработавшихгазовпутемприменениятермоэлектрического генератора.Научная новизна работы заключается в том, что:– Разработана, верифицирована и реализована обобщенная 3D-модельтеплофизических процессов, протекающих как в камере сгорания, так и втермоэлектрическомэффективныеигенераторе,экологическиепозволяющаяхарактеристикипрогнозироватьдизеляиоценитьэффективность использования энергии выпускных газов.– Исследована возможность применения ТЭГ в составе комбинированнойсиловой установки со среднеоборотным дизелем с целью повышения ееэффективности.– Разработаны и реализованы алгоритм и программа расчета локальноготеплообмена в термоэлектрическом генераторе.Достоверность и обоснованность научных результатов определяются:– использованием фундаментальных законов и уравнений теплофизики,газодинамики и физической химии с соответствующими граничнымиусловиями, современных численных методов реализации математическихмоделей;– применением достоверных экспериментальных данных полученных вНаучно-образовательномцентре«Поршневоедвигателестроениеиспециальная техника» МГТУ им.
Н.Э. Баумана, а также в ОАО«Коломенскийзавод»,Санкт-Петербургскомполитехническомуниверситете Петра Великого, Rostock University, King’s College London,Ford Motor Company Limited и Имперском колледже Лондона.Практическая значимость состоит в том, что:– Разработанные модели, алгоритмы и расчетно-экспериментальные методырасчета в совокупности представляют собой инструмент, позволяющие10улучшить показатели среднеоборотного дизеля путём совершенствованиярабочегопроцессаиутилизациитеплотыотработавшихгазоввтермоэлектрическом генераторе.– Определены значения конструктивных и регулировочных параметровсреднеоборотного дизеля ЧН26,5/31(Д500), обеспечивающих улучшение егоэффективных и экологических показателей, а также приемлемые условиядля функционирования ТЭГ.– Проведена расчётная оценка вихревого числа двигателя ЧН26,5/31(Д500) наразличных режимах его работы по нагрузочной характеристике.
Полученаего зависимость от давления наддува, температуры наддувочного воздуха ичастоты вращения коленчатого вала.– Определена форма тепловоспринимающей поверхности ТЭГ, позволяющаяинтенсифицировать теплоотдачу от отработавших газов.Апробация работы. Основные положения диссертации представлялисьна следующих мероприятиях:– XIX Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководствомакадемикаРАНА.И.Леонтьева«Проблемыгазодинамикиитепломассообмена в энергетических установках» (Орехово-Зуево, 2013);– конференция «Экологически чистый транспорт «Зеленый автомобиль»(Москва, 2014);– 7-е Луканинские чтения.
Решение энерго-экологических проблем вавтотранспортном комплексе (Москва, 2015);– XX Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководствомакадемикаРАНА.И.Леонтьева«Проблемыгазодинамикиитепломассообмена в энергетических установках» (Звенигород, 2015);– Всероссийскаяконференция«XXXIIСибирскийтеплофизическийсеминар», посвящённая 80-летию со дня рождения академика В.Е.Накорякова (Новосибирск, 2015);– 14th European Conference on Thermoelectrics (Лиссабон, 2016);11– международнаянаучно-техническаяконференция«Двигатель-2017»,посвященной 110-летию специальности «Поршневые двигатели» в МГТУим.
