Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
I. ОБЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЕЕ АНАЛИЗ; ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИС СЛЕДОВАНИЯ. 18
1Л. Состояние проблемы экологической безопасности автотранспортных средств,.. 18'
12\ Анализ вопросов технической эксплуатации автотранспортных средств в ус ловиях низких температур окружающей среды 52
1.3; Исследование состояния проблемы предпусковой тепловойтюдготовки двига телей городских автобусов в Санкт-Петербурге- 87
Г.ЗЛ. Экономическая оценка затратна предпусковую тепловую подготовку двига телей: 88
1.3:2. Оценка способов предпусковой тепловой подготовкидвигателей автобусов по показателям экологической безопасности. 99
1.3;3. Квалиметрическая оценка способов предпусковой тешювой подготовки дви гателей автобусов 105
1,4. Цель и задачи исследования 117
2: ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ'АНАЛИЗ ПРОТЕКАНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ТЕРМО ДИНАМИЧЕСКОГО ВДЮІАНАГ^ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ; 123
2.К Процессы газообмена 125
2.2. Процесс сжатия 130
2:3: Процесс сгорания: 137
2М. Индикаторные показатели. 144
2.5; Эффективные показатели. 146
2.6: Внешний тепловой баланс 149
2,7- Особенности функционирования систем и механизмов автотракгорных дизе лей в условиях низких температур окружающей среды 153
2,8; Анализ выбросов вредных веществ автотракторными дизелями в условиях низких температур окружающей среды на основе современных теоретических. представлений об образовании токсичных веществ 158
2.9, Выводы 171
3, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АККУМУЛИРОВАНИЯ ОТХОДЯЩЕЙ ТЕП ЛОТЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ АВ ТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ 176
3.L Физические основы аккумулирования теплоты 177
3.2; Научная концепция повышения технико-экологической безопасности авто транспортных средств, за счет аккумулирования отходящей теплоты отрабо тавших газов и охлаждающей жидкости автотракторных дизелей 184
33'. Методика расчета основных исходных параметров утилизации отходящей теплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости автотракторных дизелей,.189
3;4, Вариантный расчет основных исходных, параметров утилизации отходящей теплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости двигателя городского автобуса 204
3:5, Выводы. 216
4. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ ТЕПЛОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ ФА ЗОВОГО ПЕРЕХОДА В КАЧЕСТВЕ БОРТОВЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ ТЕПЛОТЫ НА АВТОМОБИЛЯХ 218
4. L Анализ конструкішй и классификация тепловых аккумуляторов фазового пере хода, применяемых на мобильных машинах ...,219
4.2. Научные проблемы выбора тенлоаккумулиругощпх материалов 236
4.2.1. Кристаллогидраты солей и оснований 237
4.2.21 Органические вещества 241
4.2.31 Соли и основания 243
4.2!4. Прогнозирование термодинамических характеристик теилоаккумулирующих материалов. 246
4.2.5. Методика выбора теплоаккумулирующего материала 251
4.3. Теоретические и лабораторные исследования возможности применения пере
охлажденных жидкостей в качестве теилоаккумулирующих материалов. 254
4:3.1. Теоретические исследования физики переохлажденных жидкостей и перс пектив применения их в качестве теилоаккумулирующих материалов 259
43.2. Лабораторные исследования возможности применения тригидрата ацетата натрия в качестве теплоаккумулирующего материала 269
4.4, Показатели эффективности тепловых аккумуляторов фазового перехода 277
4.5, Выводы 284
5. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТАИ "КОНСТРУИРОВАНИЯ* БОРТОВЫХ СИСТЕМ АВТОМОБИЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА И ОПЫТ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ..,,289
5Л. Основные теоретические предпосылки и анализ существующих математичес ких моделей тепловых аккумуляторов фазового перехода; 289
5.2. Разработкаматематических моделей функционирования систем предпусковой тепловой подготовки автотракторных двигателей с тепловыми аккумулятора ми фазового перехода 299
5,2Л, Основные модельные представления н допущения, принимаемые при разра ботке математических моделей 299
