Повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов

• Автор: Коваленко, Юрий Федорович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 203 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Основные условные обозначения и сокращения

Введение
Глава 1. Возможности повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов (состояние вопроса)
1.1. Возможность и целесообразность использования теплоты отработавших газов двигателей внутреннего сгорания для повышения их мощностных, экономических

и экологических показателей

1.2. Системы утилизации теплоты отработавших газов

двигателей внутреннего сгорания

1.3. Постановка цели и задач исследования

Глава 2. Физическая модель силовой установки,

включающей поршневой ДВС и систему утилизации

теплоты его отработавших газов
2.1. Принципы системного анализа установок
двухуровневого использования теплоты
2.2. Особенности исследуемой силовой установки
как многоуровневой технической системы
2.3. Процессы, происходящие в утилизационной системе
2.3.1. Тепловой аккумулятор
2.3.2. Утилизационный двигатель
2.4. Показатели для оценки эффективности
силовой установки, включающей поршневой ДВС и систему утилизации теплоты его отработавших газов

Глава 3. Математическая модель утилизационной системы
3.1. Математическая модель процесса теплообмена
в тепловом аккумуляторе с фазовым переходом
3.2. Математическая модель индикаторного процесса утилизационного поршневого двигателя
с внутренним объемным парообразованием
Глава 4. Экспериментальная установка. Программа и методика
исследования
4.1. Экспериментальная установка
4.1.1. Стенд для изучения процессов теплообмена
^ в тепловом аккумуляторе
4.1.2. Экспериментальная установка для исследования процессов
в силовой установке
4.2. Программа и методика экспериментального исследования
4.2.1. Методика проведения первого этапа экспериментального исследования
4.2.2. Методика проведения второго этапа экспериментального исследования
4.2.3. Методика проведения третьего этапа экспериментального
♦ исследования
4.2.4. Методика проведения четвертого этапа экспериментального исследования
Глава 5. Результаты экспериментального исследования
5.1. Влияние регулировочных и эксплуатационных характеристик утилизационного двигателя на частоту вращения его коленчатого вала, на характер процесса сжатия в нем, дымность
и токсичность отработавших газов силовой установки
5.2. Оценка адекватности математической модели утилизационной
* системы

5.2.1. Оценка адекватности математической модели
теплового аккумулятора
5.2.2. Оценка адекватности математической модели рабочего процесса утилизационного двигателя
5.3. Исследование рабочего процесса утилизационного двигателя
5.4. Изменение мощностных, экономических и экологических показателей дизеля КамАЗ-740 при утилизации теплоты
его отработавших газов
Заключение
Использованная литература
Приложения
Приложение 1. Принципиальная структура математической модели
утилизационной системы
Приложение 2. Оценка погрешности измерений
Приложение 3. Матрица планирования эксперимента. Оценка адекватности блока математической модели утилизационного
двигателя
Приложение 4. Распределение нагрузок при работе дизеля КамАЗ-
на режимах, соответствующих условиям городской эксплуатации
Приложение 5. Расчет экономического эффекта от снижения расхода топлива и повышения экологических показателей
силовой установки
Приложение 6. Акты использования материалов диссертации
Проведенные расчеты [127] подтвердили, что процесс испарения пленки воды со стенок, нагреваемых извне, весьма эффективен и может быть реализован при внешнем обогреве цилиндров ОГ силовых и теплогенерирующих установок.
Другим возможным вариантом утилизации тепловых «потерь» с ОГ является использование поршневого двигателя (рис. 4.6), в цилиндр которого поступают ОГ ПДВС, сжимаются и в них впрыскивается вода [63]. Расчеты показывают, что температура в конце сжатия может достигать 1500 °С и более. Распыленная в объеме внутрицилиндрового пространства вода в этих условиях интенсивно испаряется, рабочее тело расширяется, производя полезную работу. В результате увеличивается общая мощность СУ (включающей ДВС и утилизационный двигатель), снижается удельный расход топлива. При указанной выше температуре компоненты парогазовой смеси, находящиеся в цилиндре, после впрыскивания в него воды претерпевают сложные изменения. В результате после прохождения ОГ ПДВС через утилизатор токсичность этих газов будет снижаться [71, 72, 74]. Большое количество подобных утилизационных систем было разработано на кафедре двигателей ЧВАИ [68, 73, 118, 121 - 125, 146-149 и др.].
1.3. Постановка цели и задач исследования
Приведенные в разделе 1.1 материалы убедительно свидетельствуют о больших «потерях» энергии, которыми сопровождается работа ПДВС. Эту энергию можно утилизировать. Весьма важным направлением при утилизации потерь энергии является использование ее для выработки дополнительной работы. Существует целый ряд технических систем, которые могут быть использованы в указанных целях.
Эффективность применения той или иной системы утилизации можно оценить разными способами. В настоящее время утилизационные установки сравниваются по отдельным технико-экономическим показателям, но каждая такая установка представляет собой сложный технический комплекс узлов и