автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение топливной экономичности дизеля 6 ЧН 13/12 с высоким наддувом за счет применения двухступенчатого охлаждения наддувочного воздуха

РГБ ОД

ХАРЬКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННА« АКА|ЩШ»11Л1.

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ^ *

На правах рукоииои

МОХАМАД МАХМУД

ПОВЫШЕНИЕ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДИЗЕЛЯ 3 ЧН 13/12 с высоким НАДДУВОМ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА

05.04.02 Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков .1994

Работа выполнена на кафедре "Двигатели внутреннего сгорания" Харьковского Государственного автонобильно-дорожного технического университета (ХГАДГУ).

Научный руководитель

Научный консультант

Официальные оапоненты -

Ведущее предприятие

кандидат технических наук, доцент ГРябккиа в. Г. Л кандидат технических наук, доцент Харченко А. И. доктор технических наук, профессор Шокотов Н.К. кандидат, технических наук, доцент Богомазов Е.В. Институт проблем машиностроения Академии Наук Украины (ИПМАШ АНУ).

•Запита состоится ''23." ник специализированного совета дарственной академии железнодорожного 310050, Харьков-50. пл. Фейербаха. 7.

г. и/3 часов на заседа-K114.04.0i. при Харьковской Госу-транспорта по адресу:

С.диссертацией моано ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан "/£" МОЛ 1594 г.

Ученый секретарь спещшизировалного совета, кандидат технических наук

В.И. Пелзпейченко

общая характеристика работы

Актуальность темы. Наземный транспорт является основным потребителем топлива нефтяного происхождения. Поэтому научные и опыт но-конструкторские работы, в результате которых достигается снимание расхода топлива транспортными двигателями, имеют важное экономическое общегосударственное значение. В условиях все нарастающего дефицита и стоимости энергоносителей на укр&кне эти работы приобретают особую актуальность.

Совершечствовгше систем охлаждения наддувочного воздуха (ОНВ) дизельных двигателей с высоким наддувом является резервом существенного улучшения их топливной экономичности. Применение двухступенчатого охлаждения воздуха - наиболее эффективный и перспективой путь совершенствования одноступенчатых систем ОЯВ с воздушным радиатором. Более глубокое ОНВ при двухступенчатой системе снижает удельный расход топлива дизеля на всех эксплуатационных режимах работч и способствует уменьшению вредьых выбросов в атмосферу с отработавшими газами, что также весьма актуально.

Цель и задачи исследования. основной целью работи является снижение удельного расхода топлива и улучшение других техпнко-зконо-мических показателей дизеля 6 ЧН 13/12 за счет установки двухступенчатой системы ОНЗ вместо существующей одноступенчатой системы.

Основным объектом исследования является У-сбразный короткохо.ц-ный дизель Д-6112 (6 ЧН 13/12) с' высоким газотурбинным наддувом (0,22 МЯа), созданный Головным специализированным конструкторским бюро по двигателям средней мощности (ГСКБД, г. Харьков) и предназначенный для установки на автобусы ЛАЗ среднего и большого классов.

Двухступенчатая система ОНВ сложнее существующей системы и рациональность эе применения не очевидна.

В печати по:са что отсутствуют сведения об опыте осуществления где-либо идеи двухступенчатого ОНВ (с помощью двух рекуперативных теплообменников) в дизелях транспортного или иного назначения. Поэтому тем более нужны доказательства целесообразности ее реализации на данном двигателе. ,Усложнение системы может быть оправдано только величиной того вшгрыша в снижении расхода топлива и улучшении других Експлуатационных показателей дизеля, которые достигаются предлагаемой модернизацией существующей системы ОНВ. Во для таких доказательств необходимо выполнение комплексного исследова-

ния, которому и гюсрящека данная диссертационная работа. В работе предусматривается решение следующих основных задач:

1) разработка'методики расчетного исследования с помощью ЭВМ двухступенчатой системы ОНВ, математическая модель которой учитывала бк ее реальные характеристики и существующие условия работы на двигателе и позволяла бы решать оптимизационную задачу выбора размеров теплообменников системы: воздухо-жидкостного холодильника и воздушного радиатора. s •

2). Выполнение на стенде с дизелем и на безмоторном стенде экспериментальных исследований, необходимых для идентификации разработанной математической модели двухступенчатой системы ОНВ по опытны« данным.

