CC BY
24
Восточно-Европейский журнал передовым технологий
ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА
УДК 621.43.01
ГАЗОДИНАМ1ЧН1 ПАРАМЕТРИ ОЦ1НКИ РОБОЧО1СУМ1Ш1 У ДОДАТКОВ1Й СИСТЕМ! ЖИВЛЕННЯ ДИЗЕЛЬНИХ ДВИГУН1В
Л . В. Кн ауб
Доктор технiчних наук, доцент, профессор Кафедра служби ракетно-артилертського озброення Втськовий iнститут Одеського Нацiонального полiтехнiчного ушверситету м. Одеса, УкраТна, 65062 Контактний тел.: (067) 682-86-70 E-mail: knaubludmila@gmail.com
Н.Я. М асл i ч
Кандидат техычних наук, доцент, доцент Кафедра загальнотехшчних дисциплш та технолопчноТ
освiти
ПiвденноукраТнський Нацiональний педагогiчний унiверситет iM. академика К.Д. Ушинського вул. Рибальська, 8, м. Одеса, УкраТна, 65038 Контактний тел.: 097-170 40 47 E-mail: maslich natalia@mail.ru
-□ □-
Запропонована математична модель оцтки якостi робочог cyMrni у додатко-вш cucmeMi живлення дизелiв для викори-стання дешевих низькоцетанових та висо-ков'язких палив, яка дозволяв визначати параметри робочог cyM^i перед початком всмоктування
Ключовi слова: робоча сумш, додаткова система живлення, нuзькоцemановi палива,
оцтка якоcmi тдготовки палива
□-□
Предложена математическая модель оценки качества рабочей смеси в дополнительной системе питания дизелей для использования дешевых низкоцетановых и высоковязких топлив, позволяющая определить параметры рабочей смеси перед началом всасывания
Ключевые слова: рабочая смесь, дополнительная система питания, низкоцетано-вые топлива, оценка качества подготовки топлива
□-□
The mathematical model of estimation of quality is offered working in the additional system of feed of diesels for the use of cheap low-cetane and high viscid fuels, allowing to define the parameters of working mixture before the beginning of suction
Key words: working mixture, additional system offeed, low-cetane fuels, estimation of quality of preparation of fuel -□ □-
1. Вступ
Для будь-якого теплового двигуна, тобто поршневого, газотурбшного або шшого виконання, проблема тдвищення повноти згоряння виршуеться бшя сто-литя, тому що вщ не! (повноти) залежать економiчнi, потужност та еколопчт показники. Крiм того, що не менш важливо по вщношенню до вказаних показниюв, повнота згоряння та швидюсть вигоряння палива в заданих координатах на вщведеному годинному штер-валi по камерi згоряння визначають жорстю вимоги до використаних палив по теплофiзичних параметрах, яю впливають на розпилювання, випаровування та змшування з окислювачем. Звщси з'являються об-меження на використання альтернативних палив для теплових двигушв, наприклад таких як газоконденсат, метанол, палив з вузьким фракцшних складом по ву-глеводням та ш.
Ршення вказано! проблеми важливе для народного господарства Укра!ни, особливо при ршенш задач енергонезалежносп держави. Гострий дефщит палив, а це не секрет, твердо зайняв сво! позицп й диктуе цiни майже на все (воду, хлiб, тепло та ш.) i може стати головним аргументом у особливих умовах. Зввдси ви-пливае важлива науково-технiчна задача послаблен-ня цього аргументу - знайти можливосп i науково обгрунтувати !хню реалiзацiю шляхом пiдготовки до горшня альтернативних палив так, щоб потужноснi, економiчнi та екологiчнi показники двигушв були б на рiвнi показниюв як i при робоп на стандартних паливах.
У зв'язку зi сказаним, виникае необхiднiсть роз-ширення сортностi палив, якi використовуються в кнуючих двигунах.
Отже, задачею дано! роботи являеться розробка те-орп оцiнки якостi пiдготовки альтернативного палива
до спалювання у дизельних двигунах з використанням додатково! системи живлення у виглядi вихрового ви-паровувача-змiшувача.
