Улучшение пусковых качеств автотракторных дизелей в зимний период эксплуатации
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
) и (4.93) получим
. (4.97)
В (4.97) обозначим JСРR/a=Pe - число Пекле, мера конвективного переноса тепла в потоке [81], а в качестве безразмерного аргумента Х вдоль оси ОХ (рис. 4.6) примем
. (4.98)
Тогда
. (4.99)
Подставляя в (4.97) значение (4.99) после преобразований получим
(4.100)
где a=l/cr - коэффициент температуропроводности.
На основании вышеприведенных преобразований, можно считать, что в любом сечении трубопровода, температурное поле является функцией безразмерных аргументов x и Х, т.е. t=t(x,X).
.3.6 Граничные условия и краевая задача конвективного теплообмена
Считая, что при выходе из подогревателя (t=0) и (Х<0) температура по всему сечению остается постоянной и равной tC , тогда начальные условия примут вид
. (4.101)
Принимая, что температура потока на оси трубопровода не меняется со временем, тогда
. (4.102)
Допуская, что теплообмен между внутренней поверхностью трубопровода и потоком дизельного топлива осуществляется по закону Ньютона, то количество тепла, передаваемого в единицу времени с единицы площади поверхности трубопровода в окружающую среду с температурой tC в процессе охлаждения, прямо пропорционально разности температур между поверхностью трубопровода и потоком жидкости. Это математически можно записать
, (4.103)
где aТ - коэффициент теплоотдачи стенок трубопровода;
R - радиус трубопровода;
l - коэффициент теплопроводности дизельного топлива;
j(Х) - температура внутренней стенки в сечении х;
T(x,X) -температура дизельного топлива на границе
соприкосновения со стенкой трубопровода в сечении х.
По зависимости (4.103) выражение aTR/l=Nu - принято называть безразмерным коэффициентом теплоотдачи Нуссельта [81,82,83]. С учетом вышесказанного выражение (4.103) примет вид
. (4.104)
Уравнения (4.101), (4.102) и (4.104) образуют краевую задачу конвективного теплообмена [78]. Совместное решение этих уравнений позволяет однозначно определить температурное поле потока дизельного топлива в трубопроводе низкого давления без использования источника внутренней энергии (qV=0), и с его использованием (qV0) (расчет параметров подогревателя).
Для облегчения определения температуры подогрева топлива решение уравнений (4.101), (4.102) и (4.104) нами представлено в виде номограммы рис.4.7.
Рис.4.7. Номограмма расчета температуры подогрева топлива
Данная номограмма позволяет определить температуру топлива в любом сечении трубопровода, находящегося на расстоянии Х от агрегата, в котором нагревается топливо до входного штуцера фильтра тонкой очистки (ФТО). Так, например, на рис.4.7 стрелками указана последовательность определения температуры подогрева топлива в фильтре грубой очистки (ФГО) при температуре окружающей среды tC=-20 0C, требуемой температуре на входе ФТО tХ=-5 0C и длине трубопровода Х, соединяющего выход ФГО с входным штуцером ФТО.
Следовательно при температуре окружающей среды tC=-20 0C и длине трубопровода Х=0,5 м для того чтобы топливо в ФТО поступило с температурой tХ=-5 0C, оно должно быть нагрето в ФГО до температуры не ниже tФ=6,3 0C. При длине трубопровода Х=2,5м и tC=-20 0C в топливном баке следует подогревать топливо до температуры не ниже 30 0C.
4.3.7 Расчет геометрических размеров подогревателя дизельного топлива
Оптимальным вариантом сбережения энергоресурсов при эксплуатации двигателя в зимних условиях следует считать тот, при котором объемы подогреваемого и расходуемого топлива за единицу времени равны. Расход топлива двигателем определяется из условия требуемой цикловой подачи. Следовательно, производительность подогревателя должна соответствовать цикловой подаче. Из этого следует, что для подогрева топлива в зимних условиях необходимо использовать специальные нагревательные приборы, которые:
) не нарушают принятую схему подачи топлива;
) не требуют значительных конструктивных изменений в системе питания;
) автоматически поддерживают температуру подогрева топлива при изменении температуры окружающей среды.
Основным технологическим параметром подогревателя является производительность, т.е. объем топлива подогреваемого в единицу времени до заданной температуры. Для расчета параметров подогревателя в качестве оптимальной производительности нами принята цикловая подача топливного насоса.
Если объем цикловой подачи представить как недеформированный цилиндр диаметром dT, то в трубопроводе низкого давления он будет иметь высоту хЦ (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Схема к расчету геометрических параметров подогревателя
, (м) (4.105)
где qЦ - объем цикловой подачи, мм3/цикл.
Из условия непрерывности потоков жидкости в трубопроводе низкого давления будет находиться N таких цилиндров
, (4.106)
где dT, lT - соответственно диаметр и длина трубопровода, м.
За время движения циклового объема от входного штуцера подогревателя до входного штуцера ФТО в активном объеме подогревателя должен произойти полный обмен массы топлива.
В этом случае расчетный объем активной части подогревателя составит
. (4.107)Нашими расчетами, а так же данными [42,77, 82] установлено, что нагревательные элементы, их крепежное и натяжное устройства, токопроводящая система в общей сложности занимают около 50% от объема VP. С учетом этого, фактический объем подогревателя составит
, (4.108)
где К=1.5 - коэффициент, учитывающий объем, занимаемый нагревательным элементом.
Если