Улучшение технических показателей перспективного поршневого многотопливного ДВС с переменной степенью сжатия на ранней стадии проектирования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Литература

1. Барсков А. Спутниковая связь: оптимизация на всех уровнях. [Электронный ресурс]: Журнал сетевых решений/Телеком. 2012. № 4. URL: http://www.osp.ru/telecom/2012/04/13014750/ (дата обращения: 27.08.2015).

2. Дятлов А. П. Системы спутниковой связи с подвижными объектами: учебное пособие. - Таганрог: ТРТУ, 1997. Ч. 1. 95 с.

3. Новак А. Э., Привалов Д. Д. Современные средства расчета энергетического бюджета спутниковых линий связи // Техника радиосвязи. 2015. Вып. 2 (25). С. 11-21.

4. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е изд., испр. М.: Вильямс, 2003. 1104 с.

5. Голдсмит А. Беспроводные телекоммуникации: пер. с англ. М.: Техносфера, 2011. 904 с.

6. СпилкерДж. Цифровая спутниковая связь: пер. с англ. М.: Связь, 1979. 592 с

7. Пехтерев С. В., Андреев А. В., Ермакова Е. Ю. Выбор технологии и системы спутниковой связи для корпоративной или ведомственной связи. [Электронный ресурс]: Сети и системы связи. 2007. № 7. URL: http://www.ccc.ru/magazine/depot70 2_02/read.html?0201.htm/ (дата обращения: 27.08.2015).

8. Salomon J. Handbook on Satellite Communications. 3rd edition. John Wiley & Sons. Inc., and ITU., 2002. 1076 с.

9. Шахнович И. В. Современные технологии беспроводной связи. - 2-е изд., испр. и доп. М.: Техносфера, 2006. 288 с.

Улучшение технических показателей перспективного поршневого многотопливного ДВС с переменной степенью сжатия на ранней стадии проектирования Ле Динь Динг

Ле Динь Динг /Le Dinh Dung - магистр технических наук, факультет судовых энергетических установок, Вьетнамский морской университет, г. Хайфон, Социалистическая Республика Вьетнам

Аннотация: в статье приведены результаты термодинамических испытаний «методом научного исследования» рядного четырехцилиндрового двигателя ЗМЗ-4021.10рабочим объемом 2,445 л, работающий на низкооктановом бензине А-76 с переменной степенью сжатия, на топливе различного химического состава и с применением рабочего тела трех, двух и одноатомным химическим составом. Подвод теплоты от теплоисточника к массе рабочего тела осуществлялся по циклу Отто и Карно. С применением этих данных по геометрической модели и геометрическим характеристикам численными расчетами определены принципиально неустранимые тепловые потери по второму закону термодинамики и пути их уменьшения. Рассматриваются физическая, термодинамическая и математическая модели совершенствования термодинамического рабочего цикла. Выявлено благоприятное влияние на улучшение термодинамических показателей энергетических, экономических и экологических поршневого ДВС при работе на номинальных нагрузках. Ключевые слова: рабочие термодинамические циклы двигателей внутреннего сгорания, степень сжатия, род рабочего тела, среднее давление цикла, форсировка ДВС с благоприятной экономичностью.

1. Введение

Поршневые ДВС по требованиям европейских стандартов оцениваются эксплуатационными, эффективными, индикаторными и термодинамическими показателями. Главная задача при создании многотопливных ПДВС с переменной степенью сжатия на ранней стадии проектирования - анализ исследования и расчет термодинамических показателей.

Термодинамические показатели поршневого ДВС характеризуют термодинамический рабочий цикл и определяются «методом научного исследования» изменения параметров состояния рабочего тела в цилиндре поршневого ДВС за время рабочего цикла. К ним относятся среднее термодинамическое давление Ри термодинамическая мощность крутящий момент М, термодинамический КПД п, удельный термодинамический расход топлива gt, часовой термодинамический расход топлива Оь степень форсировки (благоприятное соотношение, обеспечивающее условия получения низкого расхода топлива (Рг - максимальное давление цикла)/ Р - среднее давление цикла) > 7,0)

2. Объект исследования

Рядный четырехцилиндровый поршневой двигатель: рабочим объемом 1^=2,445 л, с порядком работы цилиндров 1-2-4-3, диаметром цилиндра Б=0,092 м, ходом поршня 5=0,092 м, степенью сжатия е=6,7:1, эффективной номинальной мощностью Ыв=66,2 кВт, эффективным удельным расходом топлива ge=0,300 кг/(кВтч), номинальной частотой вращения коленчатого вала двигателя «=4500 мин-1, низшей теплотой сгорания применяемого топлива ^н=44013798 Дж/(кг топлива), теоретически необходимым количества воздуха для полного сгорания одного килограмма топлива /0=14,828 кг топлива кг воздуха.