3)" Выполнение на ЗВМ расчетного исследования системы с долью минимизации массы и объема холодильника к радиатора для различных задаваемых условий.

4) Создание по данным расчетно-эксперимэятальяого исследования двухступенчатой системы ОНВ-для исследуемого двигателя.

5) Проведение сравнительных испытаний серийной и двухступенчатой систем ОНБ в условиях работы на дизеле с це.пы> сценки их эффективности и влияния иа топливную экономичность двигателя.'

6) Обобщение результатов исследования и разработка практических рекомендаций.

Научная новизна работы заключается:

- в разработке математической модели двухступенчатой системы ОНВ, позволяющей решить частную оптимизационную задачу выбора раз-мероз теплообменников системы (холодильника и радиатора) на основе минимизации их суммарной массы и суммарного объема:

- в получении новах научных данных о целесообразности применения при высоком наддуве двухступенчатого ОНВ как наиболее рационального способа повыоения охлакдащ-зй эффективности традиционно применяемых одноступенчатых систем;

- в получении новых научных данных'с теплоотдаче и аэродинамическом сопротивлении в виде обобщенных (критериальных) зависимостей для двух трубчато-пластинчатых теплообменных поверхностей, используемых' в теплообменниках исследуемой системы.

- в создании для автобусного дизельного двигателя средней мощности с высоким наддувом зысокозффелтивной двухступенчатой системы

ОНВ, применение которой взамен существующей системы ОНВ может обеспечить существенное снижение расхода топлива на эксплуатационных режимах работы:

- в разработке программ для ЭЕЭД по исследованию работа двухсту -пенчатоЯ системы ОНВ в различных задаваемых условиях и программ по машинной обработке результатов испытаний рекуперативных теплообменников на безмоторных и моторных стендах с целью получения критериальных зависимостей, характеризующих теплоотдачу и аэродинамические сопротивления применяемых теплообменных поверхностей;

- в получении в обобщенном виде необходимых для инженерной практики новых экспериментальных .даннш и зависимостей по ряду параметров: коэффициенту наполнения дизеля, объемной подачи вентилятора системы охлаждения дизеля, рассеиванию теплоты и аэродинамическим потерям давления в воздушных трубопроводах систем!! ОНВ и др. "' .

Реализация результатов работы. Завершающий этап работ по проведению сравнительных испытаний серийной и новой двухступенчатой систем ОНВ в условиях работы на дизеле выполнен в i 993 г.' - силами ГСКБД и ХГАДТУ на заводских моторных л безмоторных испытательных стендах. По этим испытаниям выпущен совместный (ХГАДТУ и ГСКБД) технический отчет N- 5090-93. Результаты испытаний приняты ГСКБД для использования а последующих опытно-конструкторских работах по доводке дизеля Д-6112 и его систем, а также по совершенствований и развитию других дизельных двигателей.

Апообашм работы. Результаты работы докладывались на республиканской научно-технической конференции "Конверсия производства деталей двигателей внутреннего сгорания" (г. Харьков. 1991) и на международной научно-технической 'конференции "Компьютер: наука, техника, технология, здоровье" (Харьков, Мишкольц, 1993).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано три печатных работы.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников и приложений; диссертация содержит 150 с. основного текста. 24 таблицы, 47 рисунков, спясок использованных источников включает 55 наименований.

-é-

ЙОДЕМЙНЙЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, Формулируется ее основная цель, кратко характеризуется объект исследования, перечисляется основнчз вопросы, которые выносятся на защиту.

