Введение к работе
Актуальность работы. Решение проблемы получения высоких энергетических характеристик компрессоров при их создании или модернизации и проблема перехода на перспективные экологически безопасные холодильные агенты требует научно-технического обоснования новых эффективных методов и технологий проектирования.
При этом желательно свести к минимуму затраты, связанные с принципиальным изменением конструкции компрессорных машин и переоснащением производственной базы в связи с применением новых холодильных агентов.
Эффективность работы систем кондиционирования автотранспортных средств во многом определяется энергетическими показателями используемых в них холодильных компрессоров.
Так как проблема перехода на новые озонобезопасные рабочие тела и связанная с ней проблема повышения энергетических показателей холодильных компрессоров остается нерешенной, то необходимо расширить теоретические и экспериментальные исследования в данной области.
Теоретические исследования параметров компрессорных машин, в целях повышения их производительности, реализуются на основе математического моделирования рабочих процессов, протекающих в них. При моделировании рабочих процессов в компрессорах объемного принципа сжатия будет использована методология термодинамики тела переменной массы (термодинамика открытых систем), к достоинствам которой следует отнести то, что она кроме термогазодинамики, включает динамику механизмов с их основными конструктивными параметрами. Последнее делает возможным использовать построенные математические модели как для решения прямых задач (расчет рабочих процессов), так и обратных (оптимизация по тому или иному критерию качества).
Учитывая вышесказанное, тема исследований диссертационной работы является актуальной.
Работа проводилась в рамках проекта «Теория моделирования роторно-поршневых двигателей», поддержанного грантом Министерства образования РФ №Т02-13.0-513.
Цель работы - повышение энергетических показателей компрессоров для систем кондиционирования транспортных средств на основе определения их оптимальных конструктивных параметров.
Объектом исследования являются компрессоры объемного принципа сжатия, широко используемые в транспортных системах кондиционирования.
Предметом исследования являются тепломеханические процессы, протекающие в объемных компрессорах.
Метод исследования, используемый в работе - комплексный, основанный на совокупном применении методов термодинамики открытых систем и теплообмена, конструктивной оптимизации, газовой динамики, эксперимента с широким
использованием ЭВМ.
РОС. НАЦИОНАЛЬНА* , БИБЛИОТЕКА ]
Общетеоретическую базу исследований составили научные труды М.А. Мамонтова, М.Ю. Елагина, П.И. Пластинина по математическому описанию рабочих процессов в компрессорах объемного принципа сжатия, труды В.П. Хохрякова, М.А. Крамаренко по разработке методики теплового расчета системы кондиционер-кабина транспортного средства, НА. Керимова, Г.М. Кулиева,Ф.М. Керимова по методам оптимизации параметров ротационных компрессоров.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечены физически обоснованными допущениями, адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми составило не более 8%. Автор защищает:
-
Разработанные математические модели компрессоров объемного принципа сжатия (ротационных пластинчатых двухкамерных, роторно-поршневых, аксиально-поршневых), широко используемых в системах кондиционирования автотранспортных средств
-
Методики определения начальных значений оптимизируемых конструктивных параметров компрессоров объемного принципа сжатия (ротационных пластинчатых двухкамерных, роторно-поршневых, аксиально-поршневых).
-
Математическую модель расчета суммарных теплопоступлений в кабину автотранспортного средства, позволившую определить требуемую холодо-производительность компрессора с учетом экстремальных условий и режимов эксплуатации системы кондиционирования.
-
Методику расчета оптимальных конструктивных параметров ротационного пластинчатого двухкамерного компрессора.
Научная новизна работы заключается в создании методики оптимального проектирования компрессоров систем кондиционирования автотранспортных средств на основе исследования разработанных математических моделей, построенных на принципах методологии термодинамики открытых систем.
Научная новизна работы представлена следующими результатами.
разработаны математические модели ряда холодильных компрессоров объемного принципа сжатия, построенные на основе методологии термодинамики тела переменной массы и учитывающие особенности их работы в системах кондиционирования;
разработана методика проектирования, позволившая оптимизировать конструктивные параметры объемных компрессоров на основе исследования их математических моделей;
разработана математическая модель расчета суммарных теплопоступлений для определения требуемой холодопроизводительности компрессора с учетом условий и режимов эксплуатации систем кондиционирования;
- получены аппроксимационные зависимости для учета влияния солнеч
ной радиации.
Практическая ценность. Определены оптимальные конструктивные параметры ротационного пластинчатого двухкамерного компрессора при использова-
ний в качестве рабочего тела озонобезопасного холодильного агента R134a. обеспечивающие повышение холодильного коэффициента, для требуемой холодопро-изводительности 7 кВт, на 25%. Разработан алгоритм и программа расчета оптимальных конструктивных параметров ротационного пластинчатого двухкамерного компрессора системы кондиционирования автотранспортных средств, обеспечивающих повышение энергетических показателей на различных холодильных агентах.
Реализация результатов работы. Методика оптимизации ротационного пластинчатого двухкамерного компрессора для автомобильного кондиционера на озонобезопасном холодильном агенте R134a внедрена на предприятиях АО «Ту-лавтотранс».Основные научно-практические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в курсах: "Теплогазоснабжение, вентиляция, и кондиционирование", "Теплотехника" и в учебно-техническом центре "Энергоэффективность" .
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на двенадцатой научной межвузовской конференции "Математическое моделирование и краевые задачи" в г. Самаре в 2002г; на международной конференции "Прогресс транспортных средств и систем - 2002" в г. Волгограде, на международной конференции "Энергосбережение - 2002" в г. Туле, на ежегодных научно - технических конференциях профессорско- преподавательского составаТулГУ (1999 - 2003 гг.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, состоящего из ПО наименований и 5 приложений, в которых приведены исходные тексты программ и результаты расчетов, содержит 149 страниц машинописного текста, 24 таблицы, 32 рисунка.
