Проектирование теплообменных аппаратов двигателей внутреннего сгорания на основе использования комплексного показателя совершенства

• Автор: Бурдастов, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 142 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Е Анализ процесса проектирования теплообменных аппаратов
ЕЕ Основные принципы проектирования
Е2. Обоснование выбора типа и конструкции теплообменного
аппарата
1.3. Расчет коэффициентов теплоотдачи для гладких и интенсифицированных поверхностей
1.4. Цели и задачи исследования
ГЛАВА 2. Разработка комплексного показателя совершенства
теплообменных аппаратов
2.1. Общая стратегия построения комплексного показателя совершенства теплообменных аппаратов и разработка
метода его определения
2.2. Разработка частных показателей совершенства теплообменных аппаратов
2.2.1. Основные свойства теплообменников
2.2.2. Показатель тепловой эффективности
2.2.3. Показатель гидравлической эффективности
2.2.4. Показатель массы и компактности
2.2.5. Показатель загрязняемости
2.2.6. Показатель надежности
2.2.7. Показатель прочности
2.2.8. Показатель экономической эффективное™
ГЛАВА 3. Математическая и компьютерная модель проектноконструкторского расчета теплообменных аппаратов
3.1. Общая характеристика модели и описание
головного модуля
3.2. Методика расчета определяющих температур
и температур стенки труб
3.3. Определение теплофизических свойств теплоносителей
3.4. Определение основных геометрических, режимных
и компоновочных параметров
3.5. Расчет коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи
3.6. Расчет коэффициентов гидравлического сопротивления
и перепада давления
3.7. Определение прочностных характеристик
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование труб с двусторонней
интенсификацией теплоотдачи
4.1. Общая методика проведения эксперимента
4.2. Обработка опытных данных
4.3. Результаты экспериментальных исследований
4.3.1. Гидравлическое сопротивление
4.3.2. Коэффициент теплопередачи
4.4. Анализ результатов экспериментальных исследований
ГЛАВА 5. Исследование компьютерной модели
и анализ результатов расчета
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В современных поршневых двигателях внутреннего сгорания (ДВС) вследствие необратимости процессов горения топлива и теплопереноса, неизбежности трения достигнуть эффективного КПД выше 0,36...0,4 в большинстве случаев невозможно, поэтому возникает необходимость теплоотвода. Большая часть теплоты, выделившейся при сгорании топлива, отводится от двигателя с отходящими газами, охлаждающей водой, смазочным маслом и атмосферным воздухом в соответствующих теплообменных аппаратах (ТА), от эффективности работы которых зависят техникоэкономические показатели двигателя.
Однако каким бы существенным не было влияние работы ТА на протекание рабочего процесса, теплонапряженность деталей цилиндро-поршневой группы и условия работы узлов трения, собственное совершенство охладителей имеет большое значение. Назначение ТА и условия его работы предопределяют состав исходных данных и накладывают на его конструкцию определенные ограничения, которые должны быть учтены при проектировании.
Проектирование ТА представляет собой сложный, трудоемкий и затратный процесс. Даже опытному конструктору необходимо рассмотреть не менее 5-6 вариантов конструкции ТА, прежде чем удастся отыскать приемлемые соотношения тех величин, которыми он задается: размер труб, шаг их расположения в трубной решетке, скорости теплоносителей и т.д. Различные комбинации этих величин приводят к существенно неравнозначным результатам расчета.
Средством совершенствования процесса проектирования теплообменника и единственным путем, позволяющим автоматизировать выбор проектного варианта, является применение оптимизирующих расчетов. При этом окончательный выбор осуществляется на основании значения некоторого критерия оптимальности, выражающего все достоинства аппарата. В качестве такого критерия в простейшем случае могут применяться самые разнообразные характеристики ТА, например, его стоимость, габаритные размеры или показатель теплогидравлической эффективности. При этом даже самые совершенные, в том числе комплексные критерии оптимальности зачастую иг-

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ
СОВЕРШЕНСТВА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
2Л. Общая стратегия построения комплексного показателя совершенства теплообменных аппаратов и разработка метода его определения
В главе 1 было отмечено, что для обоснованного выбора теплообменного аппарата той или иной конструкции необходим комплексный показатель, отражающий совершенство рассматриваемого ТА с точки зрения заказчика, а также применение которого исключало бы недостатки использования отдельных характеристик. Разработать такой показатель возможно путем использования основных положений системного анализа и теории принятия решений.
Наиболее простым и надежным способом построения комплексного показателя совершенства является применение линейной стратегии, используемой в теории решений. В этом случае комплексный показатель описывается аддитивной функцией [16]:
где и, - частные показатели, характеризующие отдельные свойства ТА, такие как тепловая эффективность, гидравлическая эффективность, надежность, прочность, засоряемость и т.д.; т - количество частных показателей;
/ - приоритет показателя;
а, - коэффициенты, отражающие относительную значимость частных критериев ( I) для заказчика.
Условием формирования аддитивного критерия является приведение частных показателей I}-, к единой шкале оценок. При этом каждому частному свойству системы (в данном случае системой является ТА) ставится в

(2.1)