Разработка и повышение эффективности многоконтурных систем охлаждения энергетических установок

• Автор: Байгалиев, Борис Ергазович
• Шифр специальности: 05.04.02, 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Оренбург
• Количество страниц: 328 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Тенденция развития системы охлаждения теплосиловых установок.

1.2. Методы расчета многоконтурных систем охлаждения

1.3. Особенности аэродинамики вентилятора в моторном отсеке.

1.4. Влияние засорения воздушных каналов сердцевины радиаторов на эффективность системы охлаждения

1.5. Методы интенсификации теплообмена в теплообменниках теплосиловых установок

1.6. Методы оценки эффективности систем охлаждения

1.7. Применение полимерных материалов в системах охлаждения
1.8. Перспективные схемы радиаторов многоконтурных систем охлаждения
1.9. Цели и задачи исследования.
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
ТРУБЧАТОПЛАСТИНЧАТОГО И ТРУБЧАТОГО ТИПОВ
2.1. Исследование теплообменника трубчатопластинчатого типа
с плоскими пластинами
2.2. Исследование теплообменника трубчатопластинчатого типа
с микрозигованными пластинами
2.3. Разработка теплообменников из полимерных материалов
2.4. Алгоритмы оптимального проектирования многоконтурных систем охлаждения.
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МНОГОКОНТУРНОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕПЛОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ.
3.1. Синтез схемы размещения теплообменников в радиаторном блоке.
3.2. Математическая модель радиаторного блока с фронтальным размещением радиаторов и ее реализация на ЭВМ
3.3. Влияние тепловых и газодинамических факторов на параметры радиаторного блока
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЕНТИЛЯТОРА
МНОГОКОНТУРНОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
4.1. Исследование аэродинамических характеристик теплообменников трубчатопластинчатого типа с плоскими пластинами
4.2. Методика оптимизации параметров осевого вентилятора на
базе альтернативных аэродинамических схем
4.3. Экспериментальное исследование характеристик вентилятора
4.4. Сравнительный анализ результатов моделирования характеристик вентилятора на базе альтернативных аэродинамических схем в моторном отсеке фактора
4.5. Реализация результатов исследования в системе охлаждения фактора Т.
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОКОНТУРНОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
5.1. Разработка и обоснование критерия эффективности системы охлаждения
5.2. Экономикоматематическая модель многоконтурной системы охлаждения теплосиловой установки.
5.3. Определение и анализ функции цели при создании
многоконтурной системы охлаждения теплосиловой установки
5.4. Программа оптимизации показателей сердцевины радиатора
5.5. Разработка и анализ некоторых реальных типов отдельных теплообменников.
ГЛАВА 6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ, СОЗДАННЫХ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОПТИМИЗАЦИИ.
6.1. Разработка и анализ некоторых реальных типов отдельных теплообменников.
6.2. Исследование теплообменников из пластических масс.
6.3. Экспериментальное исследование радиатора отопителя автомобилей В 3 П , ВАЗ 4 с микрозигованными поверхностями
ГЛАВА 7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ОПТИМИЗИРОВАННЫХ МНОГОКОНТУРНЫХ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ.
7.1. Разработка и анализ некоторых реальных типов многоконтурных систем охлаждегия.
7.2. Техникоэкоиомнческис показатели системы охлаждения трактора Т.
7.3. Расчт и разработка макета конструкции сердцевины блока теплообменников системы охлаждения комбайна ПОЛЕСЬЕ
7.3.1. Исходные данные для расчета
7.3.2. Результаты расчета
7.4. Экспериментальная проверка блока теплообменников в аэродинамической трубе
7.5. Эксплуатационные испытания макета блока радиаторов
7.5.1. Объем испытаний
7.5.2. Результаты испытаний.
7.5.3. Выводы
7.6. Корректировка конструкции радиаторного блока по результатам испытаний макетных образцов
7.6.1. Результаты расчета параметров сердцевины при корректировке.
7.6.2. Аэродинамические испытания опытных образцов системы охлаждения.
7.6.3. Тепловые испытания опытных образцов системы охлаждения
7.6.4. Объем испытаний.
7.6.5. Выводы
