Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Условия функционирования строительных машин в Западной Сибири 10
1.2. Теоретическое исследование энергетического баланса строительных машин 15
1.3. Влияние теплового состояния двигателя на энергетический баланс и надежность машин в целом 23
1.4. Распределение составляющих теплового баланса строительных машин 27
1.5. Общие представления о системах утилизации тепла 32
1.6. Возможности повышения эффективности работы электрооборудования строительных машин 37
1.7. Выводы по главе. Формулирование цели 44
и постановка задач 44
Глава 2. Аналитические исследования 47
2.1. Анализ существующих методов повышения степени использования тепла двигателя внутреннего сгорания строительной машины .47
2.2. Анализ структурных схем систем утилизации тепла с термоэлектрическим генератором 54
2.3. Тепловые режимы работы системы «строительная машина - система утилизации тепла с термоэлектрическим генератором» 61
2.4. Определение основных энергетических параметров систем двигателя как источника тепловой энергии 66
2.5. Выводы по главе 69
Глава 3. Разработка математического описания применения термоэлектрического генератора на строительных машинах 70
3.1. Конструктивные особенности ТЭГ 70
3.1.1. Свойства термоэлектрических материалов 71
3.1.2. Обоснование системы подвода и отвода тепла 76
3.2. Основные процессы непосредственного преобразования тепла 79
3.3. Тепловые и электрические процессы в термоэлементе 82
3.4. Определение закономерностей изменения выходных параметров термоэлектрического генератора 84
3.5. Выводы по главе 90
Глава 4. Экспериментальные исследования 91
4.1. Общая методика экспериментальных исследований 91
4.1.1. Планирование эксперимента 92
4.1.2. Описание экспериментального оборудования 95
4.2. Описание и результаты экспериментальных исследований существующих конструкций термоэлектрических генераторов ...97
4.3. Эксперименты на натурном образце 101
4.4 Результаты эксперимента: методика их обработки и оценка результатов 103
4.4. Выводы по главе 108
Глава 5. Практическое использование результатов работы 109
5.1. Теоретическое обоснование возможности применения термоэлектрического генератора на двигателе 109
5.2. Теоретические основы расчёта системы утилизации тепла с термоэлектрическим генератором 112
5.3. Влияние применения ТЭГ на вредные выбросы, тепловое загрязнение и шум при работе двигателя 117
5.4 Расчет экономической эффективности применения СУТ ТЭГ 123
5.5. Выводы по главе 125
Выводы по работе 126
Список литературы
- Влияние теплового состояния двигателя на энергетический баланс и надежность машин в целом
- Анализ структурных схем систем утилизации тепла с термоэлектрическим генератором
- Обоснование системы подвода и отвода тепла
- Описание и результаты экспериментальных исследований существующих конструкций термоэлектрических генераторов
Введение к работе
Современную жизнь невозможно представить без использования различного рода энергий (механической, электрической, тепловой и др.), что обеспечивает выполнение технологических процессов всех отраслей промышленности. Превалирующее в данный момент превращение тепловой энергии ископаемых видов топлива (уголь, нефть и нефтепродукты, природный газ, ядерное топливо) в механическую работу, тепло и электроэнергию характеризуется наличием сложных, громоздких преобразующих устройств, а также большими потерями, следовательно, и низким коэффициентом полезного действия (к.п.д.). При работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), широко используемого сейчас как источника энергии на мобильных машинах, также осуществляется преобразование одного вида энергии в другой с эффективностью 20-45% [21, 28-32, 58, 61,120].
Снижение затрат на энергетические ресурсы - основной путь интенсификации многих технологических процессов, в частности строительства. Эффективность применения различного рода машин в условиях Западной Сибири, в связи с ужесточением экологических, экономических и др. требований к ним, во многом оценивается степенью рационального использования различного рода энергий (механической, электрической, тепловой).