2. Основна частина
Використання низькоцетанових i високов'язких палив для дизелiв висувае задачу розподiлу подачi на двi частини: першу, як основу, через вихрову систему та другу, як запальну дозу, що уприскуеться стандартною паливною апаратурою [1]. 1ншою задачею для найвигiднiшого використання розд^ьно! системи живлення являеться задача ощнки якостi робочо! сумiшi, коли середовище яке утворюе вих-ровий процес являеться повиря для дизелiв з наддувом або вщпрацьоваш гази зi змiнними тиском i температурою.
Якщо для запально! порцii ощнка робиться ильки за параметрами факела, диференщальною характеристикою уприскування та яюстю розпилення, то для основно! дози факела не кнуе, а параметри су-мiшi шсля вихрово! трубки, як аерозольного гетерогенного середовища, змiнюються в широких межах за навантаженням та частотою обертання колшчастого валу. Газодинамiчнi параметри на всмоктуванш виз-начають наповнення, параметри початку стиснення та ш., тобто усi процеси випаровування, змшування та горiння. Враховуючи наведенi факти, наведемо теорж визначення основних газодинамiчних пара-метрiв робочо! сумiшi на виходi з вихрово! системи живлення з урахуванням теплообмшу на випаровування та змшування палива з вихровою повiтряною фазою, враховуючи стшки вихрового апарата адiа-батними.
З теорп вихрового ефекта можна досить точно виз-начати не тiльки розподш температури вихрового гетерогенного середовища, а й газодинамiчнi функцп за заданими параметрами на входi в тангенщальне сопло, будь-яко! форми перерiзу [2]. Випробування вихро-вих апарапв як додатково! системи живлення показали позитивш результати використання для дизелiв низькоцетанових та високов'язких палив (стаб^ьних газоконденсатiв та iн. з ОЧ - 30-32) iз попередньою тдготовкою. При цьому вихiднi ефективш показники дизелiв та динамiчнi якост транспортних засобiв за-лишаються майже на стандартному рiвнi [3].
Таким чином, параметрами ощнки робочо! сумiшi на виходi з вихрового прямоточного випаровувача-змiшувача слiд вважати густину, тиск, температуру та швидюсть руху шарiв робочо! сумiшi, якi виражають-ся через газодинамiчнi функцп. При цьому додатко-вою умовою слщ вважати те, що пiдведення палива у вихровий потж здiйснюеться як ежектором.
Початковими даними для ощнки газодинамiчних параметрiв являються:
- температура газу на входi у вихровий випарову-вач-змiшувач (Т01);
- тиск на входi (роО;
- тиск на виходi з урахуванням втрат за довжиною випаровувача-змшувача i витрат роботи на випаровування (р2);
- безрозмiрна швидкiсть газу на вход^ що визнача-еться як
Х = -
Х =
(Р)'
к +1 ^ 2 к -1
де w, а - швидкосп потоку та звуку з урахуванням густини середовища ввдповщно;
к - показник адiабати.
Геометричнi параметри вихрового випаровувача-змiшувача (ширина Ь1 та висота Ь1 тангенцiального входу, внутршнш дiаметр dТ, дiаметр дiафрагми d2) вибираються за витратою повiтря дизелем для режиму максимально! потужноси №тах i частоти обертання колiнчастого валу птах. Довжина вихрово! зони 1Т для повного випаровування вибираеться нами звичайно за в'язкiстю палива, яке використовуеться, наприклад, при стандартнш системi живлення, дiаметр краплi 30 мкм, при параметрах кшця стиснення паливо повшстю випаровуеться у стоячому середовищi за пробк 0,1500,180 м. У вихровому випаровувачi-змiшувачi шлях сумiшi, яка проходить ввд входу до виходу (вважаючи наявшсть невипарених крапель), при дiаметрi вихору 0,08 м, з частотою вихору 12000 у^ знаходиться в межах сотш метрiв, на пiдставi чого для отримання аерозолю палива у вихровому потощ 1Т ~ (7 - 10)dт.
Порядок ощнки вихрового випаровувача-змшува-ча наведемо наступною послщовшстю [2].
Геометричнi параметри вхщного сопла визнача-ються як
Р = ^У^м .
1 mPоlq (^1)'
Ь1 \ (2)
^ = 2Ь1.