Раздал первый посвящен: изложению состояния вопроса применения двухступенчатого ОНВ в дизелях; обобщении литературных данных о влиянии ОНВ на показатели работа дизелей; характеристике наиболее распространенных на автомобильных дизелях систем ОНВ и новой двухступенчатой система ОКВ; характеристике дизеля Д-СИ2 и его ныне существующей (серийной) системы ОНВ и обоснованию необходимости ее модернизации; рассмотрению возможных путей повышения эффективности системы ОНВ дизеля Д-6112; изложению основных задач расчетных и экспериментальных исследований по теме.

ОС'депрпзкано, что наддув в сочетании с ОНВ является аффективным • средством форсирования дизелей до среднему аффективному давлению.. Известно._ что в качественном отношении ОНВ во всех случаях способствует улучшении топливной экономичности, снижения тенлонапря-кенкости двигателя и уменьшение вредных выбросов б атмосферу с отработавшими газами. В количественном же отношении величина положительного эффекта от снижения температуры воздуха зависит от ряда особенностей двигателя и системы ОНВ ч задаваемых условий. Обобщение экспериментальных данных по дизелям СМД, близким по размерности и быстроходности дизелю Д-6112, позволило установить, что каждые 10 К снижгн'ля температуры поступающего в цилиндры воздуха ta уменьшает удельный расход топлива в среднем на 2 г/(кВт-ч).

Серийная одноступенчатая система ОНВ (рис.1а) с двухрядным воздушным радиатором 8 достаточно эффективно работает лишь при сравнительно низких давлениях наддува Ps - 0,16... 0. Г? МПа. Например, при Рз « 0,16 МПа. и «■ 35°С tg - 54"С и так называемое 'кедоох-лаздекие" (te-t )■ составляет всего 19 К. С повышением Рв охлаждающая эффективность такой системы существенно снижается, и сна все в меньшей и меньшей степени удовлетворяет предъявляемым требованиям. Так при Рз « 0,22 МПа' tfl - 76°С, а при ?а0,26 Hila t3 - 93°С; недоохлаждение становится равным 41 и 58 К соответственно. При этом эффективность системы .

<4 - ^V'ít, - у

снижается с 0,73 при Р8 - 0.16 МПа до 0,65 - при Р, , « 0,26 МПа.

При высоких давлениях наддува повышением охлаждающей эффективности системы ОНВ можно достичь снкнения уровня Сз на 20...30°с (а зависимости от зьличинц ? >'. что является реальным резервов улучшения топливной экономичности и других показателе'! двигателя.

Для решения задачи существенног'о увеличения Е. при высока Рв реально существует- два пути: увеличение числа рядов трубок воздушного радиатора и установка дополнительного малогабаритного возду-хо-лидкостного холодильника 3 (рис.16) и превращение одноступенчатой систеш онв в двухступенчатую. Выяснение, какой из этих путей совершенствования систеш ОНВ является более рациональным, и представляет собой стержневую задачу данного исследования.

Раздел второй посвящен разработке методики расчетного исследования с помскцыо ЭВМ систем ОНВ с целью их-сопоставления и минимизации массы и объема применяемых теплообменников.

Разработанная математическая модель двухступенчатой системы ОНИ (которая при равенстве нулю одного из габаритных размеров' остова холодильника превращается в математическую модель одноступенчатой систеш) представляет собой сочетание теплового и аэродинамического расчетов и основывается как на известных из термодинамики к теории теплопередачи зависимостях, так и на возможно более полном учете тепло- и аэродинамических характеристик холодильника, радиатора и воздухопроводов системы и реально существующих условий их работы на двигателе. Поэтому методикой предусматривается (до программирования для расчетов на ЭВМ) выполнение комплекса экспериментальных исследований, необходимых для идентификации разработанной математической модели по опытным данным.

Математическая модель базируется иа известных уравнениях теплопередачи и теплового баланса рекуперативных теплообмегашх аппаратов с учетом эффективности сребренных поверхностей

Пй = 1---(1 .

Г

где Гпя, ? - поверхность ребер (пластин) и суммарная плошадь оребреннсй поверхности, м2;

я - эффективность оребрения

к - Ч«..12^6*0,4

1 - высота ребре (половина расстояния между трубками), м;

а - коэффициент теплоотдачи на стороне оребренной поверхности. Вт/««2-К):

X - коэффициент теплопроводности материала ребра, Вт/(м-К):

б . - толщша ребра (пластины), м.