Эксплуатация строительных машин (СМ) в климатических условиях Западной Сибири, с присущими им продолжительными периодами с отрицательной температурой окружающего воздуха (ОТ), характеризуется дополнительными затратами различного рода ресурсов. В общем случае, эффективность работы мобильных машин строительства оценивается сметными расценками на эксплуатацию этих машин - СМАПЬ которые включают следующие статьи затрат [146, МДС 81-3.99]:
СМАШ = А+Р+Б+3+Э+С+Г+П, (руб./маш.-ч); где А - амортизационные отчисления; Р - затраты на выполнение всех видов ремонта, диагностирование и техническое обслуживание; Б - затраты на за мену быстроизнашивающихся частей; 3 - оплата труда рабочих, управляющих машиной (машинистов, водителей); Э - затраты на энергоносители; С -затраты на смазочные материалы; Г - затраты на гидравлическую и охлаждающую жидкость; П - затраты на перебазировку машин с одной строительной площадки (базы механизации) на другую. Причем, затраты на энергоносители оцениваются величиной 40-60% от общих.
Повышение расхода топлива, отмечаемое в нормативной документации [105], сопровождается снижением степени использования энергии, выделившейся при сгорании топлива. Ужесточение режима работы СМ в условиях ОТ негативно сказывается на снижении ресурса отдельных узлов и элементов при увеличивающихся затратах на проведение технического обслуживания и ремонта.
Одновременно с организационными методами (повышение норм расхода топливо-смазочных материалов, применение их зимних сортов топлива, рабочих жидкостей и т.д.), для снижения влияния негативных факторов, сопровождающих ОТ, применяются и исследуются методы адаптации конструкций СМ. Подогреватели двигателя, аккумуляторные батареи повышенной емкости, обогреватели кабины и др. - обязательное оборудование СМ исполнения «ХЛ».
Сами СМ рассматриваются как замкнутые энергетические системы [47, 61, 140]. Развитие малой энергетики, энергосберегающих технологий, достигнутый предел энергии, которая может быть преобразована в работу в современных конструкциях двигателей - определяют актуальность исследований, направленных на улучшение энергетического баланса мобильных машин.
Способам повышения степени использования первичного топлива за счет утилизации потерь тепла уделяется все больше внимания, как в России, так и за рубежом. Способы утилизации вторичного тепла ранее разрабатывались для крупных энергетических систем: теплоэлектростанций, котельных, мощных дизель-электрических станций, судовых ДВС и т.д. [85, 93, 109, 129,142].
Все большее внимание в последнее время уделяется оснащению мобильных машин системами утилизации тепла (СУТ), что позволяет при получении необходимого вида энергии значительно повысить степень использования энергии первичного топлива [61, 86]. Возможность получения дополнительной электроэнергии расширяет возможности мобильных машин, в частности, строительных машин.
Однако опыт оснащения СМ системами утилизации тепла ограничивается исследованием теплового режима двигателя, приводов и кабины машиниста. Сложность учета всевозможных условий функционирования и факторов, влияющих на энергетический баланс СМ, определяла проведение исследований СУТ на установившихся режимах [28-32, 56, 57, 80].
Пуск в работу и предпусковая тепловая подготовка мобильных транспортных и строительных машин в условиях низких температур (-15 С и ниже) при безгаражном хранении является сложной и многоплановой проблемой, исследование которой, несмотря на огромный опыт, по-прежнему актуально. Особое место в конструктивной адаптации СМ занимают системы утилизации тепла отработавших газов (СУТ ОГ) приводного двигателя мобильной машины, создаваемые с использованием: теплоаккумулирующих устройств на основе теплоаккумулирующих материалов (ТАМ) [80], а также с применением термоэлектрических генераторов (ТЭГ) [140]. Усилиями ряда исследователей, среди которых одно из основных мест принадлежит коллективу сотрудников Тюменского государственного нефтегазового университета, выполнены обширные исследования в данной области [61, 80, 121].
При изучении и обобщении патентных материалов, связанных с проблемой создания энергосберегающих и технологичных конструкторских решений, особенно в условиях, когда использование внешних источников энергии для обеспечения эффективной работы СМ невозможно или нежелательно были предложены различные решения СУТ.
В предлагаемой работе рассмотрены возможные способы утилизации отработанного тепла ДВС строительных машин. Сами строительные машины рассматриваются как замкнутые энергетические системы. Термоэлектриче ским генераторам, обеспечивающим прямое преобразование тепловых потерь ДВС в электроэнергию, используемую для обеспечения растущего числа потребителей в электрооборудовании СМ, уделяется особое внимание. Приведенный анализ позволил обосновать возможные компоновки СУТ с применением термоэлектрического генератора как источника электроэнергии.
