РАЗДЕЛ 2
МЕТОДОЛОГИЯ И ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Методология диссертационных исследований
Комплексное решение научно-прикладной проблемы разработки научно-технических основ создания судовых энергетических установок на базе альтернативных топливно-энергетических ресурсов путем рациональной организации процессов энергопреобразования в СЭУ, ее подсистемах и технологических процессах производства альтернативного топлива с использованием вторичного тепла СЭУ требует разработки теоретических основ построения СЭУ такого типа, соответствующих схемных решений СЭУ, подсистем и оборудования, а также методологии определения рациональных параметров СЭУ. Комплексность и масштабность проблемы иллюстрируется технологической картой научных исследований (рис. 2.1).
Необходимость снижения величины топливной составляющей затрат по эксплуатации судов и реализации мероприятий по выполнению требований законодательных актов по применению альтернативных топлив определяет запрос практики, направленный на повышение эффективности использования судов. Из него вытекает цель диссертационной работы - повышение эффективности судовых энергетических установок на базе АТЭР путем утилизации их вторичных энергетических ресурсов в технологических процессах получения альтернативного жидкого топлива.
Рабочей научной гипотезой диссертационного исследования является предположение, что использование вторичных энергетических ресурсов СЭУ для производства топлива из АТЭР позволит существенно повысить эффективность преобразования энергии в СЭУ.
Рис. 2.1 - Технологическая карта научных исследований: ВЗ - вспомогательная задача; НР - научный результат Подтверждение рабочей научной гипотезы требует решения следующих главных задач исследования:
ГЗ 1 - формализация описания и математическое моделирование СЭУ на базе альтернативных топливно-энергетических ресурсов и исследование влияния факторов окружающей среды и параметров СЭУ на показатели ее энергетической эффективности;
ГЗ 2 - определение резервов совершенствования эффективности процессов энергопреобразования в СЭУ на базе АТЭР и определение рациональных значений параметров оборудования;
ГЗ 3 - изучение методами физического моделирования параметров рабочих процессов в оборудовании и подсистемах СЭУ на базе АТЭР.
Решение главных задач диссертационного исследования обеспечивается выполнением ряда вспомогательных задач:
1.1. Синтез схемных решений СЭУ на базе АТЭР.
1.2. Создание топологических моделей СЭУ на базе АТЭР.
1.3. Формализация связей между элементами и подсистемами СЭУ.
1.4. Разработка математической модели СЭУ на базе АТЭР с адекватным отображением взаимосвязей процессов энергопреобразования, параметров подсистем и элементов СЭУ.
2.1. Установление методами математического моделирования влияния схемных решений энергетической установки на показатели эффективности СЭУ.
2.2. Выявление влияния факторов окружающей среды на показатели эффективности СЭУ.
2.3. Установление взаимосвязей термодинамических, гидравлических и технологических параметров СЭУ на базе АТЭР.
2.4. Определение рациональных параметров СЭУ на основе комплексного исследования методами математического моделирования совместного функционирования подсистем СЭУ.
3.1. Создание физических моделей элементов и подсистем СЭУ на базе альтернативных топливно-энергетических ресурсов.
3.2. Создание экспериментальных стендов для изучения процессов в элементах СЭУ, а также компьютеризированной системы измерения и регистрации данных.
3.3. Выявление экспериментальными методами закономерностей влияния параметров технологической подсистемы СЭУ на ее показатели и свойства получаемого альтернативного топлива.
3.4. Установление показателей рабочих процессов судовых тепловых двигателей, использующих альтернативное топливо, полученное в технологической подсистеме СЭУ.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования предположительно могут дать следующие новые научные результаты:
1.1. Определение рациональных схемных решений СЭУ на базе АТЭР.
1.2. Установление диапазонов температур окружающей среды, в которых достигают максимальных значений эффективные показатели СЭУ и их зависимости от схемного решения и параметров оборудования СЭУ.
1.3. Выявление закономерностей влияния параметров подсистем на показатели энергетической эффективности СЭУ.
1.4. Установление влияния схемного решения СЭУ на базе АТЭР и параметров оборудования СЭУ на тенденции влияния параметров подсистем СЭУ.
2.1. Установление резервов совершенствования процессов энергопреобразования в СЭУ, использующих АТЭР, на базе решения задачи оптимизации параметров.
2.2. Определение рациональных значений параметров СЭУ и их взаимосвязи с характеристиками оборудования СЭУ на базе АТЭР.
2.3. Установление тенденций изменения рациональных параметров СЭУ при отклонении ряда параметров от оптимальных значений.
3.1. Выявление величины удельных затрат энергии на получение альтернативного топлива в технологической подсистеме СЭУ и параметров альтернативного топлива, а также их взаимосвязи.
3.2. Изучение влияния применения альтернативного топлива на показатели рабочего процесса и экологические характеристики судового ДВС.
3.3. Установление особенностей рабочего процесса и экологических показателей ГТД при использовании получаемого альтернативного топлива.
Обобщение полученных результатов позволит сформулировать новые научные положения.
В процессе работы планируется получение следующих практических результатов, направленных на удовлетворение запросов практики:
1. Разработка методологии создания СЭУ на базе альтернативных топливно-энергетических ресурсов и методики обоснованного выбора и оптимизации параметров технологических процессов, устройств, оборудования.
2. Разработка алгоритмов расчетов и реализующего их программного обеспечения, позволяющих на стадии проектирования решать задачу выбора рациональных соотношений параметров технологических процессов, подсистем и энергетического оборудования СЭУ