Б тепловых расчетах нами приклт современный и хорошо оправдывающий себя метод, предложенный известными американскими исследователями В.М. Кейсом и А.Л. Лондоном, основывающийся на использовании -зависимости 'ФФектизности теплообменника Е от числа единиц переноса теплоты К и отношения расходных теплоемкостей теплоносителей:

- для воздухо-жидкостного холодильника (перекрестный ток., теплоноситель с большей расходной теплоемкостью не перемешивается, а теплоноситель с метшей расходной теплоемкостью перемешивается)

Ех - 1 - ехр{{ехр( - - иЛвх.,^в1а.х> :

- для воздушного радиатора (перекрестный ток, теплоноситель о большей расходной теплоемкостью перемешивается, а теплоноситель с меньшей расходной теплоемкостью не перемешивается)

Ер * ».„.р-и - ехр[(1/ехр Нр - 1>^т,п.р/\вх.р]^Г1г,.р .

ГЯВ Л».,- \ax.p- \1П.0 " больше и меньшие расходные

теплоемкости теплоносителей в холодильнике и радиаторе соответственно. Вт/К;

Нр. Рх - количество единиц переноса теплоты в радиаторе и холодильнике соответственно;

Н - к-?/*а1к :

к - коэффициент теплопередачи,- отнесенный к оребренной поверхности г, ВТ/(м2-К).

При определении расходов теплоноситечей учитывались:

- известная зависимость расхода наддувочного воздуха от рао'оче-

го объема цилиндров, частоты вращения вала двигателя п. параметров воздуха на входе в двигатель Ря и Ь и коэффициента наполнения закономерность изменения которого установлена нами по опытным данным;

- экспериментальная зависимость объемной подачи вентилятора V от п и Ре (при неизменном сопротивлении блока радиаторов);

- заданный закон изменения расхода охлаждающей жидкости в зависимости от уровня неддува двигателя.

Теплоотдача на стороне развитых поверхностей оценивалась по полученным нами экспериментальным зависимостям критерия Колборна Б^Рг'3 от критерия Рейнольдса Ке, а внутри трубок - пс зависимостям, рекомендованным в книге М.А. Михеева и И.М. МихеезоР "Основы теплопередачи".

Сопротивление на стороне наддувочного воздуха в холодильнике и радиаторе определялось по полученным нами экспериментальным зависимостям критерия Эйлера Ей от Ее.

Математическая модель двухступенчатой системы ОНВ включает р себя схемы алгоритмов:

- алгоритма теплодинамичеекого и аэродинамического расчетов, с помощью которого исследуется влияние размеров теплообменников и задаваемых краевых условий на параметры работы системы и

- алгоритма расчетов по решению частной оптимизационной задач;! определения наивыгоднейшего сочетания размеров холодильника и радиатора по условиям получения минимальных величин суммарной массы и суммарного объема остовов этих теплообменников (рис.2).

Сделанный в диссертации анализ показал, что поставленная оптимизационная задача должна решаться как однофакторная с использованием метода спуска, не требующего вычисления производных, а требующего только последовательных вычислений функции цели в сочетании с определением других интересующих показателей работы системы ОНВ. Достоинство такого метода состоит в том, что он позволяет получить ситуационную картину изменения показателей работы исследуемой системы в окрестностях найденного экстремума, что крайне важно для Лринятия технических решений на стадии рабочего проектирования .теплообменников.

Раздел третий посвящен экспериментальному исследованию теплоотдачи и аэродинамического сопротивления теплообменной поверхности, выбранной для воздухо-жидкостного холодильника.

В диссертации дается характеристика как самой трубчато-пластин-

чаток поверхности, так и теплообменника с этой поверхностью. Этот воздухз-жидкостиый теплообменник произвольных размеров был предназначен для разовых тепло- и аэродинамических испытаний на безмоторном стенде. В работе приводится схема и описание испытательного стенда, методика и реяимы испытаний и методика обработки полученных опытных данных с помощью ЭВМ.