Цель исследования: Повышение эффективности строительных машин, эксплуатируемых в условиях отрицательных температур окружающего воздуха, путем оснащения их системой утилизации тепла с термоэлектрическим генератором (СУТ ТЭГ).
Объект исследования: Система «строительная машина - система утилизации тепла с термоэлектрическим генератором».
Предмет исследования: Рабочие процессы системы «строительная машина - система утилизации тепла с термоэлектрическим генератором».
Научная новизна:
• Разработана математическая модель процесса получения электрической энергии в термоэлектрическом генераторе системы утилизации тепла двигателя строительной машины на разных этапах ее функционирования;
• Обоснована новая конструкция системы утилизации тепла с термоэлектрическим генератором;
• Получены закономерности влияния параметров рабочего цикла строительной машины и структуры СУТ на выходные параметры ТЭГ;
• Разработана методика расчета и подбора материалов СУТ ТЭГ. Практическая ценность заключается в использовании полученных зависимостей при конструировании СУТ ТЭГ, в методиках и рекомендациях по выбору оптимального соотношения параметров ТЭГ. Разработана и предложена к использованию конструкция СУТ ТЭГ, обладающая по сравнению со штатной системой электропитания потребителей рядом преимуществ: экономия топлива и снижение выбросов отработавших газов (ОГ) при получении дополнительной электрической энергии, возможность расширения номенкла І туры и мощности потребителей электрического тока, возможность работы потребителей при аварии. Получен патент РФ на изобретение по оригинальной конструкции СУТ ТЭГ.
Реализация результатов. Методика расчета СУТ ТЭГ использована в ТюмГНГУ при создании лабораторной установки и ее макетных образцов, при проектировании опытного образца системы «СМ - СУТ ТЭГ». Макет разработанной СУТ ТЭГ прошел опытную проверку в условиях реальной эксплуатации (г. Тюмень). Результаты исследований используются в учебном процессе ТюмГНГУ. Опытный образец СУТ ТЭГ (глушитель-генератор) в настоящее время изготавливается для внедрения в ОАО «Сибнефтепровод» г.Тюмень.
На защиту выносятся:
• Математическая модель процесса получения электрической энергии в термоэлектрическом генераторе системы утилизации тепла двигателя строительной машины;
• Конструкция СУТ ТЭГ;
v • Закономерности влияния параметров расхода топлива ДВС СМ на выходные параметры ТЭГ;
• Методика расчета СУТ ТЭГ для СМ, включающая математические модели определения выходных параметров ТЭГ на разных режимах;
• Методика подбора материалов основных элементов СУТ ТЭГ.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на региональных научно-технических конференциях (Тюмень 1998г., 2002г.), международных научно-практических конференциях (Тюмень 2002г., 2004г.), на научно-практическом семинаре международной выставки-ярмарки «Город-2002», на научно-технических семинарах каф. ГГГСДМ ТюмГНГУ, на конкурсе научных исследований работа студентов, аспирантов, молодых ученых (отмечена призом 2003 г.). В полном объеме диссертация докладывалась на заседаниях кафедры ПТСДМ ТюмГНГУ 4 (Тюмень 2004г.).
Влияние теплового состояния двигателя на энергетический баланс и надежность машин в целом
Одним из важнейших показателей теплового состояния ДВС является тепловая напряженность [42, 74], определяемая температурой Тг - наиболее "горячих" поверхностей трения, температурными перепадами наиболее нагретых частей двигателя - камер сгорания, днищ поршней, верхней зоны цилиндров, тарелок выпускных клапанов и перемычек в блоке или в головках блока. Температурная напряженность деталей, вызываемая значительными перепадами рабочих температур в различных зонах двигателей, а также уровень рабочих температур оказывают значительное влияние на надежность.