5,2.2.г Математическая модель функционирования теплового аккумулятора фазово го перехода в процессе зарядки 304
5.2.3; Математическая модель функционирования теплового аккумулятора фазово го перехода в процессе хранения теплоты 316
5,2.4. Математическая модель функционирования теплового аккумулятора фазово го перехода в процессе разрядки 318
5:3- Разработка математических моделей функционирования систем .термокаталитической нейтрализации вредных веществ отработавших газов, совмещенных с тепловыми аккумуляторами фазового перехода. 324
53.1* Основные модельные.представления и допущения;.принимаемые при разра ботке математических моделей. 324
5.3*2- Математические модели функционирования системы каталитический нейт рализатор-тепловой аккумулятор фазового перехода; 329
5-4. Основные требования по проектированию^ систем с бортовыми тепловыми: аккумуляторами фазового перехода 343-
5:5, Методика расчета систем предпусковой тепловой подготовки дизелей авто мобилей с гелловыми аккумуляторами фазового перехода 349
5:5Л- Методика конструкторского расчета: 350
5-5:2. Методика поверочного расчета: 360-
5.6, Вариантный расчет системы предпускового разогрева дизеля автомобиля с тепловым аккумулятором фазового перехода., 366
5.6. L Конструкторский расчет 366
5.6.2, Поверочный расчет 384
5.7. Численный анализ математических моделей функционирования систем термокаталитической нейтрализации вредных веществ отработавших газов, совмещенных с тепловыми аккумуляторами фазового перехода 395
5.8. Экспериментальные исследования систем предпускового разогрева двигателей автомобилей с применением тепловых аккумуляторов фазового перехода 410
5.8.L Лабораторные испытания основных элементов системы предпускового разог рева дизеля КамАЗ-7408.10 городского автобуса ЛиАЗ-5256 410
5.8.2, Натурные испытания системы предпускового разогрева дизеля КамАЗ-7408ЛО городского автобуса ЛиАЗ-5256 426
5.8.3; Результаты натурных испытаний систем предпускового разохрева двигателей. автомобилей УАЗ-31514, МАЗ-5433 с тепловыми аккумуляторами фазового перехода 447
5.9. Выводы 452
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 455
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 464
ПРИЛОЖЕНИЯ- 489
Введение к работе
Автомобильный, транспорт - это «кровеносная; система» государства. Современное индустриальное, общесгво нуждается в перемещениибольших масс грузовой пассажиров па значительные, расстояния: по всей территориистраны и за рубеж. Осо бенно велико значение автомобильного транспорта для Российской Федерации с ее исключительно обширной территорией и удаленностью источников сырья, энергоносителей и промышленных центров; Как подсистема транспортного комплекса страны,. автомобильный транспорт обеспечиваег взаимодействие большинства отраслей экономики, являясь, связующим звеном: разнообразных, логистических цепей доставки всевозможной продукции;.
Роль.автомобильного транспорта-в, обеспечении: эффективного функционирования производства возрастает в последнее время ускоренными темпами; Поставлен--ная-Президентом Российской Федерации В.В; Путиным стратегическая задача об удвоении задесятилетие валового внутреннего продукта страны [264] может быть успешно решена только при слаженном1 взаимодействии, всех отраслей экономики, в том числе и автомобильного транспорта..
Следует отметить, что он имеет большое значение и в реализации таких приоритетных государственныХ"задач,-как повышение обороноспособности страны, укрепление правопорядка и борьба с международным терроризмом..
Большинство современных грузовых автомобилей и автобусов оснашается дизельными двигателями внутреннего сгорания (ДВС): В настоящее время и. на перспективу дизельные двигатели остаются самой экономичной энергетической установкой в диапазоне от 5 кВт до 50 МВт в одном агрегате: Они безальтернативно используются: в таких отраслях, как транспорт, горнодобывающая промышленность, сельскохозяйственная; и: строительно-дорожная- техника, малая автономная; энергетика, объекты оборонного значения-и;тлі. В" качестве: одного, из факторов, отрицательно влияющих на состояние подотрасли общепромышленного двигателестроения, является несоответствие экологических показателей двигателей гребованиям международных стандартов [265].