В результате для компактной трубчато-пластмнчатой поверхности (плоские, шахматно расположенные трубки наружного, сечения 17x2,6 мм, шаг трубок 8 мм. шаг пластины 3 мм) получены критериальные зависимости, характеризующие теплоотдачу и аэродинамические сопротивления на наружной оребренной стороне:

ГЛ-Рг*'3 - 0,0345'Ке~°'г46 и (1)

Ей = 2030-Ре"1'36-й/с! (2)

с пределами применимости 2000 < йе < 5000.

В формуле (2) П - длина поверхности в направлении движения теплоносителя (длина остова холодильника), м: |1 - гидравлический (эквивалентный) диаметр минимального проходного сечения поверхности, м.

Рездел четвертый посвящен экспериментальному исследованию дизеля 6 411 13/12 с серийной системой ОНБ в целях получения всех необходимых опытных данных для идентификации описанной во втором разделе математической модели реальным условиям на двигателе. В работе приводятся схема и списание испытательного стенда, характеристика объектов испытаний и методшеа обработки полученных экспериментальных данных с помощью ЭВМ. В результате экспериментального исследования:

а) для трубчато-пласти::чатой тешюсбкенной поверхности серийного воздушного радиатора (плоские, корндорко расположенные трубки наружного сечения 18x3 мм, шаг трубок 10 мм, шаг пластин 12 мм) , получена критериальная зависимость, характеризующая теплоотдачу на наружной сребренной стороне

5(;.ргг/з „ р,01446-1{е"0-1гб3 (3)

с пределами применимости 7000 < йе 4 12200 и для поверхности внутри трубок получека критериальная зависимость, характеризующая

аэродинамяческое сопротивление

Ей - ЮО-Ке"1 -а/<1 (4)

с пределами применимости 4000 < Р.е < 6600; в формуле (4) а - длина трубок, й - эквивалентный диаметр;

й) пля 6-ти лопастного штатного зентилятора (Д^ = 680 мм, угол закрутки лопастей 35°) получена эмпирическая зависимость для определения объемной подзчи

увеи,- = 0,54 + + 0.04-Ре -. 0,00015-п - Рд , Ь^УО (5)

где п. мин"1; Ре , МПа;

зависимость (5) получена для условий установки перед вентилятором 6-ти ряднсго трубчато-пластинчатого водяного радиатора и 2-х рядного воздушного радиатора;

в) по данным испытаний дизеля с воздушным ресивером в развале блока цилиндров на скоростном режиме 2100 мин"1 получена обобщенная эмпирическая зависимость для определения коэффициента.наполнения

% " 0,83.+ 0,24-(Р8 - 0,22) + 7.б1-1С~4Чз , (6)

где Рз, МПа : г,з - температура воздуха перед ресивером, °С;

г) получены обобщенные данные об уровнях рассеивания теплоты и сопротивлений в воздушных трубопроводах, системы ОНВ, сопротивлений

■впускной системы перед компрессором и показателя политропы сжатия воздуха в компрессоре.

Раздел пятый посвящен анализу результатов расчетного исследования двухступенчатой и одноступенчатой систем ОНВ и результатов сравнительных испытаний дизеля с серийной и двухступенчатой системами ОНВ.

В результате расчетного исследования:

а) Установлено, что целесообразность применения двухступенчато -го ОНВ наступает при давлениях наддува Ра > 0,2 МПа.

5) Решена оптимизационная задача по минимизации суммарной массы Мг и суммарного объема теплообменников двухступенчатой системы, ОНВ для ряда сочетаний Р и имеющих-практическое значение: Рд = 0,20 , 0.22 , 0,24 и 0,26 МПа, I = 50. 55,. 80 и 65° С. Варьируем;;-

ки размерами были длина холодильника и глубина радиатора ь . Остальные их размеры были выбраны конструктивно и принимались в расчете неизменными. В качестве независимой переменной был выбран размер & . При заданных уровнях Ра и са значение Нр является однозначной функцией I* .