7.7. Корректировка конструкции радиаторного блока по результатам испытаний опытных образцов на УЭС ПОЛЕСЬЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В свою очередь фронтовая поверхность существующих радиаторов, подвергающаяся воздействию загрязненного воздушного потока, может иметь либо решетчатое например, у радиаторов трубчатопластинчатого типа, либо щелевое у радиаторов из трубчатых пластин строение. Учитывая, что минимальные размеры воздушных каналов современных радиаторов 0,86,0 мм , то к числу мелкоструктурных загрязнителей относятся дорожная и почвенная пыль, сажа и т. Применяют несколько методов защиты радиаторов от внешних загрязнителей а фильтрация воздуха производится с помощью сеток, устанавливаемых в облицовку, расположенную перед радиатором, сетки задерживают крупноразмерные частицы загрязнителя, содержащегося в воздушном потоке б вентиляторы нагнетательного типа. Фронтальная поверхность радиаторов загрязняется, в основном, крупными фракциями, которые в самом нижнем слое имеют размеры, больше характерных размеров воздушных каналов. Радиаторы трубчатопластинчатого типа значительно больше подвержены засорению крупноструктурными загрязнителями, чем радиаторы из трубчатых пластин, фронтальная поверхность которых имеет щелевое строение. При загрязнении фронтальной поверхности радиатора происходит непрерывное увеличение толщины слоя загрязнения, вследствие чего повышается аэродинамическое сопротивление и уменьшается расход воздуха через радиатор. Стенки воздушных канатов но глубине радиаторов загрязняются преимущественно мелкоструктурными пылевидными фракциями. В работе рассмотрен механизм возникновения мелкоструктурных загрязнений. Анализ засоренности воздушных каналов сердцевины радиаторов показал, что стенки каналов неравномерно покрыты слоем мелкодисперсной пыли при этом наибольшая толщина слоя засорения расположена на выходе воздуха из каналов, постепенно уменьшаясь в направлении входа воздуха в каналы. Это объясняется тем, что на входе воздуха в каналы образуются пристенные вихревые системы, а профиль скорости является полностью заполненным. При движении воздуха вдоль каналов сердцевины радиатора в них постепенно нарастает ламинарный пограничный слой, а профиль скорости приобретает параболический вид прежде всего у стенки каналов. На выходе воздуха из каналов 1тс1, , где 1т длина воздушною канала, 1, эквивалентный гидравлический диаметр канала параболический профиль скорости практически сформирован, а толщина ламинарного пограничного слоя достигает максимального значения. При попадании пылевых частиц в область ламинарного пограничного слоя происходит их коагуляция и оседание на стенках каналов. Поэтому профиль сечения отложений на стенках вдоль канатов совпадает с развитием профиля скорости в канатах. На количество пыли, осевшей в каналах радиатора, влияют состав и вид загрязнения, скорость воздушного потока и конструкция поверхности охлаждения. Удельная загрязнясмость поверхностей охлаждения мелкоструктурными загрязнителями меньше при шахматном расположении трубок, чем при коридорном. Объяснение этого факта дано выше. При загрязнении радиаторов трубчатопластинчатого типа крупноструктурными за1рязнитслями происходит непрерывное и в зависимости от времени загрязнение, которое приводит к снижению тсплогидравлической эффективности радиаторов. При концентрации этих загрязнителей в воздушном потоке, равной 0,5 гм3, вода в системе охлаждения закипает через два часа работы в потоке, загрязненном половой, через 69 часов в потоке, загрязненном хвоей и торфяной крошкой. Загрязненность воздуха вокруг движущейся машины зависит от ее назначения, конструкции, скорости и условий движения, скорости и направления ветра и т. Необходимость защиты радиаторов от внешнего загрязнения оказывает известное влияние на конструкцию машин, особенно заметное на комбайнах и факторах сельскохозяйственного и промышленного назначения. В работе 7, посвященной исследованию влияния внешних загрязнителей на аэродинамические и тепловые характеристики водяных радиаторов, показано, что всего термического сопротивления при загрязнении радиатора определяется загрязнениями фронта и лишь отложениями пыли в воздушных каналах. Причем интенсивность зафязнения теплообменников с шахматным расположением фубок в 2 раза ниже, чем при коридорном , 7. Для повышения эффективности водяных радиаторов необходимо увеличить количество отводимого тепла.