Дизельные двигатели, являясь важнейшей составной частью мировой: экономики,-потребляю! значительную долю производимых горюче-смазочных материалов нефтяного происхождения и отработавшими газами наносят существенный урон окружаю шей-среде. Суммарная установленная мощность только -автомобильных ДВС, находящихся в-эксплуатации?в сіранах СНГ, оценивается?величиной 1,3-1 6 млрд.. кВт; при этом они выделяют в атмосферу с отработавшими газами около 29,4 млн. т в год окиси углерода: СО (68% валового выброса СО); 2,0 млн; т. в год оксидов азота NOx (31% валового выброса;NOx); 6,0 млн.тв год углеводородов Сп11т (42% валового выброса.СаН„) [267]- Все возрастающее влияние антропогенной нагрузки на окружающую среду может иметь крайне отрицательные последствия для жизни человечества, сохранения Homo sapiens как биологического вида. Согласно оценкам экспертов ВОЗ, три четверти всех болезней человека обусловлены неблагополучным состоянием окружающей среды, нарушением естественных связей в природе вследствие ее загрязнения продуктами деятельности цивилизации [268].
Конкурентоспособность ДВЄ в сравнении с другими альтернативными источниками энергии может быть обеспечена, главным образом, при условии дальнейшего улучшения показателей токсичности итопливной экономичности [33],
Одна из современных и актуальных проблем в области эксплуатации автотранспортных средств - это проблема их экологической безопасности. Она не является локальной;, а имеет мировое значение, поскольку с ней столкнулись, во всех про-мышленно развитых странах с высоким уровнем автомобилизации:
В:настоящее время правами свободы человека и гражданина в области экологической безопаснисш закреплены в Конституции Российской Федерации,[269] Так, ст. 42 Конституции РФ гласит: «Каждый имеет право- на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба причиненного его здоровью -или имуществу экологическим правонарушением», , іребования: ст. 58 Конституции-РФ накладывают на человека обязанность «сохранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам».
Начиная с конца 50-ых годов XX столетия; проблема экологической безопасности автотранспортных средств становится социально. значимой, ею занимаются -ученые во всех развитых странах мира: Благодаря их. усилиям были разработаны и вне дреньтвпрактику эксплуатации многочисленные способы и средства борьбы с вредными выбросами ДВС. Одним; из наиболее эффективных: способов обезвреживания отработавших газов дизелей следует признать каталитическую (термокаталитическую) нейтрализацию содержащихся в них вредных веществ с использованием-в качестве катализаторов драгоценных, дефицитных и дорогостоящих металлов - прежде всего платины, а также палладия, родия, рутения, Крометого, в качестве катализаторов могут нримеїгаться и оксиды некоторых металлов; например, оксиды меди, хрома,. никеля, кобальта; которые по своимг свойствам, уступают платане,,но принтом несравненно дешевле [146]: Современные каталитические нейтрализаторы обеспечивают эффективность превращения вредных продуктов неполного сгорания тошшва. (СО\С„НтУ п том?числе тяжелых: полициклических ароматических углеводородов альдегидов) до 8(К95%, что представляет собой достаточно высокий экологический эффект.[38,146,184,199,200].