В диссертации анализируются целевые функции м*;Ц1х) и (П,) и зависимости других параметров системы от 1) . Показана целесообразность решения "оптимизационной задач!! только по критерию М£т1Е. т.к. при этом практически удовлетворяется и условие V 1п. Установлено. что при Ра « 0,20. ..0.26 МПа в диапазоне 18 - 52... 57е С существует значение при котором'оптимальная глубина радиатора Ьр(0ятИИ.) Равна глуСш,е серийного радиатора. Ьр(серивц , = 47 мм. Отсюда следует вывод о том, что оптимальная длина холодильника П , „ „„ . ножет быть определена для-каждого уровня Р. при условии

Х-1 ОиТНИ • / в

сохранения серийного воздушного радиатора, если одним из условий . оптимизации принять температуру 1в*. На этом условии разработаны практические рекомендации, которые помещены в таблице.

в) В целях обоснований выбора; пути повышения охлаждающей эффективности существующей системы ОНВ был выполнен сравнительный расчет: "исходное положение - серийная система ОНВ; путь первый - увеличение числа рядов трубок воздушного радиатора и путь вторсй -' установка дополнительно к 2-радному серийному радиатору поде-воз-душного -холодильника различной • длины • й . Расчет показал (см. рис.3), что .во втором случае заданный уровень гя достигается при значительно меньшим суммарном объеме теплообменников У£ я потому второй путь налается более рациональным, несмотря на несколько больший уровень потерь давления наддувочного воздуха.

В соответствии с рекомендациями, сделанными на основании решения оптимизационной задачи, был спроектирован и изготовлен возду-хо-жидкостный холодильник с длиной остова « 254 мм при поперечном сечении 15вх90 мм, а также спроектированы и изготовлены другие узлы и детали 2-ступенчатой системы ОНВ.

Основные результаты сравнительных испытаний дизеля 6 ЧН 13/12 с -серийной и 2-ступенчатой системами ОНВ, проведенных в ГСКБД, представлены на рис.4. По этим данным кратко можно констатировать следующее:

а) двухступенчатая система обеспечивает более глубокое охлаждение воздуха на всех эксплуатационных нагрузках от максимальной до хоягвтого хода; на номинальном режиме (170 кВт. 2100 мин"1) понижение ^ составило 18 К; более низкий уровень г обеспечил снижен

ние расхода топлива двигателем в диапазоне нагрузок 70...1003 от номинальной (включая нагрузки с минимальным удельным расходом топ-пива) на 4 г/(кВт•ч) или на 1.7%; на остальных нагрузках улучшение экономичности дгчгагьля проявляется в меньшей степени, а на холостом ходу расход топлива при обеих системах одинаков;

Таблинз

Результаты решения оптимизационной задачи по критерию М 1п при условии сохранения серийного воздушного радиатора. I -= 35°С.

1 ■ 1 1 Давление наддува Рз, МПа 0.20 0.22 0,24 1 1 1 0.261

1 Температура воздуха нз выходе -! системы ОНВ Ь ', °С 9 52.5 53,5 55.0 55,5 I 1 1

! Длина холодильника П.,„„.„„ ,, л{ОПТИЦ . / 1 мм Р 50 300 350 : 1 450 I 1 1

1 Потери давления воздуха в хсло-! днлышке &Рх, кПа 1.83 ■ 2.52 3,32 1 4,70! 1 1

1 Суммарные потери давления надду-1 вочнсго воздуха в системе 1 (Рк - Р3). к.Па 12.0 13,9 15,8 1 1 18, 2 I I 1

( Масса остова холодильника М .кг 2,21 2.66 3.10 1 3, 991 1

! Объем остова холодильника Ух,дм3 3.5 1.2 4.9 0.3 |

| суммарная масса сстоеов теплооб-| менников М£. кг (минимизировал-I нал) 9.41 9, 86 10,30 | 11,191 1 1

I Суммарный объем остовов тепло-| обменнпков 1/1. дм3 1 ... ........... ...------1 23.8 24.5 25.2 1 26,6 1 л | !