Стенки цилиндров в зоне перемещения поршневых колец имеют сред-ние температуры 100...130С и наибольшие предельные 170...180С, а для двигателей с воздушным охлаждением на 30...40С выше. Днища поршней из алюминиевых сплавов соответственно нагреваются до 240...260 и 280...300С, а чугунных поршней на 90...140С выше. Центральная зона тарелок впускных клапанов имеет температуру соответственно 180...275 и 300...400С, а выпу скных клапанов 600...700 и 800...850С. Температура направляющих втулок выпускных клапанов достигает 400...500С. Средняя температура вкладышей подшипников коленчатого вала Ю0...130С, а предельные значения состав ляют 150...160С. Перечисленные диапазоны температур [74] для различных деталей характерны для двигателей при нормальных условиях работы, при использовании надлежащих сортов топлив и масел, при соответствующих техническим условиям регулировках и т.д.
В условиях реальной эксплуатации в Западной Сибири имеют место иногда значительные отклонения температур от указанных выше пределов. Так, по мере эксплуатации двигателей за счет нагарообразования на днищах поршней и стенках камеры сгорания возможны некоторое увеличение степени сжатия и ухудшение отвода тепла. При этом возрастают температурные перепады по образующей гильз, вызывая их деформации со всеми последствиями. Температура в центре днища поршня из алюминиевого сплава при детонационном сгорании достигает 320...330С, что приводит к прогоранию кромок, а в сочетании с высокими давлениями в детонационных волнах иногда вызывает сквозное прободение днища поршней.
Коррозионно-механический и молекулярно-механический виды изнашивания деталей цилиндропоршневой группы двигателей в особой степени проявляются в периоды пуска и прогрева холодного двигателя [17, 103, 127]. Установлено, что прогрев двигателя со средним рабочим объемом цилиндров до температуры воды в рубашке блока и масла в масляной магистрали 8 5 С осуществляется за 5...10 мин в летних условиях и за 15...25 мин зимой при закрытых жалюзи радиатора. При прогреве ДВС на холостом ходу имеют место коррозия и непосредственный контакт поверхностей трения деталей. В этих условиях решающее влияние на изнашивание деталей оказывают прокачи-ваемость масла, своевременность его поступления к поверхности трения и создание прочной масляной пленки. Надежный пуск и снижение износов при этом обеспечиваются различными методами предпускового подогрева.
Коррозия стенок гильз цилиндров возникает не только в период пуска и прогрева двигателя, но и при его охлаждении. Время охлаждения до температуры окружающей среды прогретого двигателя около 2...2,5 ч в летних и 1 ч в зимних условиях. Это время характеризуется наибольшей интенсивностью образования коррозии на стенках гильзы цилиндра. При последующих пусках пленка коррозии разрушается, и продукты коррозии участвуют в трении как абразив.
Многие исследователи расценивают износы в процессе холодного пуска, прогрева и остановок двигателя как важнейшую составляющую всех эксплуатационных износов, приравнивая, например, износ во время пуска при температуре -18С к износу за 210 км пробега автомобиля [143]. Другие считают, что износы при пуске и прогреве двигателя составляют свыше 60 % общих износов за все время эксплуатации машины [37]. Можно подвергать сомнению точность таких сопоставлений, но влияние холодных пусков и прогрева двигателя на последующую его долговечность сомнений не вызывает.
При всех случаях, для снижения износов после пуска двигатель должен работать на режиме холостого хода при средней частоте вращения коленчатого вала для прогрева его до температуры воды в радиаторе не ниже 40С. Для некоторых регионов Западной Сибири в зимний период время на обеспечение вышеуказанного условия составляет до 30 минут [62].
Более полному использованию энергии топлива на разогрев двигателя в условиях ОТ способствует защита подкапотного пространства простейшими теплоизоляционными материалами (вата, войлок и пенопласт, покрытые парусиной; листовой асбест, покрытый тканью или листовой сталью). Теплоизоляция узлов машины не только уменьшает скорость охлаждения, но и значительно облегчает ее запуск. Расход тепловой энергии на подогрев остывшего дизеля укрытого чехлом на 40...45% меньше, чем не утепленного [97].
Быстрому прогреву двигателя способствует исправно действующий термостат. Поскольку на холодном двигателе термостат направляет жидкость мимо радиатора, некоторые водители опасаются прекращения циркуляции в нем жидкости и ее замерзания. По этой причине в холодное время года иногда снимают термостат, т.е. как раз тогда, когда он больше всего нужен. Исправный термостат необходим на двигателе для поддержания его нормального теплового состояния, так как перегревы также противопоказаны двигателю, как и переохлаждения.