Однако каталитические нейтрализаторы обладают одним существенным недостатком, который заключается- в том, что эффективность очистки: ими вредных веществ отработавших газов во многом определяется температурой реактора. Всвого очередь характер тепловой нагрузки, каталитического нейтрализаторазависит от режима работы.ДВС. В условиях сложного городского движения ДВС работает,, как: правило, на неустановившихся режимах с непрерывным изменением во времени -крутящего момента, и частоты вращения коленчатого вала. При этом практически возможны любые их сочетания, допустимые для данного двигателя. Кроме .того эффективностьнейтрализации резко снижается вшериодьь пуска-прогрева:ДВС,особенно при низких температурах окружающего воздуха, когда температура отработавших газов .имеет крайне низкое значение. Таким образом, при эксплуатации авто фанепорт-ных средств из общей проблемы их экологической безопасности можно выделить частную, но весьма значимую проблему оптимизации=тепловой; нагрузки-каталитического нейтрализатора в целях-скорейшего выходагматрицы конвертораша эффективный режим работы:.
Другой актуальной проблемой эксплуатации автотранспортных средств является проблема пуска ДВС при их безгаражном хранении и-условиях; низких температура окружающей среды. Ее актуальность вытекает изклиматогеографических особенностей Российской Федерации.. Северные; и .северо-восточные районьг страны, зани-мающие. более. 62% площади бывшего СССР, относятся к зоне суровою климата, где продолжительность морозного периода составляет 240-270 дней в году, а. число дней со средней многолетней температурой ниже -15 °С - 184 дня в году. Средние и абсолютные, годовые минимумы температуры в-этих районах составляют -(4(Н60)-°С. Особенностью эксплуатации в таких регионах автомобилей и других мобильных машин является их ежедневное применение при безгаражном хранении [21].
Проблема пуска ДВС автомобилей при их безгаражном хранении в условиях. низких. температур окружающей. среды является? одной- из: наиболее сложных проблем; возникающих в; процессе зимней. эксплуатации: автомобильной; техники. Затруднения пуска:ДВС имеют объективный-характер и. возникают из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала, ухудшения условий смесеобразования и воспламенения смеси.
Для успешного пуска двигателя необходимо обеспечить, минимальную пусковую частоту вращения коленчатого вала, прикоторой достигаются необходимые давление; температура ивоспламенение горючей смеси в его цилиндрах. Низкие температуры затрудняют испарение и воспламенение топлива из-заповышеншрего вязкости,, приводят к падению мощности аккумуляторных батарей и ухудшению работы электростартерных устройств. При низких температурах резко повышается вязкость моторных масел в двигателе, понижается температура охлаждающей4 жидкости, не обеспечивается рекомендуемая: рабочая температура различных деталей и узлов двигателя; Пуск холодного дизеля возможен при температуре воздушного заряда в камере сгорания в момент.впрыска.топлива не ниже:350-400 °С\.что соответствует минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала 100-200 мин".1 164].
В- настоящее; время; рассматриваемая: проблема достаточно хорошо изучена: Благодаря трудам отечественных- и зарубежных ученых и инженеров разработаны и внедрены многочисленные способы -я средства-безгаражного хранения; подвижного состава (облегчения пуска машин в зимний период), а .также рекомендации и типовые проекты подобных устройств; Темене менее практика эксплуатации показывает, что: многие из-них имеют, существенные недостатки, сдерживающие:их широкое применение и требующие поиска принципиально новых способов решения проблемы. Так, например, широко используемые в мире системы предпусковой тепловой подготовки двигателей мобильных машин.с индивидуальными подогревателями являючея конструктивно сложными техническими устройствами, обладающими. повышенной пожа роопасностью и низкой надежностью. Кроме того, в эксплуатации они трсоуют больших заїрах и квалифицированного сервисного технического обслуживания.