б) при двухступенчатой системе снижается температура газов перед турбиной 1; в отношении примерно -61 « Я. что служит косвенным свидетельством снижения теплонапряжеиности деталей, соприкасающихся с горящими газами;

з) при двухступенчатой системе рабочий процесс осуществляется при более высоком коэффициенте избытка воздуха, что в сочетании с уменьшением удельного расхода топлива и снижением температуры газов ^ косвенно свидетельствует об' улучшении полноты сгорания • и уменьшении вредных выбросов в атмосферу с отработавшими газами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТИ

1. Разработана методика и 'программа для звй расчетного исследования двухступенчатой системы ОНВ, позволяющая решать частные оптимизационные задачи по минимизации суммарной массы и суммарного объема теплообменников системы.

, 2. Выполнен комплекс экспериментальных работ, по результатам которых осуществлена идентификация разработанной математической модели двухступенчатой системы ОНВ по опытным данным, что позволило внегшшть достоверные расчетные исследования системы и одновременно получить новые обобщенные зависимости для ряда параметров' исследуемого дизеля, имездие самостоятельное значение для инженерной практики.

.3. Разработаны методики и программы да ЭВМ обработки результатов тепло- и аэродпнамичс-скр испытаний охладителей наддувочного воздуха на базкоториом и моторном стендах, -что дало возможность получить в критериальных зависимостях новые научные данные, характеризующие теплоотдачу и аэродинамические сопротивления для двух разновидностей трубчато-пластинчатых теплообменных поверхностей, используемых в воздухо-аидкостном холодильнике и воздушном радиаторе.

4. На основе решения -с помощью ЭВМ оптимизационной задачи по миныизации суммарной массы теплообменников двухступенчатой системы ОНВ разработаны рекомендации по выбору длина холодильника (при зядгшных конструктивно.его поперечных размерах) в зависимости от давления наддува и при условии сохранения существующего (серийного) двухрядного воздушного радиатора.

■ .5. Установлено, что двухступенчатое•ОНВ целесообразно применять пр'и давлениях надд>ва выше 0.2 МПа и что в этих условиях оно обеспечивает существенно более глубокое (на 20...30 К и более - в за-

висиности от уровня надзува) охлаждение воздуха в сравнении с серийной системой.

6. По результатам решения оптимизационной задачи спроектирован и изготовлен компактный высокоэффективный воздухо-яидхостный холодильник, что поззолило создать для автобусного дизеля 6 ЧН 13/12 принципиально новую двухступенчатую систему ОКВ при использовании существующего воздушого радиатора.

7. сравнительные испытания дизеля 6 ЧН 13/12 показали, что ври установке двухступенчатой системы Достигается более низкий уровень температуры поступающего в цилиндры воздуха,, что приводит к существенному снижении расхода топлива на всех эксплуатационных нагрузках (на высоких нагрузках - на 1,7%. на малых и средних нагрузках - в среднем на 1%).

Проведенными испытаниями двухступенчатой системы 0НБ*на двигателе .доказаны не только возможность практического . осуществления, но и экономическая целесообразность ее применения при высоких дав-, лениях наддува.

По теме диссертации опубликованы следующие работяг

1. Рябикин В. Г.,' Харченко А. И.. Мохамад Махмуд. К вопросу с критериях оценки качества охладителей наддувочного воздуха транспортных дизелей. . Тёзисы докладов на Респ.н -т.конфер. "Конверсия производства деталей двигателей внутренкенго сгорания". - Харьков: ХОР. БИТОМ. 1991, - 1470.

2.'. Харченко А. И.. Рябикин В. Г., Мохамад Махмуд. Оптимизация размеров водо-воздушного охладителя и воздушного, радиатора системы автоматического регулирования температуры наддувочного воздуха дизеля 6 ЧН 13/12. Тезисы докладов на меядунар.н.-т.конфер. "Компьютер: наука, техника, технология, здоровье". - ХарькоЕ, Иишкпльц: ХПЙ.МУ, 1993. - 248с. ' '

3. Строков А.П., Сергиенко H.A.. Харченко А.И., Мохамад М. Двухступенчатое" охлаждение наддувочного, воздуха на автотракторном дизеле. Международной сельскохозяйственный журнал. № 1. 1994.