Допущения при исследовании термодинамических показателей поршневого ДВС с переменной степенью сжатия, работающий по циклу Отто, на топливе с различным химическим составом, принимаются:

1) рабочее тело в цилиндре термодинамического поршневого ДВС воздух -считать идеальным газом, нормальные термодинамические условия которого -удельное давление ^=101332 Па, удельный объем и=0,773395 м3/кг, плотность р=1,293 кг/м3, абсолютная температура 7=273,16 К;

2) количество массы рабочего тела помещенного в полный объем цилиндра (диаметр цилиндра ^=0,092 м, ход поршня 5=0,092 м, степень сжатия е=7:1)

= V ■ р = со^ или та =

V

-р = const (1)

е-1

3) теоретически необходимое количество воздуха для обеспечения полного сгорания одного килограмма топлива и его низшая теплота сгорания Qн, зависящие от элементарного массового состава топлива;

4) количество массы топлив с различным элементарным массовым химическим составом, которое может полностью «сгореть» в массе воздуха [та по пункту 2)] в цилиндре термодинамического поршневого ДВС,

т = т / (2)

5) количество теплоты Q1, которое сообщается рабочему телу в цилиндре поршневого термодинамического ДВС:

Ql = ; (3)

6) величины термодинамических показателей поршневого ДВС с переменной степенью сжатия (е=14:1, е =21:1, е =28:1) определяющие параметры, полученные для степени сжатия е =7:1 (та=сош1, тт^сош1, Q1=const) сохраняются постоянными и неизменными.

т

а

Математические формулы для определения термодинамических показателей

поршневого термодинамического ДВС с переменной степенью сжатия на номинальном режиме работы «=4500 мин-1.

Термодинамическая мощность поршневого двигателя:

Т = М — О „пА—п— или N =

1 а 1 Чх ^г. 1

ш„ т 60

жВ1 0 е

-7 ПнР

\ОпП ^ -п-1-, Вт (4)

ш„ т 60

4 е-1

является функцией диаметра цилиндра В, хода поршня степени сжатия е, коэффициента наполнения пн, плотность рабочего тела р, коэффициент избытка воздуха а, теоретически необходимое количество воздуха 10, низшей теплоты сгорания топлива Qн, термодинамический КПД п, числа цилиндров /, тактности т и частоты следования циклов п. 1/60.

Крутящий термодинамический момент поршневого двигателя:

М = 9,55^ /п, Н.м (5) Часовой расход топлива поршневого термодинамического ДВС за час работы на номинальном режиме:

жБ2 0 е 1 1 кг

^ = — Я--ПнР—гг-*■ 60,- (6)

4 е-1 а10 т час

Термодинамический КПД поршневого ДВС

П= 1 - 1/(к -1) (7) Удельный термодинамический расход топлива поршневого ДВС

^ = От / N, кг/кВт.ч (8) Среднее термодинамическое давление рабочего тела в цилиндре термодинамического поршневого ДВС

р = Ц/(У^-Гтт) = Ц /у, МПа (9) Степень форсировки термодинамического поршневого ДВС

Ф,= р2 / р > 7 (10)

Рис. 1. Теоретический поршневой двигатель, работающий по циклу Отто, в V, р и Б, Т диаграммах для степеней сжатия 7 и 28: а - закрытая термодинамическая система (теоретический поршневой ДВС); б - р,¥ - работа, совершенная произвольным количеством рабочего тела ЗТДС; в - Т,Б - теплота, подведенная к рабочему телу, в ЗТДС; г - pt - среднее термодинамическое давление рабочего тела в ЗТДС