При чрезмерно высоких тепловых режимах, когда температура воды приближается к 110С, а масла к 120С, происходят интенсивнее окисление масла и находящихся в нем продуктов неполного сгорания топлива и ухудшение качества присадок к маслам. Это способствует повышенному нагаро-образованию на днище поршня и стенках камеры сгорания, ухудшению теплоотдачи, перегреву и даже прогоранию поршней и поршневых колец.
Анализ структурных схем систем утилизации тепла с термоэлектрическим генератором
Представление электрооборудования отдельным комплексом обосновано тем, что генерируемый ТЭГ постоянный ток может, как направляться в штатную систему, так и быть использован в автономных системах, напрямую не связанных с работой ДВС. В свою очередь, СУТ ТЭГ представляет собой (см. рис.2.2): систему подвода тепла (корпус, тепловые трубы, теплообменники т.п.); систему отвода тепла - радиатор; собственно ТЭГ, состоящий из определенного числа термопар - термоэлементов (ТЭЭ).
Параметры работы двигателя представлены в виде связей на рис. 2.1. Следует отметить, что выходные параметры каждого из приведенных в схеме комплексов могут влиять на работу как всей СМ, так и на функционирование другого комплекса. Упрощенно связи между ДВС и ЭО соответствует та часть мощностного баланса (определенная в первой главе), которая равна мощности затрачиваемой на привод вала генератора - N3o (Мв). Отмечается также, что есть конструкции устройств управляющих работой ДВС [96, 113], при функционировании которых используется система ЭО, что соответствует обратной связи. Но, так как данные устройства не нашли широкого применения на ДВС СМ эта связь на рис.2.1 не приведена.
В дальнейшем ДВС СМ упрощённо считается замкнутой системой, реагирующей на внутренние и внешние факторы, которые могут быть объединены и записаны в виде вектора Хь Причём, Xi = {xj, і = 1,2,...п} или (2.2) Л \ — (І в, її ці - jp ) где Тв - температура окружающего воздуха, К; и - низшая теплота сгорания того или иного моторного топлива, применяемого на данной машине, Дж/кг; NTP — мощность, подводимая от двигателя к трансмиссии, кВт.
Аналогично, для каждого комплекса записываются векторы Х2 и Х3, составленные из регулируемых и нерегулируемых факторов. Причём нерегулируемые факторы (например, параметры окружающей среды -температура, давление и т.п.) могут совпадать для Хь Х2 и Х3, т.е.: Xj с Xt П (Х2ПХ3). (2.3)
Рассмотрение влияния факторов на систему ДВС-ТЭГ с применением теории размерности [44, 55] позволило определить основные из них. Выявлено, что одним из основных факторов влияния, выделенных из полной матрицы размерностей, является расход топлива ge.
Функциями отклика рассматриваемых комплексов упрощённо принимаются N3o и Q - для ДВС; Yi, Y2- для ЭО и ТЭГ, соответственно. Для электротехнических устройств ЭО и материалов ТЭГ, очевидно, функцией отклика будут являться их вольтамперные характеристики. Определяемые с помощью универсальных измерительных приборов параметры постоянного тока и будут являться функциями отклика, обуславливающими работу других устройств, узлов и агрегатов СМ, т.е.: Y, - Y2 = {Uj, Ij, Rj,j= l,2...m}. (2.4)
Составление математической модели всех процессов протекающих как в ДВС, так и в ТЭГ с учётом влияния всех факторов X достаточно трудоёмкий процесс, поэтому приведём основные ограничения, с приложением которых с достаточной степенью точности указанный процесс упроститься.
Дизельный ДВС, как наиболее применяемый на современных СМ, является геометрическим телом неправильной формы, поэтому тепловые процессы протекающие в нём на различных режимах работы самой машины чаще всего рассматриваются на основе принципа стабильности теплового потока [42, 61].