С учетом вышеизложенного, в практике все чаще применяются запрещенные и нерациональные способы облегчения пуска машин-в зимний период, такие, как применение паяльных ламти факелов для предпускового разогрева ЛВС,, организация работы двигателей машин в межсменный;период в режиме холостого хода и другие. Последний: способ не только приводит, к неоправданным финансовым издержкам, связанным с непроизводительным сжиганием топлива, моторного масла и расходом моторесурса двигателей;, но и к дополнительному загрязнению окружающей: среды, вредными веществами, содержащимися в продуктах сгорания топлива, а также является причиной шумовых нагрузок в зоне жилой застройки. Так, например в Автобусном парке № 5 - филиале Санкт-Петербургского ГУП «Пассажиравтотранс» на открытой стоянке находятся 139-автобусов;Икарус-250,-280, дизели которых в зимний период в большинстве случаев работают в режиме холостого хода. С учетом коэффициента выхода на линию, равного 0,8, переднего времени: межсменной стоянки в течение 5 ч суточные выбросы вредных веществ составляют: окиси углерода СО- 153,5 кг; углеводородов СпНт- 16,7 кг;.оксидов азота ЛГ0Я--2О,3 кг; сажи- I кг [56]. Нетрудно подсчитать, что за-зимний период эксплуатации (150 суток) суммарная эмиссия вышеуказанных вредных веществ, выделяемых Л39 автобусами, может достигать. 28JT_,
Сформулированные: проблемы: экологической безопасности автотранспортных средств и пуска ДВС автомобилей при их безгаражном хранении в условиях низких температур окружающей средьгтесно связаны. Действительно,.пуск двигателей подвижного состава зимой обеспечивается при иомощиередств безгаражного хранения, функционирование: которых как правило, связано, со значительным экологическим; ущербом наносимым; природе; Поэтому при применении тех или иных технических средств, облегчающих пуск ДВС в зимний период, должна производиться.их экологическая экспертиза.
Рассмотренные проблемы представляется-возможным объединить в одну круїь ную научную проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение, а именно проблему повышения технико-экологической; безопасности: автотранспортных средств путем адаптации их к эксплуатации в условиях, низких температур окру жающей среды и городского цикла движения. Решению этой крупной научно-технической проблемы и посвящено диссертационное исследован ие, В! настоящее время;однимиз: приоритетных направлений, развития всех отраслей отечественной экономики является создание энергоэффективных технологий, позволяющих рационально расходовать энергетические ресурсы. В полной мере это от-иосится;ик автомобильному транспорту. В связи с этим принципиально новым под-ходомк решению; сформулированной выше проблемы является использование OTXO--дящей теплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости ДВС без применения каких-либо внешних источников энергии.
Известно, что 50-70% теплоты, введенной с топливом в двигатель, составляют тепловые потери с отработавшимигазами и охлаждающей жидкостью.Создание тех-ническойсистемы, утилизирующей часть этих потерь с целью накопленияэнергин и дальнейшего ее использованиядля-повышения технико-экологической безопасности автотранспортных средств является одним из наиболее перспективных вариантов реализации энергоэффекгивных технологий. Основным элементом такой системы должен быть тепловой аккумулятор фазового перехода [270].
В конце 80-ых- начале 90-ых годов XX векапоявились первые сообщения об успешных испытаниях опытных образцов тепловых аккумуляторов фазового перехода, монтируемых на борту мобильных машин предназначенных, главным образом для предпускового разогрева их двигателей и отопления салонов (кабин) при неработающих ДВС в зимний период эксплуатации [41,47,55,56,57,71,72,73,74,79,82,130.243; 270]; В настоящее время в мире организован выпуск небольших партий систем предпусковой тепловой подготовки двигателей, с тепловыми аккумуляторами, фазового перехода; Такие системы производят российская компания :« АвтоПлюсМАДИ» иод названием «устройство облегчения пуска автомобильного двигателя» для бензиновых и дизельных двигателей с рабочим объемоМ/До 4,0 л, а также канадская фирма «CENTAUR Thermal-Systems Іпс» для двигателей легковых и небольших грузовых автомобилей. .
Тепловые аккумуляторы: фазового перехода как бортовые накопители теплоты; способны решать имногие другие проблемы автомобильного транспорта, например, проблемы его экологической безопасности и, в частности, проблему, оптимизации тепловой нагрузки каталитического нейтрализатора в целях скорейшего выхода матри цы конвертора на эффективный режим работы. Однако широкое внедрение подобных устройств на автомобильном транспорте требует целенаправленных дополнительных теоретических и экспериментальных исследований;.