3. Исследование и расчет

Исследование и расчет термодинамических показателей термодинамического поршневого ДВС с переменной степенью сжатия, работающий на топливах различного химического состава [1, 2, 3]:

- разрабатываем и строим геометрическую, физическую, термодинамическую и математическую модели, рис. 1, а;

- определяем параметры состояния рабочего тела для ключевых точек процессов цикла Карно и Отто;

- определяем термодинамические характеристики рабочих процессов цикла Карно и Отто;

- определяем изменение термодинамического КПД поршневого термодинамического ДВС, работающего по циклу Карно и Отто в зависимости от степени сжатия е и показателя адиабаты к;

- строим, по результатам расчета параметров состояния рабочего тела, теоретический цикл двигателя Карно и Отто (рис.1) в У,р и Б,Т диаграммах для степеней сжатия 7 и 28;

- строим, по результатам расчета термодинамического КПД поршневого ДВС Карно и Отто, в координатах 3D поверхности изменения термодинамического КПД П от степени сжатия «е» и показателя адиабаты «к» в программном пакете Ма1ЬаЬ, рис. 2;

- рассчитываем по математическим формулам термодинамические показатели поршневого теоретического ДВС Карно и Отто.

1 5

Рис. 2. Графики изменения термического КПД от степени сжатия е и показателя адиабаты к циклов поршневых ДВС Отто и Карно

Рис. 3. График изменения термодинамических показателей, полученных по математическим моделям поршневого ДВС Карно и Отто:

Ъ = /(е; к); N = /(е; к);Ы{ = /(е; к); р = /(е; к); = /(е; к)

Далее строим, по результатам расчета термодинамические показатели в координатах 3D поверхности изменения термодинамических показателей N р, Оь gt, ць Фг от степени сжатия е и показателя адиабаты к в программном пакете Ма1ЬаЬ, рис. 3;

- анализ теоретических циклов двигателей Карно и Отто, рис. 1, показывает изменения параметров состояния рабочего тела, полезной работы циклов, среднего давления циклов.

Затем анализ изменений термодинамических КПД от степени сжатия е и показателя адиабаты к циклов поршневых ДВС Карно и Отто показывает степень приближения КПД цикла Отто к циклу Карно, рис. 2;

- анализ изменения термодинамических показателей поршневых ДВС Карно и Отто показывает основные направления совершенствования поршневого ДВС Отто;

- анализ термодинамических зависимостей, позволил вывести математические уравнения и построить математические-геометрические поверхности для поршневых ДВС Карно и Отто, по которым можно определять основные термодинамические показатели на ранней стадии проектирования ДВС рис. 3; с использованием САПР ДВС:

для цикла Отто:

П = -1,866374£2- 0,013819£е + 0,000127е2 + 6,566462£ + 0,020783е- 4,924325; (11) для цикла Карно:

П( =-1,147984£2 + 3,808762£ + 0,002955е-2,325508. (12)

Таблица 1. Основные термодинамические показатели поршневого ДВС Отто, работающего на топливе разного химического состава

Параметры е = 7:1 е = 14:1 е = 21:1 е = 28:1

Пылевидное углеродное топливо к = 1,4 п, 0,5408 0,6520 0,7041 0,7363

N. 222 247 260 269

о, 43,644798 129%

ё, 0,196 0,177 0,168 0,163

Тяжелое топливо к = 1,4 П, 0,5408 0,6520 0,7041 0,7363

N 222 247 260 269

о, 36,370665 107,5%

ё, 0,163 0,147 0,140 0,135

Дизельное топливо к=1,4 П, 0,5408 0,6520 0,7041 0,7363

N 222 247 260 269

о, 34,848172 103,0%

ё, 0,157 0,141 0,137 0,130

Бензин к=1,4 П, 0,5408 0,6520 0,7041 0,7363

N 222 247 260 269

о, 33,833177 100%

ё, 0,152 0,137 0,130 0,126

Метан к=1,4 П, 0,5408 0,6520 0,7041 0,7363

N. 222 247 260 269

о, 29,570197 87,4%

ё, 0,133 0,120 0,114 0,110

Водород к=1,4 П, 0,5408 0,6520 0,7041 0,7363

N. 222 247 260 269

о, 14,548266 43%

ё, 0,065 0,059 0,056 0,054

0Д6

0,12

0,0£

0,0^

0,2

С

Н=0,25

28

00,0, Н=1,0

Рис. 4. График изменения термодинамической топливной экономичности поршневого ДВС Отто, работающего на топливе с различным химическим составом gt = /(е, С и Н)

4. Заключение

Практическая ценность метода заключается в выборе низшей теплоты сгорания топлив с разным химическим составом, позволяющая системно и целенаправленно повышать основные термодинамические показатели поршневого ДВС на ранней стадии проектирования, рис. 4 и табл. 1.