Согласно этому принципу тепловой поток выравнивается в глубине тела независимо от формы его поверхности. Поэтому сложные поверхности контакта между ТЭГ и ДВС можно мысленно деформировать в виде геометрических тел простейших формы, в данном случае - цилиндра. Кроме того, работа ДВС связана с частыми изменениями теплового потока (температуры Тн и др.) теплоносителя (ОГ, ОЖ), что определяет рассмотрение температурного поля при нестационарном режиме [6, 16, 31].
Рассмотрение рабочего цикла СМ как квазистационарного процесса позволяет оценить каждый из режимов эксплуатации ДВС (СМ в целом) через тот тепловой поток, который отдаётся тому или иному теплоносителю. Неравномерность распределения плотности теплового потока q по той или иной системе ДВС может быть условно заменена тепловым потоком AQ, поглощённым СУТ ТЭГ за время работы ДВС на том или ином режиме. Так, минимальное количество тепловой энергии Д 2охл уходящей с ОЖ через трубопроводы в периоды работы ДВС на холостом ходу после пуска и перед остановкой, можно рассматривать как тепловой поток от источника Qn, достаточно хорошо рассмотренный в [92].
Обоснование системы подвода и отвода тепла
Эффективность термоэлектрических устройств в значительной степени зависит от тепловых режимов их работы. Потенциальные возможности СУТ ТЭГ могут быть полностью использованы только при условии обеспечения оптимальных режимов теплопередачи в системе: источник тепла -термоэлектрический преобразователь-теплоприёмник.
Реальный термоэлемент представляет собой многослойную конструкцию, через которую проходит поток тепла от источника к теплоприёмнику. Анализ основных процессов, протекающих в ТЭГ приводится ниже [107].
Эффект Зеебека. Эффектом Зеебека называют возникновение в термоэлектрической цепи термо-ЭДС - Ег, равной разности потенциалов Ум, пропорциональной разности температур между спаями (индекс м отражает тот факт, что термо-ЭДС есть максимальная разность потенциалов): УМ=ЪАБ(ТГ-ТХ) = Е1, (3.2) где а АБ —коэффициент термо-ЭДС (Зеебека) пары проводников А и Б, В/К; Тг, Тх - температуры горячего и холодного спая соответственно, К.
Эффект Пельтье. Эффектом Пельтье [107] называют нагревание или охлаждение (в зависимости от направления электрического тока) спаев разнородных проводников. Количество теплоты Пельтье пропорционально силе тока. В замкнутой термоэлектрической цепи, изображенной на рис.2.3.д, теплота Пельтье поглощается в нагреваемом спае 1 и выделяется в охлаждаемом спае 2 в количествах: Qx=I-n{Tx); Q2=in(T2), (3.3) где П(Ті) и П(Т2)—коэффициенты Пельтье для горячего 1 и холодного 2 спаев соответственно.
Эффект Томсона. Эффектом Томсона называют выделение или поглощение тепла под действием электрического тока в неоднородно нагретом проводнике. В отличие от джоулева тепловыделения, которое пропорционально квадрату тока, теплота Томсона пропорциональна току и перепаду температуры Q,=I xA-(T,2\ Q2=IxE(T,2), (3.4) где та и тб — коэффициенты Томсона для проводников А и Б. Знак теплоты Томсона меняется при изменении направления тока. Обычно теплота выделяется, когда электроны движутся к холодному спаю и поглощается, когда они движутся к горячему спаю.
Связь между термоэлектрическими коэффициентами. Одним из замечательных достижений феноменологической термодинамики является установление связи между тремя термоэлектрическими коэффициентами на основе первых двух начал термодинамики [107].
Первое уравнение связи между термоэлектрическими коэффициентами имеет вид (при Ті Т2): dll аАБ=та-тБ+ — (3.5) Отсюда следует, что термо-ЭДС является суммой двух составляющих: объемной и контактной. Второе уравнение связи между термоэлектрическими коэффициентами имеет вид (при Ті Т2): lAZl± + ±.K = o. (3.6) Т dT Т Подстановка уравнения (3.5) в уравнение (3.4) позволяет выразить коэффициенты Пельтье и Томсона через коэффициент термо-ЭДС Зеебека: Л = аАБТ; г т - т da А Б dT (3.7) (3.8) Этот результат является приложением термодинамического метода: не зная еще природы термоэлектрических эффектов, можно определить все составляющие теплового баланса термоэлектрической цепи из одних электрических измерений термо-ЭДС.