Эффективность процессов--утилизации;и аккумулирования отходящейлеплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости дизельного двигателя автотракторного типа, работающего в.условиях низких температур окружающей среды, непосредственно связана с протекаииемего действительного термодинамического цикла: В рассматриваемых климатических условиях рабочий процесс дизеля имеет существенные отличия по сравнению с протеканием его при стандартных климатических условиях, В результате воздействия низких температур окружающего воздуха функционирование систем:и:механизмов дизельного двигателя усложняется,.пршэтом происходит изменение его экологических показателей: Данные процессы, к сожалению, исследованы недостаточно, а в современной; научно-технической литературе представлены разрозненные и часто неоднозначные результаты: теоретических и экспериментальных исследований, посвященных работе ДВС в условиях низких температур.
Создание теории применения тепловых аккумуляторов фазового перехода на автотранспортных средствах немыслимо без разработки теорегических основ аккумулирования отходя щей теплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости: автотракторных дизелей. При этом центральное место в теоретических основах составляет разработка научной: концепции повышения технико-экологической безопасности автомобильного транспорта за счет аккумулирования: данной теплоты- Кроме; того; для инженерной практики вопрос о-правильном выборе исходных данных,.на основании которых производится расчет,, имеет, первостепенное значение. В связи, с этим возникает,потребность и в разработке:соответствующей методики:расчета основных исходных параметров утилизации отходящей теплоты,.
Принципиально важными являются и вопросы обоснования применимости тепловых аккумуляторов фазового перехода в качестве.бортовых накопителей теплоты па автомобилях: Систематизация имеющегося опыта, и дальнейшее развитие теории включают в себя разработку классификации и; показателей тепловых аккумуляторов: фазового перехода, применяемых на мобильных машинах, а также исследования. на учных проблем; выбора теплоаккумулирующих материалов и возможности применения переохлажденных жидкостей в качестве теплоаккумулирующих материалов; По ложитсльное решение последней проблемы дает возможность создания принципи ально нового теплового аккумулятора фазового перехода е санкционированной (управляемой) кристаллизацией теплоаккумулирующего материала, происходящей с выделением скрытой теплоты фазового переходам Практическое достижение этого результата позволит существенно повысить технические иоказателибортовых накопи-телей.теилоты;.
Фундаментом создаваем ой теории являются научно-технические основы расчета и конструирования бортовых систем автомобиля с использованием .тепловых аккумуляторов фазового перехода; Онивклгочают в себя разработку математичесіаїх моделей функционирования систем предпусковой тепловой подготовки автотракторных двигателей и термокаталитической нейтрализации вредных веществ отработавших газов с тепловыми аккумуляторами фазового перехода; методик расчета данных бортовых систем,.основанных-на активном: использовании; математических моделей, и основных требований.по их проектированию. Принтом достоверность результатов теоретических исследований подтверждается проводимыми лабораторными и натурными испытаниями опытных образцов систем:и опытом-их внедрения в практическую деятельность.
Исследованию рассмотренных выше проблем и: посвященанастоящая диссертационная работа..
Основной целью настоящего исследования- является:- разработка=научно-технической методологии-расчета и конструирования бортовых энергетических. систем t с тепловыми аккумуляторами.фазового перехода, в основу которойгположеньг взаимосвязанные физико-химические процессы и явления, протекающие в дизельном двигателе, тепловом аккумуляторе фазового перехода и каталитическом нейтрализаторе, базирующейся на комплексных теореггических и экспериментальных исследованиях и направленной на повышение технико-экологической безопасности автотранспортных средства эксплуатации путем? адаптации их к условиям низких температур; окружающей среды и городского цикла движения.