тт.

Г"

11;:я: »¿гп чг

и

Рис. 1. Схемы систем охлаждения надлувочгаго воздуха дизеля 6 ЧН 13/12: а)серийная одноступенчатая система: б)двухступеьчатая система. 1 - дизель; 2 - турбокомпрессор; 3 - бояо-воздуеный охладитель: 4 - примерный щиток водителя; 5 - заслонка: 6 - электро-мэханический привод эаслонют; 7 - водяной радиатор; 8 - воздушный радиатор: 9 - вентилятор: 10 - водяной насос сисчемы охлаждения двигателя: 11 - жиклер.

I-ый итерационный узел: попйрочпый тепловой расчет холодильника

йсхсдзыв дынные: техническая хорегстзриси-кка

холодильника п деигвтэлл, Ps, t , V. ^(р ,n),

m, Qg^t), Mux(RB)f n, Pa, в?8С°я(а"), VV'*.

Предварительная оценка: V , t ,р ,t — у---___íl_x.gp' я.ер в.cp

Опр&дэлйнив: t',t«,t»,t -t

X S 9 X*Cp я>ср

2-ой итерационный узел А. Ксясгрукторс&иД тепловой расчет, радиатора Б. Аэродинамический расчет систем^

а

Конструкторский т«плозой расчет радиатора Исходные донйыэ: техническая характеристика радиатора(без V ,0« (t) ,0« (t} (Ее)'7BeBi (n'p»5 F .

9

Предварительная оценка: P

----------EJL£J>_________

Спроднлениа: h, ,Kj.»7s

Б

А эр d д;гкш;тсе сратй расчет -системы Исходные данные: конструкция воэдуякых Патрубков,

(Ke),cn2(Re),53í(Re). Прэдзо^итвльная оценка: Ра1 .„.Рц..

Опсвделоюте: Р- ,Р ,Р ,Р_, ,?., ,Р„_ • я' ч.ср' г.УР ¡II.cp Е2.СР СЭ.

ср

Вывод яа печпть значений оптишапрусмш: псраметров холодадмшва и радиатотза, целевых функций и основных параметров работы сястеш

Рис.2 Cxei.'o алгоритма расчета двухступенчатой систамн ОТО при роквнж: оптимизационной задачи по вноору рззмороЕ толо-fízjiwnxa и радяатерз

(¡=0t2QMIlo.

(¡*0.22 МПа

Л£ I J

Рис, 3. Изменение температуры наддувочного воздуха на выходе из окатом t* и суммарных потерь даьления воздуха в системе ДР£ при у и чонич суммарного объема остовов теплообменников систем ■ОНВ V? за счет: '

а,увеличения числа радов трубок воздушного радиатора (кривые 1)-0)установки ьодо-воздушного хсшдшвдика различной длины h-/ ифиииу g).

ТоШс(

Рис. 4. Изменение показателей дизеля б ЧН 13/12 но нагрузочной характеристике П-21ГО мин-1, при работэ с серийной н двухступенчатой системами ОКИ. .

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата .технических наук

на тему

ПОЗЫЖШЕ ТОПЛИВНОЙ ЭКСНОШЧИООТИ ДГОЕЯЯ 6 ЧН 13/12 С ЕНХЖИМ НАДДУВШ ЗА СЧЕТ ПРШЕНЕНИЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НАДДУВОЧНОГО 806ДУХА

ШХАШД МАХМУД

Ответственный за выпуск к.т.н. И.Р. Мувдобаев

Оодписано к печати 4.05,94г. Формат 60x84 1/16 Ойьем Х.О усл.- печ. 1.0 уч.- изд.л. Тир. 100

О ¿К.'" [).___•___

Участок оперативной пвчаги ХГАУ иы.З.В.1окучаеаа