Левая часть уравнения (3.7) представляет собой разность двух членов (/7(7 )-77(7 )), каждый из которых зависит от свойств только одного материала, а правая часть этого уравнения представляет величину, зависящую от свойств двух контактирующих материалов. Это позволяет представить а ДБ как разность собственных термо-ЭДС материалов а А и а Б- Проинтегрировав уравнение (3.7), получим: «АБ =аБ аА « -Ш (3.9) -№w В заключении отмечается, что все термоэлектрические эффекты обратимы, а знаки теплоты Пельтье и Томсона изменяются при изменении направления тока.
Описание и результаты экспериментальных исследований существующих конструкций термоэлектрических генераторов
После проведения экспериментов на лабораторных установках были проведены серии экспериментов, для подтверждения основной гипотезы и лабораторных исследований, на натуральных образцах. В качестве натурного образца использовался бульдозер Б-10М.01 с двигателем Д-180.01
Бульдозер Б-10М.01 предназначен для разработки и перемещения грунта, устройства выемок, расчистки дорог, планировки площадок и других работ. Бульдозер снабжён дизельным двигателем Д-180.01. Бульдозер был исправен, укомплектован согласно нормативно-технической документации и отрегулирован согласно требованиям завода-изготовителя. Испытания проводились в городских и полевых условиях при температуре окружающего воздуха от -32,1 до +0,4 С и атмосферном давлении 748 -г- 765 мм рт. ст.
Все результаты исследований заносились в протокол испытаний. В протоколе указывались дата проведения испытания, атмосферное давление, температура окружающей среды, относительная влажность воздуха. Генератор ГТУ 1-19 установлен на бульдозер Б-10М.01 с двигателем Д-180 при начальных условиях (температура окружающего воздуха Т=-15С, относительная влажность и атмосферное давление в пределах нормы) без подключения нагрузки. Исследуемыми параметрами являются: U, I, т .
Пример полученных зависимостей выходных параметров ТЭГ (ГТУ 1-19) силы тока I и напряжения U от режима работы данных машин проведен в таблице 4.6.
После проведения опытов, полученные результаты обрабатывались по методике планирования эксперимента. В результате проведённых расчётов были определены мощность ТЭГ, сила тока, напряжение и время выхода ТЭГ на оптимальный режим работы.
Для проведения анализа результатов экспериментальных исследований использовалась графическая интерпретация полученной математической модели. Данные проведённых исследований были обработаны с применением прикладных программ (Excel, «REGRESS») на ПЭВМ [45]. Анализируя полученные графические зависимости эффективных параметров ТЭГ от характеристик нагруженности ДВС строительных машин и преобразованного теплового потока можно выделить 3 этапа в функционировании ТЭГ: Собственный разогрев ТЭГ с выходом на режим максимальной мощности; Режим максимальной мощности; Автономная работа на выключенном ДВС.
На результат любого измерения могут оказывать влияние различные факторы. Это влияние проявляется как ошибки (погрешности), которые накладываются на значение измеряемой величины. При этом результат измерений представляет собой сумму истинного значения измеряемой величины и ошибок. Поэтому в задачу измерений входит не только нахождение самой величины, но также и оценка допущенной при измерении ошибки.
С понятием ошибки тесно связано понятие точности измерений: чем меньше ошибка, тем выше точность [1,124]. SE - оценка суммарного среднего квадратического отклонения результата измерения; Коэффициент КЕ определяется по формуле: є + - (4-4) \s \s где є - доверительная граница случайной составляющей погрешности результата измерения (случайная погрешность), соответствующая принятой доверительной вероятности Р; 0 - доверительная граница не исключенной систематической составляющей погрешности результата измерения (систематическая погрешность), соответствующая принятой доверительной вероятности Р; S - оценка среднего квадратического отклонения результата измерения; Se - оценка среднего квадратического отклонения систематической погрешности. Расчет случайной погрешности производится по формуле 4.3: s = txS„ (4.5) где t - коэффициент Стьюдента. Доверительная граница не исключенной систематической составляющей погрешности результата измерения (систематическая погрешность) определяется следующим образом: где j - граница j - ой не исключенной систематической погрешности.