Научная новизна диссертации; заключается в.разработке научной концепции повышения .технико-экологической: безопасности автотранспортных, средств за счет аккумулирования отходящей теплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости автотракторных дизелей, методики расчета основных исходных параметров утилиза іши отходящей теплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости автотрактор ных дизелей, методики выборатепдоаккуэмулирующего материала, структуры показателей эффективности бортовых тепловых аккумуляторов фазового перехода, математических моделей функционирования; систем предпусковой тепловой подготовки автотракторных двигателей и термокаталитической нейтрализации вредных, веществ отработавших газов с тепловыми аккумуляторами фазового перехода; теплообменник, которых конструктивно состоит из коаксиально расположенных, цилиндрических «кольцевых» капсул скольцевыми зазорами для прохода жидкого или газообразного теплоносителя и методики расчета.систем предпусковой тепловой подготовки дизелей автомобилей с тепловыми аккумуляторами фазового перехода, а также в обосновании применимости переохлажденных жидкостей вкачестве теплоаккумулирующих. материалов и получении результатов;экспериментальных исследований,, опыта: внедрения, и дальнейшей эксплуатации систем предпускового разогрева двигателей ряда автомобилей с применением тепловых аккумуляторов фазового перехода.,
Диссертационная работа выполнялась на. кафедре организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном транспорте Автомобильно-дорожного института Санкт-Петербургского Государственного архитекгурно-сгроительного университета и в научно-исследовательской группе надежности и живучести электроэнергетических систем объектов военной инфраструктуры Военного инженерно-технического университета; заместителем начальникажоторий является автор диссертации.
Основная часть = экспериментальных исследований проведена автором на. специально созданных лабораторных установках Военного инженерно-технического университета1 и комплекса: «Тепломаш» ЗАО «Атомэнерго» ДО ОАО «Кировский завод», а также на эксплуатируемой автомобильной технике ряда автотранспортных и промышленных предприятий Северо-Западного региона России;
Результаты;выполненного исследования;внедрены в:Автобусном-паркег№ 3 -.--филиале Санкт-Петербургского ГУП«Пассажиравтотранс», .ОАО «55 Металлообрабатывающий завод» (Санкт-Петербург); АООТ «Пяозерский леспромхоз» (Республика-Карелия), при: выполнении-научно-исследовательских и, опытно-конструкторских работ, в том: числе- по целевыми программам; Государственном комитете Российской: Федерациипо строительству и жилищно-коммунальному комплексу (Госстрое Рос сии) при разработке нормативного документа - Свода правил по проектированию и строительству «Механизация строительства. Эксплуатациястрои тельных машин и зимний период» (СП 12-104-2002); Санкт-Петербургском Государственном политехническом университете в курсе лекций М.И Куколева.. «Системы ДВС» и магиетер-ской диссертации? А.А. Степанова «Тепловые накопителидля предпусковой подготовки ДВС в условиях зимнего периода» (см. ПРИЛОЖЕНИЯ).
Отдельные результаты исследования, выполненного автором диссертации совместно с С.Д. Гулиным и -СА. Яковлевым,были отмеченытдипломом. победителя: конкурса, проводившегося в 1997 г. Правительством: и Законодательным Собранием Санкт-Петербурга на лучніуіо научно-практическую разработку военных ученых, внедренную в городское хозяйство Санкт-Петербурга. За отдельные разработки автор диссертации:иаВ;Н. Ложкин, С.Д. Гулин, ГЛ. Никифоров, ПМ Золотарев, Г.А-Ни-колаенко, ДА, Культгин решением Международного Жюри VII Международного салона . промышленной собственности «Лрхимед-2004», проводившегося в Москве, в 2004 г., были награждены дипломами и серебряными медалями (см, ПРИЛОЖЕНИЯ),
Полученные результаты могут быть также использованы на предприятиях автомобильной промышленности и днзелестроення, при эксплуатации дизельных установок различного типа и назначения, а также разработчиками систем каталитической (термокаталитической} нейтрализации и предпусковой тепловой подготовки ДВС мобильных машин.
