Содержание к диссертации
Стр.
ВВВДЕНИЕ 5
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 9
1. ОБОСНОВАНИЕ И ПОСТАНОВКА ЦЕПЕЙ И ЗАДАЧ НАСТОЯЩЕЙ
РАБОТЫ II
-
Обоснование и постановка задачи оптимизационных исследований внутреннего контура II
-
Анализ современных методов математического моделирования рабочего процесса внутреннего контура. Состояние оптимизационных исследовании 16
-
Цели и задачи настоящей работы ........ 30
2. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЩОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВНУТРЕННЕГО
КОНТУРА ПО ПАРАМЕТРАМ ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ 37
-
Теоретические основы параметрического исследования внутреннего контура. Параметрическая модель рабочего процесса внутреннего контура без учета гидравлических сопротивлений тепло-обменных аппаратов ...... 37
-
Предварительное параметрическое исследование рабочего процесса внутреннего контура без учета гидравлических сопротивлений теплообмен-
ных аппаратов 46
2.3. Параметрическая модель рабочего процесса внут
реннего контура с учетом гидравлических сопро
тивлений теплообменных аппаратов 56
Стр.
-
Предварительная оценка адекватности параметрической модели рабочего процесса внутреннего контура 61
-
Полное параметрическое исследование рабочего процесса внутреннего контура ......... 69
3. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ СООТНОШЕНИЙ ТЕШ100БМЕННЫХ
АППАРАТОВ НА ИХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ 78
-
Методические основы исследования и оптимизации теплообменных аппаратов на их математических моделях 78
-
Математическая модель рекуперативных теплообменных аппаратов как элементов внутреннего контура 81
-
Результаты исследования и оптимизации рекуперативных теплообменников ДВПТ на их математических моделях . 87
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО
ПРОЦЕССА ВНУТРЕННЕГО КОНТУРА ДВПТ 103
-
Универсальная методика определения выходных параметров теплообменных аппаратов 104
-
Описание объекта экспериментального исследования ПО
-
Результаты экспериментально-расчетного исследования рабочего процесса 120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 141
ЛИТЕРАТУРА 145
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение к работе
Успешное развитие энергетики нашей страны неразрывно связано с рациональным использованием традиционных и освоением перспективных источников энергии. Определяющаяся этим необходимость разработки принципиально новых более совершенных способов преобразования энергии была подчеркнута в Решениях ХШ съезда КПСС [і] , в последующих документах партии и правительства.
Одним из таких способов является использование в качестве преобразователей тепловой энергии двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ). Создание ДВПТ в нашей стране осуществляется в соответствии с целевой комплексной программой, разработанной Государственным Комитетом СССР по науке и технике по решению научно-технической проблемы 0.13.07 от 29 декабря 1981 г. Настоящая диссертация является частью работ, проводимых в ЦНИДИ в рамках этой программы.
Ряд существенных преимуществ ДВПТ по сравнению с другими двигателями делает их весьма перспективными как в широких, так и в нетрадиционных областях техники. При высокой эффективности и экономичности ДВПТ могут работать от разнообразных низко- и высокопотенциальных источников энергии, имеют низкое содержание токсических составляющих выхлопных газов в случае использования в качестве источника энергии углеводородных топлив, имеют хорошие вибро-акустические характеристики и т.д. [15,16,23,49,54, 70].
Возможность успешного применения ДВПТ связана с необходимостью удовлетворительного решения многих проблем, возникающих при создании высокоэффективных двигателей. Здесь прежде всего следует отметить такие проблемы, как создание совершенных компактных рекуперативных и регенеративных теплообменников, разра- ботка эффективных источников энергии, выбор рабочего тела внутреннего контура (ВК), проблемы обеспечения герметичности, смазки, передачи и регулировки мощности Г 28,29,42,43,70,76,79] .
Основным требованием при разработке и создании ДВПТ является безусловное получение необходимой мощности при максимально возможной эффективности рабочего процесса. В связи с этим возникает необходимость принятия уже на начальных стадиях разработки таких проектных решений, которые обеспечат высокую эффективность будущего двигателя.
ДВПТ состоит из внутреннего замкнутого рабочего контура, двух наружных контуров охлаждения и нагревания и механического преобразователя. Центральной и наиболее важной системой ДВПТ, обусловливающей работу других систем, является внутренний контур. Эффективность его рабочего процесса во многом определяет эффективность работы всего двигателя. При этом, ввиду своей существенной сложности, внутренний контур до сих пор остается недостаточно изученным и трудно поддающимся оптимизации. Все это делает необходимым проведение работ, направленных на совершенствование существующих и разработку принципиально новых методов расчета, оптимизации и синтеза внутреннего контура, которые могли бы полностью обеспечить решение задачи его оптимального проектирования с наименьшими затратами времени и материальных средств.
В настоящее время созданы и продолжают развиваться многочисленные методы расчета и основанные на них математические модели внутреннего контура, воспроизводящие с различной степенью точности реальную картину рабочего процесса [8,45] . При этом увеличение точности моделирования, или адекватности -модели, может быть достигнуто только увеличением степени детализации рассмотрения процессов в контуре, что неизбежно влечет за собой усложнение математического аппарата модели и увеличение затрат на моделирование. Это существенно затрудняет проведение оптимизации внутреннего контура на его математических моделях, уровень адекватности которых был бы удовлетворительным для обеспечения требуемой точности результатов.
По сравнению с оптимизационными исследованиями сразу всего внутреннего контура на его математических моделях высокая точность результатов при малых затратах может быть достигнута перенесением оптимизации на элементы внутреннего контура - теплооб-менные аппараты и рабочие полости, являющиеся в значительной мере более простыми объектами по сравнению со всем контуром. Оптимизация элементов ВК, и в первую очередь его теплообменных аппаратов (ТА), может быть осуществлена только на базе исследования всего контура как сложной системы по выходным параметрам его подсистем [21,35] . Основой для такого исследования является описание ВК по параметрам его элементов и параметрическое моделирование. Для проведения оптимизации теплообменных аппаратов необходимо разработать их математические модели требуемого уровня адекватности.
Настоящая диссертация и посвящена разработке методики и проведению оптимизации конструктивных соотношений теплообменных аппаратов, как элементов внутреннего рабочего контура, на основе исследования рабочего процесса Ж по параметрам его элементов и математического моделирования работы каждого теплообменника в отдельности.
Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения.
В первом разделе проведен аналитический обзор методов математического моделирования и оптимизации внутреннего контура. Определены цели и задачи оптимизации теплообменных аппаратов.
Второй раздел посвящен разработке теоретических и методических основ параметрического исследования внутреннего контура, созданию параметрической математической модели и проведению на ней многофакторного исследования рабочего процесса.
Третий раздел посвящен разработке автономных математических моделей рекуперативных теплообменных аппаратов и оптимизации их конструктивных соотношений.
Четвертый раздел включает вопросы разработки методической и материальной базы экспериментального исследования внутреннего контура ДВПТ. Проведено экспериментально-расчетное исследование, позволившее установить удовлетворительную степень адекватности параметрической модели и подтвердить достоверность результатов оптимизации рекуперативных теплообменников. Приведены результаты испытаний на двигателе рекуперативных теплообменных аппаратов улучшенной в соответствии с результатами расчетных исследований конструкции.