Н.Э. Баумана (Москва, 2017);– XXI Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководствомакадемикаРАНА.И.Леонтьева«Проблемыгазодинамикиитепломассообмена в энергетических установках» (Санкт-Петербург, 2017).Публикации. По результатам диссертации опубликованы 18 статей впериодических и отдельных научных изданиях: [23], [24], [29], [30], [76], [77],[78], [79], [80], [81], [82], [83], [84], [126], [127], [128], [148], [149] общимобъёмом 2.8 п.л., из них 6 – в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ: [24],[30], [78], [79], [81], [84] и 2 – в базу Scopus: [78], [83].Автор защищает:– Разработанные, верифицированные и реализованные модели физическихпроцессов, протекающих в цилиндре дизеля и в ТЭГ, позволяющиепрогнозировать эффективные и экологические характеристики дизеля,указать пути их улучшения, а также оценить эффективность использованияэнергии выпускных газов;– Результаты исследования вихревого числа дизеля ЧН26,5/31(Д500) наразличных нагрузочных режимах работы дизеля в зависимости от давленияи температуры наддувочного воздуха, частоты вращения коленчатого вала;– Результаты исследования влияния выбранных моделей турбулентности исгорания на эффективные и экологические показатели дизеля;– Результаты исследования влияния конструктивных и регулировочныхпараметров дизеля среднеоборотного дизеля на его эффективные иэкологические показатели;– Программу и результаты расчета теплообмена в проточной части ТЭГ иопределения рациональной формы его тепловоспринимающей поверхности.Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит извведения, четырёх глав, заключения (основных выводов) и приложений. Она12содержит 181 страницу машинописного текста, 97 рисунков и 34 таблицы.Список литературы включает 154 источника, из них 85 на иностранных языках.***Авторвыражаетблагодарностьнаучномуруководителюд.т.н.,профессору Дмитрию Олеговичу Онищенко за плодотворное сотрудничество,постоянное внимание и поддержку при выполнении диссертационной работы.За помощь и консультации в работе над диссертацией автор признателенд.т.н., проф.
Кавтарадзе Р.З., д.т.н., проф. Грехову Л.В., к.т.н. Голосову А.С.,к.т.н. Рыжову В.А., к.т.н., доц. Зеленцову А.А., к.т.н., доц.Барченко Ф.Б.,к.т.н., доц. Зенкину В.А., к.т.н. Скрипнику А.А., к.т.н. Осипкову А.С., к.т.н.Пошехонову Р.А., ОАО «Коломенский завод» за предоставление результатовэкспериментов.Автор благодарен также всем сотрудникам кафедры Э2 МГТУ им.Баумана за поддержку во время его обучения в качестве студента и аспиранта.Работа выполнена в рамках проекта RFMEFI57714X0113 Министерстваобразования и науки РФ.13ГЛАВА 1.
АНАЛИЗ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ,ПОСВЯЩЕННЫХ МОДЕЛИРОВАНИЮ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССАДИЗЕЛЯ1.1. Классификация математических моделей рабочего процессаСуществуют различные уровни математических моделей рабочегопроцесса:1. Традиционный термодинамический метод Гринивецкого-Мазинга,основанный на простейших алгебраических уравнениях. В настоящее времяиспользуются в основном в методических целях.2.
Современные термодинамические (нульмерные) методы, основанныенаобыкновенныхдифференциальныхуравнениях.Камерасгораниярассматривается как состоящая из одной/ двух или большего числа ячеек:-однозонные.Камерасгораниярассматриваетсякакоткрытаятермодинамическая система, термодинамические параметры рабочего телапринимаются равными по объёму камеры сгорания. Для моделированияиспользуются законы сохранения массы и энергии, а также уравнениесостояния. Теплообмен задаётся помощью известных α-формул [1], например,по формуле Вошни. Тепловыделение задаётся простыми моделями сгорания,например Вибе [2], Вошни [3] или Ватсона (Watson) [4] без учёта особенностейрежимных параметров и особенностей топливоподающей аппаратуры.
Примерреализации однозонной модели: программа NKIU, разработанная в МГТУ им.Н.Э. Баумана [5].- двухзонные. Камера сгорания рассматривается разделённой на две зоны:зону свежего заряда и продуктов сгорания. Закон сохранения массы и энергии иуравнение состояния рассматриваются для каждой зоны отдельно. Теплообмени тепловыделение задаётся также как для однозонных моделей [6].14- многозонные [5]. Камера сгорания разбивается на большое количествозон.Законсохранениямассыиэнергиииуравнениесостояниярассматриваются для каждой зоны отдельно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