Анализ рис.4 и табл. 1 показывает, что при постоянной массе рабочего тела в цилиндре термодинамического поршневого ДВС Отто, работающего на топливе с различным химическим составом получаем:

- одинаковые термодинамические показатели (мощности, крутящего момента, КПД, среднее давление);

- различные термодинамические показатели (часовой и удельный расход топлива);

- наибольшую топливную экономичность можно получить, при работе термодинамического поршневого ДВС Отто на метане и водороде, а наименьшую -на пылевидном углеродном топливе, рис. 4 и табл. 1.

- термодинамические показатели являются максимальными - предельными значениями, с которыми сравниваются оптимальные индикаторные, эффективные и эксплуатационные показатели действительного поршневого двигателя.

1. Захаров Л. А. Метод оценки термодинамических показателей поршневого двигателя работающего по циклу Отто на ранней стадии проектирования / Л. А. Захаров, И. Л. Захаров, А. Н. Тарасов // Журнал ААИ. 2011. № 2 (67) С. 42-47.

2. Захаров Л. А. Повышение топливной экономичности дизельного двигателя за счет снижения механических потерь / Л. А. Захаров, И. Л. Захаров, А. В. Сеземин // Журнал ААИ. 2011. № 3 (68). С. 41-43.

3. Захаров Л. А . Методика исследования и расчет термодинамических циклов поршневого ДВС с переменной степенью сжатия / Л. А. Захаров [и др.] // Сборник научных трудов международной студенческой научно-технической конференции

Литература

по технической термодинамике для ДВС, посвященной 50-летию ЗФ НГТУ им. Р. Е. Алексеева - НГТУ им. Р. Е. Алексеева, 2010.

4. Захаров Л. А. Исследование и расчет термодинамических показателей поршневого двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто, методом технической термодинамики: метод. указ. / сост.: Л. А. Захаров [и др.]; НГТУ им. Р. Е. Алексеева. Новгород, 2010. 33 с.

5. Захаров Л. А. Исследование и расчет термодинамических показателей поршневого двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Карно, методом технической термодинамики: метод. указ. / сост.: Л. А. Захаров [и др.]; НГТУ им. Р. Е. Алексеева. Н.Новгород, 2010. 14 с.

Разработка программного обеспечения для моделирования систем передачи данных с использованием распределённых вычислений

Тришин А. А.

Тришин Александр Андреевич / Trishin Alexander Andreevich - студент магистратуры, кафедра вычислительной и прикладной математики, факультет вычислительной техники, Рязанский государственный радиотехнический университет, г. Рязань

Аннотация: выполнен анализ существующих программных средств, для моделирования систем передачи данных, описаны особенности создания модели, рассмотрены подходы для ускорения работы программы.

Ключевые слова: компьютерное моделирование, передача данных, помехоустойчивое кодирование, GPGPU.

При передаче информации под действием на канал связи различного рода шумов и помех могут появиться искажения в сообщениях. Быстрый рост объемов обработки данных, развитие цифровых систем вещания и вычислительных сетей предъявляют высокие требования к минимизации ошибок в используемых цифровых данных. Поэтому одной из важнейших задач является обеспечение высокой достоверности передачи данных. Исправлением ошибок после передачи по каналу занимается помехоустойчивое кодирование [1].

Исследование помехоустойчивых алгоритмов существенно усложняется почти полным отсутствием доступных программных продуктов, позволяющих проводить их комплексный анализ. В связи с этим актуальной является задача создания прикладного приложения, которое дало бы возможность быстро реализовать ключевые элементы алгоритма, оценить эффективность новых решений в масштабах всей системы.

Схема системы, работу которой должно моделировать описанное приложение, представлена на рис. 1 [2].