де Р1 - площа вхiдного сопла;
Р2
т = -!-2 - вiдносний тиск за координатою потоку;
Р01
q (Х1) - витратна газодинамiчна функцiя, яка виз-
(3)
начаеться за рiвнянням
1 1 ч ( к +к-1 (л к - и 2^к-1
Кут нахилу площини вхщного сопла до осi вихрово! зони для регулювання числа витюв крапл^ що випаровуеться, (шляху пробку) та повiтряноi фази вибираеться з умов
ф = аггат
^ Ь1
(4)
Робота, яка утворюеться осьовими шарами над пе-рифершними з урахуванням витрат на випаровування ввд початку до кшця вихрово! зони, дорiвнюе
L = --^ЯТ
01-2 к — 1 01
Ро1
к-1 к
- 1
-ч к)
де р2 - абсолютний тиск на виход^ q) - схована теплота пароутворення. Абсолютний тиск на виходi дорiвнюе
w
Р2 =
Р01
П(К2 )n(^5z ) '
(6)
Ко —
Pr
(16)
а температура на виход1
T2 — To -т^,), (7)
де t(K5z ) - температурна газодинамГчна функщя. ГазодинамГчна функщя на виходГ дорГвнюе
)— f [n(^5z )] , (8)
де n(X5z) - узагальнена газодинамГчна функщя для всього потоку, яка дорГвнюе
Р^. (9)
Pol
^5, ) =
Тод1 повна температура газу на виходГ з випарову-вача-змшувача дорГвнюе
T = GiToi- g2t02 - q (qц) Gi+G2+qц
(10)
де G2 - сумарний ваговий вихвд робочо! сумiшi з випаровувача-змшувача;
qц - витрата палива у перерахунку на 1 цикл. Осюльки 0^ц палива знаходиться пiд дieю вщ-центрових сил у перифершнш зонi, а 0,2 qц у осьових шарах, то теплообмш мiж шарами набувае важливого значення для отримання яюсно! робочо! сумiшi на виходi iз випаровувача-змiшувача з урахуванням роз-мiрiв перерiзiв потокiв:
- середнього значення площини осьового потоку G,
F =
2cp
P2cp Uc
середньо! висоти осьового потоку
h2cp — (F2cph2b-1 )2;
- екв1валентного д1аметра осьового потоку
d2eKB = h2cp .
Тод1 по Сатерленду динамГчна в'язюсть осьового потоку на виходГ i3 випаровувача-змГшувача (напри-кшщ вихрово! зони)
Ц — Цо
T
2
T
2cp
T
л3
2cp
273
(11)
числа Рейнольдса i Прандтля дорiвнюють вщпо-вiдно
Re =U2cpd2e„P2cp ; (12)
"2cp
Pr —
4k ; 9k - 5 ;
коефiцieнти теплопровiдностi:
- периферiйних шарiв
К — Ц^;
1 Pr
- осьових шарiв
К Pr ;
(13)
(14)
(15)
де cp - iзобарна теплоемтсть; коефiцieнти тепловiддачi:
- периферiйних шарiв
NuL «1 = ;
а1екв
- осьових шaрiв
NuX,
а 2 =
2
d.
(17)
(18)
2екв
де Nu - критерiй Нуссельта, який визначаеться режимом руху i дорiвнюе
Nu = cRem Prm Gr"
Pb.
(19)
де c,m1,m2,m3,m4 - стaлi показники потоюв в функ-цГ! вiд режиму руху та пaрaметрiв стану осьових i пе-риферiйних шaрiв в сумшГ з паливом;
Gr - критерш Грасгофа;
Pr2, Ргст - критерГ! Прандтля для потоку та стшки ввдповвдно.
Юльюсть тепла, яка передаеться перифершними шарами через площу дотику !х вщ початку вихрового руху до кшця у будь-якому перерiзi вихрово! зони осьовим шарам з урахуванням випаровування палива визначаеться як
Q = KFcp (Tlcp - T2cp); Q .
At1 =
cpGI'
(20)
At2 =
CpG2 -At3 = q (qц )>
де К - середнiй показник теплопередачi мiж шарами.
На пiдставi системи рiвнянь (20) середня температура на виходi з вихрово! зони у всмоктувальний ко-лектор дизеля при використанш вiдпрацьованих газiв
T2 — T1 - At3
(21)
Осюльки At1 —-At2, а At3 ^ пдагрГву сумГшГ у всмоктувальному трaктi, отже Т2=Т1 при використан-m повиря.