По результатам выполненной-работы: на защиту выносятся следующие основные положения:
1. Общее состояние: и: анализ. проблемы повышения технико-экологи чес кой безопасности автотранспортных средств:
2. Результаты .теоретического аншшза протекания действительного термодинамического -цикла напримере автотракторных дизелей и особенностей функционирования их систем и механизмов в условиях низких температур окружающей среды.
3- Научная концепция повышения технико-экологической безопасности автотранспортных средств за счет аккумулирования отходящей; теплоты отработавших, газов и охлаждающей жидкости автотракторных дизелей, основанная на широком применении на автомобилях бортовых тепловых аккумуляторов фазового перехода.
4. Методика расчета основных исходных параметров утилизации отходящей теплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости автотракторных дизелей, разработанная на основе применения стандартизованных циклов - ездовых циклов на дороге и испытательных циклов на стенде, отражающих характерные условия эксплуатации автомобилей. 5: Результаты.теоретических, исследованийшо проблеме выбора оптимального теплоаккумулирующего материала для: бортово го теплового аккумулятора фазового перехода, анализ которых позволил разработать пригодную для практического использования методику выбора теплоаккумулирующего материала»
6. Обоснование применимости переохлажденных жидкостей в качестве тепло-аккумулирующих материалов, позволяющих создать принципиально новый тепловой аккумулятор фазового перехода с санкционированной і (управляемой) кристаллизацией теплоаккумулирующего материала, происходящей с выделением скрытойтеплотын фазового перехода плавление- кристаллизация;
7. Саруктура: показателей эффективности, бортовых тепловых аккумуляторов фазового перехода, позволяющих сравнивать различные по конструкции и назначению тепловые аккумуляторы фазового перехода и систематизировать их по одному или нескольким признакам.
8 Математические модели.функционирования систем: предпусковой тепловой подготовки: автотракторных двигателейI и:термокаталитической нейтрализацитвредных веществ отработавших газов с тепловыми аккумуляторами фазового1 перехода; теплообменник которых: конструктивно состоит из коаксиалыго расположенных цилиндрических «кольцевых» капсул с кольцевыми зазорамитшя прохода жидкого или газообразного теплоносителя;
9; Методика расчета систем предпусковойтепловой подготовки дизелей автомобилей с тепловыми аккумуляторами фазового перехода, справедливость которой подтверждается выполненным: вариантным расчетом применительно к, городскому автобусу ЛиАЗ-5256.
10-- Результаты экспериментальных исследований- опыта внедрения и дальней шей; эксплуатации; систем предпускового разогрева- двигателей, ряда автомобилей: с применением тепловых аккумуляторов фазового перехода: Автор диссертации выражает глубокую благодарность научному консультанту Заслуженному деятелю науки РФ доктору технических наук профессору кафедры организации перевозок, управления и безопасности на автомобильном транспорте Автомобильно-дорожного института Санкт-Петербургского Государственного архитектурно-строительного университета В.Н; Ложкину, научным сотрудникам научно-исследовательской группы надежности и живучести электроэнергетических систем объектов военной инфраструктуры Военного инженерно-технического университета кандидату технических наук доценту Г.И. Никифорову иЮ.Г. Киневу, доценту кафедры двигателей внутреннего сгорания Санкт-Петербургского Государственного политехнического университета кандидату технических наук старшему научному сотруднику МИ. Куколеву, генеральному директору ОАО «55 Металлообрабатывающий завод» Г.М. Золотареву» начальнику отдела городского заказа Комитета, но транспорту Правительства Санкт-Петербурга кандидату военных наук доценту О.Н; Кузьмину, директору и начальнику производственно-технического огдела Автобусного парка№ 3 - филиала Санкт-Петербургского ГУП «Пассажирантотрапс» Н.М. Васильеву и ДА Кулыгину, директору комплекса «Тешюмаш» ЗАО Атомэнерго» ДО ОАО «Кировский завод» Н,Г, Лисеву и многим другим за ценные конструктивные замечания и советы, практическую помощь и поддержку.
