Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Повышение эффективности энергетических установок, совершенствование производственных процессов, освоение современных принципов создания высоких технологий требует перехода ко все более высоким параметрам энергетических и технологических систем. Их уровень в современных машинах и процессах уже таков, что использование традиционных методов расчета, основанных на логической базе термодинамики-идеального или совершенного газа и несжимаемой жидкости, приводит к ощутимым погрешностям. Необходимо искать новые методы расчета устройств и протекающих в них рабочих процессов, которые бы максимально полно учитывали физические свойства рабочего тела.
Одним из важнейших аспектов проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов и снижения токсичности отработавших газов является решение задач совершенствования топливных систем (ТС) тепловых двигателей летательных аппаратов (ЛА), неразрывно связанных с увеличением давления впрыскивания топлива. На ряде ЛА устанавливаются дизели с высоким давлением впрыска. Кроме того, на перспективных конструкциях вертолетов в США предполагается использовать газотурбинные двигатели (ГТД) с компаундным циклом, в котором камера сгорания заменена цилиндро-поршневой группой типа дизельного двигателя внутреннего сгорания (ЛВС), где давление топлива перед форсункой достигает 150 МПа.
В настоящее время гидродинамический расчет ТС дизелей производится в предположении изотермичности процесса подачи топлива. Однако, при давлении подачи топлива в цилиндр, большим 150МПа, температура топлива может повышается более, чем на 65-70 К.
При этом значительно изменяются физические характеристики топлива. Так, при изменении температуры на каждые 50 К коэффициент сжимаемости изменяется на 40%, а вязкость топлива - от трех до тридцати раз. Повышение температуры топлива, достигающего каналов форсунки и распылителя, уменьшает его охлаждающую способность, в связи с чем возрастает уровень температуры распылителя в зоне сопловых отверстий и зоне направляющей иглы, что может привести к закоксовыванию отверстий распылителя или к потере. подвижности иглы.
Кроме того, параметры впрыскивания и физические свойства топлива влияют на мелкость и однородность распыливания топлива, что необходимо учитывать при оценке качества процесса смесеобразования в дизеле.
Поэтому проблема уточнения метода гидродинамического расчета ТС двигателей актуальна. .
ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИИ.Разработать уточненный метод гидродинамического расчета ТС тепловых двигателей, позволяющий определять повышение температуры топлива при его сжатии, дросселировании и движении по трубопроводу. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи.
-
Используя известное уравнение состояния Тейта, получить более точные уравнения состояния и термодинамических процессов плотных жидкостей и газов.
-
Получить уравнения для определения изменения температуры жидкости в изоэнтропном процессе, при сжатии и расширении с трением, при адиабатном дросселировании и при движении жидкости в цилиндрическом канале при наличии трения.
-
Получить уточненные уравнения состояния и термодинами-
ческих процессов углеводородных топлив , учитывающие их термодинамические свойства ( при отсутствии и при наличии газовой фазы).
4.'Разработать программы расчета на ЭВМ параметров уравнения состояния и термодинамических процессов в топливах.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА.1.Уточнено уравнение состояния плотных жидкостей и газов. 2. Разработаны уравнения для определения изменения температуры жидкости в изоэнтропном процессе, при адиабатном сжатии и расширении с трением, при адиабатном дросселировании и при движении жидкости в цилиндрическом канале при наличии трения. 3.' Получены уточненные уравнения состояния и термодинамических процессов углеводородных топлив для дизелей и ГТД (при отсутствии и наличии газовой фазы), учитывающие термодинамические свойства топлив. 4. Разработан метод гидродинамического расчета топливных систем тепловых двигателей, учитывающий изменене-ние температуры топлива в ТС.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработан метод и программа опреде
ления по известным величинам плотности и удельной изобарной теп
лоемкости при нормальных физических условиях и по эксперимен
тальным значениям скорости распространения импульса давления
(скорости звука)термодинамических параметров дизельных и реак
тивных топлив в системах топливоподачи высокого давления дизе
лей. ---:
АВТОР ЗАЩИЩАЕТ. Результаты теоретических исследований, поз^ волившие с использованием теоретически обоснованного уравнения состояния и предложенных автором уравнений изоэнтропного процесса, адиабатного сжатия с трением, адиабатного дросселирования, а также уравнений, описывающих течение жидкости в цилиндрическом
канале с трением, разработать метод термодинамического и гидродинамического расчета процессов и течений плотных жидкостей и газов.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертационной работы докладывались на российской научно-технической конференции "Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении" (г.Рыбинск, 1994г.), II Всероссийской конференции "Процессы горения и охрана окружающей среды" (г.Рыбинск, 1994г.), российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (г.Москва, МГАТУ, 1994г.), на научно-технических семинарах в РГАТА и ЯГТУ. Предложенный метод расчета ТС дизелей передан на Ярославский завод топливной аппаратуры для использования при гидродинамическом расчете ТС высокого давления дизелей.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 10 работ
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. 1. Исследованы уравнения состояния и термодинамических процессов плотных жидкостей и газов, являющиеся модификациями уравнения Тейта. 2. Разработан метод определения термодинамических параметров, в том числе температуры, жидкости или плотного газа в изоэнтропных процессах, при сжатии и расширении с трением и при адиабатном дросселировании. 3. Разработаны основные уравнения, определяющие термодинамические параметры, в том числе температуру, в системе топливоподачи высокого давления в тепловых двигателях. 4. Разработана программа определения параметров уравнений состояния и термодинамических процессов в топливах по известным величинам плотности и удельной изобарной теплоемкости при нормальных физических условиях и экспериментальным значениям скорости распространения импульса давле-
ния, а также программа определения по найденным значениям параметров уравнений состояния и процессов термодинамических свойств жидкостей и плотных газов (в том числе топлив при высоких давлениях) .
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы. Материал изложен на 179 страницах машинописного текста, включая 45 рисунков, 9 таблиц и библиографию из 99 наименований на 10 листах.
