РАЗДЕЛ 2
МЕТОДЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ В СУДОВОМ ДВС С КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА
2.1. Основные методы и общая методика исследования
В современных турбопоршневых ДВС охлаждение наддувочного воздуха обеспечивается применением традиционных систем охлаждения с рекуперативными теплообменниками. Наиболее высокие параметры охлаждения для таких систем реализуются в так называемых малорасходных или низкоскоростных системах (Slow flow system), где К.П.Д. системы охлаждения наддувочного воздуха достигает значений 0,8...0,85. При температуре окружающего воздуха t0 = 20...40 оC, соответствующей условиям тропиков, такие системы обеспечивают температуру воздуха в ресивере ts около 59...90оC [15, 44, 49, 92]. Обеспечение более низких температур способно существенно улучшить ряд показателей двигателя при условии, что для этого не потребуются чрезмерные затраты энергии, а также при приемлемом усложнении конструкции. Очевидно, что реализация более низких, чем указанные выше, значений ts, в рекуперативных системах охлаждения практически невозможно, поэтому реализация задачи дальнейшего снижения температуры должна быть связана с применением холодильных циклов.
Исследование процессов в судовом ДВС с КСОНВ, которая включает в себя внутреннее охлаждение за счет испарения впрыскиваемой в компрессор воды и последующее дополнительное охлаждение воздуха в турбодетандере, имеет ряд особенностей.
Прежде всего, эти особенности связаны с характером самих процессов, протекающих в двигателе, оборудованном КСОНВ. Несмотря на длительную практику применения охлаждения наддувочного воздуха в турбопоршневых двигателях, этот механизм недостаточно освещён в литературе. Считается, что воздух охлаждают главным образом для повышения его плотности. Это должно обеспечивать возрастание воздушного заряда цилиндра почти прямо пропорционально давлению наддува [15, 16, 17, 49, 54]. Возрастание воздушного заряда в таком случае может быть использовано либо для повышения цикловой дозы топлива при неизменном коэффициенте избытка воздуха, либо для увеличения коэффициента избытка воздуха при неизменной цикловой дозе. В первом случае увеличивается уровень форсирования двигателя по среднему эффективному давлению pe, во втором случае улучшаются экономичность (снижается эффективный расход топлива на номинальном режиме ge) и экологические показатели двигателя. Возможно совмещение обоих задач, когда в определённой мере обеспечиваются соответствующие изменения эффективности, экономичности и экологических параметров по отношению к двигателю с иной глубиной охлаждения наддувочного воздуха. Соответственно уменьшение температуры воздуха на всасывании в цилиндры двигателя ведёт к изменению параметров рабочих процессов, образующих цикл поршневой части двигателя, и к изменению температуры отходящих газов, что изменяет параметры работы агрегата наддува. Наиболее важным представляется то, что изменяются составляющие теплового баланса двигателя. Известно, что интегральный результат воздействия охлаждения воздуха на все указанные элементы обычно оказывается положительным. В то же время остаётся неясным, какой из указанных выше факторов влияния является наиболее интенсивным, в каком направлении оказывается соответствующее влияние.
Очевидно, что для исследования рабочего процесса в двигателе с предлагаемой КСОНВ необходимо проверить справедливость выдвинутых предположений. Это можно сделать несколькими методами. Наиболее эффективный из них - системный анализ, который позволяет проанализировать, с использованием объективных критериев сравнительной эффективности, влияние действующих в рабочем объеме двигателя факторов на показатели двигателя.
Метод сопоставления влияния на процессы в ДВС таких факторов, как изменение давления и температуры воздуха на входе в цилиндры, перераспределение составляющих теплового баланса и т.д., позволяет сделать предположение о правомерности принятых допущений. Однако, основываясь только на данных такого сопоставления, невозможно однозначно утверждать, что один и тот же фактор будет одинаково влиять на процессы в ДВС, как в известных системах охлаждения наддувочного воздуха, так и в КСОНВ. Это следует из того, что имеются существенные различия в протекании рабочих процессов в ДВС, использующих указанные выше системы охлаждения наддувочного воздуха.
Как показал анализ литературных источников, приведенный в первом разделе, рабочие процессы в ДВС изучены достаточно хорошо только в случае использования традиционной рекуперативной системы охлаждения наддувочного воздуха, в то время как в двигателях, использующих КСОНВ, эти процессы изучены недостаточно.
Принятый метод сопоставления позволяет:
- проанализировать влияние на характер рабочих процессов в ДВС факторов, связанных с использованием глубокого охлаждения наддувочного воздуха, которое осуществляется КСОНВ термодинамически связанной с циклом двигателя;
- систематизировать и проанализировать предлагаемые способы организации процесса глубокого охлаждения наддувочного воздуха, определить наиболее оптимальные схемные и конструктивные решения для реализации в практике проектирования судовых ДВС.
Анализ недостатков, свойственных известным системам охлаждения наддувочного воздуха [22, 43, 44], и сопоставление действующих факторов показали, что эффективность глубокого комплексного охлаждения зависит от следующего:
- соотношения между затратами энергии на внутреннее охлаждение воздуха в компрессоре ТНА и увеличением полезной работы цикла ДВС;
- соотношения между затратами энергии на турбодетандерное охлаждение воздуха и увеличением полезной работы цикла ДВС;
- перераспределения составляющих теплового баланса в сторону увеличения количества тепла, преобразуемого в полезную работу и снижения тепла, отводимого в систему охлаждения двигателя и с выпускными газами.
- характера и закона подвода теплоты в термодинамическом цикле ДВС с КСОНВ.
Метод прямой аналогии между процессами в ДВС с рек
- Київ+380960830922