Висновки
1. Запропонована математична модель ощнки яко-стi робочо! сумiшi при використаннi додатково! вихрово! системи живлення для спалювання низькоцетано-вих та високов'язких палив дозволяе в межах допуску визначати параметри робочо! сумiшi перед початком всмоктування.
2. Процес сумшоутворення у вихровiй зош для
розрахунку режиму роботи дизеля можна наблизити до iдеального, а сумш отримувати близькою до стехь ометрично! незалежно вiд теплофiзичних параметрiв сумшь
\ m
Лиература
1. Двигатель внутреннего сгорания. Барсуков С.И., Кнауб Л.В., Манаенко В.П. А.С. № 1686212 СССР. Опубл. Б.И. № 39, 23.10.91 г.
2. Кузнецов В.И. Теория и расчет эффекта Ранка. - Омск: ОмПИ, 1995. - 218 с.
3. Кнауб Л.В., Верламов А.М. Анализ изменения эксплуатационных и динамических характеристик автомобиля КАМАЗ-5410
с дополнительной системой питания, работающего на низкоцетановом топливе. Науч.-техн. сб. "Динамика систем", Вып. 2. - Одесса: ОИСВ, 1995. - C. 29 - 30.
Проведено порiвняльний аналiз пульса-цш тиску в стенЫ для випробування гидро-апаратiв при наявностi гасителя пульса-цш тиску з автоматичним тдстроюванням параметрiв та без нього
Ключевi слова: пульсаци тиску, стенд для випробування, гаситель, осцилограми
Проведен сравнительный анализ пульсаций давления в стенде для испытаний гидроаппаратов при наличии гасителя пульсаций давления с автоматической подстройкой параметров и без него
Ключевые слова: пульсации давления, стенд для испытаний, гаситель, осциллограммы
The comparative analysis of pulsations of pressure in the stand for tests of hydrodevices is lead at presence extinguisher pulsations of pressure with automatic fine tuning parameters and without it
Key words: pulsations of pressure, stand for tests of hydrodevices, extinguisher, oscillogram
УДК 621.226
РОЗРАХУНКОВ1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПУЛЬСАЦ1Й ТИСКУ В СТЕНД1 ДЛЯ ВИПРОБУВАННЯ Г1ДРОАПАРАТ1В
П.М. Андренко
Доктор техычних наук, професор Кафедра "Пдропевмоавтоматика i гщропривод" Нацюнальний техшчний ушверситет "Хармвський
пол^ехшчний шститут" вул. Фрунзе, 21, м. Хармв, 61002 Контактний тел. (057) 707-61-28
М.С. Свинаренко
Асистент
Хармвський державний ушверситет будiвництва та
арх^ектури вул. Сумська, 40, м. Хармв, 61002 Контактний тел. (057) 700-02-46 E-mail: maksi m@ua.fm
1. Вступ
Гiдравлiчнi апарати знайшли широке застосування в сучасних об'емних пдроагрегатах (ГА) мехатрон-них систем технолопчного обладнання, транспортних машин, шшому гщрофжованованному обладнаннь Це обумовлено тим, що таю ГА мають високу довго-Bi4mCTb, надшно захищеш вщ перевантажень, забез-печують '¿м мехашчну жорстюсть по вщношенню до навантаження та високу позицшну точшсть реверсу. Вони значно спрощують автоматизащю промислових процеив та пiдвищують якiсть машин, дозволяють суттево зменшити '¿х вагу i габарити, надшно працю-
ють в любих клiматичних умовах [1]. Ва типи пдро-апаратiв, за виключенням логiчних гiдроклапанiв та дроселюючих гiдророзподiльникiв, проходять кон-трольнi випробування зпдно з ДСТУ [2]. Щ випробування проводять на спещальних стендах, при розробцi i проектуванш яких необхiдно забезпечити високу точшсть тдтримування тиску чи витрати на входi в гiдроапарат, комфортнi умови пращ. Для зменшення пульсацiй тиску робочо! рiдини в гiдравлiчнiй системi випробувального стенда, шуму та вiбращi нами про-понуеться встановлювати тсля об'емного насоса гаситель пульсацш тиску з автоматичним пiдстроюванням параметрiв (ГПТ) [3].
