Улучшение пусковых качеств автотракторных дизелей в зимний период эксплуатации
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
принять объем активной части подогревателя больше VП, то температура топлива на входе в ФГО будет выше требуемой. Это благоприятно отразится на работе двигателя, однако приведет к перерасходу энергии аккумуляторной батареи во время пуска.
Если подогреватель изготовить в виде короткого цилиндра с внутренним диаметром dП и длиной lП, то объем активной части подогревателя определится по формуле
. (4.109)
Из (4.109) следует, что объем подогревателя, является функцией двух независимых переменных: внутреннего диаметра dП и длины активной части lП. Основным требованием, предъявляемым к геометрическим размерам, следует считать минимальный теплообмен с окружающей средой через наружную поверхность подогревателя.
Исследуя площадь поверхности на минимум, с учетом (5.5) получим внутренний оптимальный радиус подогревателя и его длину
, (4.110)
В таблице 4.1 приведены рекомендуемые параметры подогревателя, рассчитанные по (4.109) с учетом (4.110) при К=1,5. Для сравнения здесь же приведены параметры экспериментальных подогревателей с диаметром dП=0,038 м.
Таблица 4.1. Рекомендуемые параметры подогревателя
lT, м1.01.52.02.53.03.5VП, м30.7610-41.110-41.5310-41.8710-42.2610-42.6410-4dП, м0.0460.0520.0580.0620.0660.069lП, м0.0460.0520.0580.0620.0660.069SПОВ, м20.9710-31.2710-21.5810-21.8110-22.0710-22.2910-2ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕdП, м0.0380.0380.0380.0380.0380.038lП, м0.0670.0970.1350.1650.1990.233SПОВ, м21.0210-21.3810-21.8310-22.1910-22.6010-23.0110-2DS, %2.38.6615.82125.731.4
Анализ данных таблицы показывает, что при увеличении длины активной части, площадь теплоотдачи возрастает. Так, при объеме V=1,5310-4 м3 площадь поверхности экспериментального подогревателя отличается более чем на 15% по сравнению с поверхностью подогревателя с оптимальными размерами.
Анализ физико-химических свойств топлива (см. табл. 2.12) показывает, что при любой температуре окружающей среды, в топливе имеются две фракции: жидкая и кристаллическая. С понижением температуры объем жидкой фракции уменьшается, а кристаллической - возрастает. Основная цель подогрева - разрушение кристаллических структур, т.е. превращения кристаллической фракции в жидкую. Условно процесс превращения кристаллической фракции можно разделить на два этапа:
) подогрев и плавление кристаллов от температуры окружающей среды до температуры помутнения топлива;
)подогрев жидкой фракции от температуры помутнения до требуемой температуры на выходе из подогревателя.
Соответственно и тепловая энергия подогревателя будет расходоваться на плавление кристаллов и подогрев топлива до требуемой температуры
Q=QП+QH, (4.111)
где QП - требуемое количество тепла на подогрев и плавление кристаллов, Дж;
QH - количество тепла, необходимое для подогрева жидкой фракции до требуемой температуры, Дж.
Каждый из отмеченных подогревов топлива будет протекать по различным термодинамическим законам.
При охлаждении дизельного топлива ниже определенной температуры в его отдельных микроскопических объемах начинается возникновение и рост кристаллов гибких молекул. Соединяясь между собой, они образуют гибкие нити длиной до 60 мм [84,85], которые могут принимать различные конфигурации с различными минимумами потенциальной энергии. При понижении температуры ниже критической на 3...40С (критическая - температура начала кристаллизации гомологического ряда углеводородов) только полностью вытянутые углеводородные нити упаковываются в кристаллическую решетку. В таком виде кристаллическая решетка углеводородных нитей имеет минимум потенциальной энергии [85].
При отрицательных температурах окружающей среды резко возрастает кристаллическая фракция и убывает жидкая. Процесс плавления можно представить состоящим из двух стадий: большая часть теплоты плавления расходуется на отделение молекул от кристаллических нитей. Вторая стадия состоит в превращении одной конфигурации, соответствующей кристаллу, в несколько, соответствующих расплаву, что ведет, в конечном итоге, к образованию смеси углеводородов [85]. Во всех этих теориях рассматриваются вопросы разрушения кристаллических решеток на уровне атомов, молекул или ионов [85]. Целью нашей работы является определение усредненных затрат тепла на плавление кристаллов дизельного топлива при различной температуре окружающей среды. Для решения этой задачи воспользуемся теорией плавления твердых тел [86,87], с учетом особенностей кристаллизации углеводородов и упрощений при расчетах.
.3.8 Математическая модель расчета расхода тепловой энергии на плавление кристаллов углеводородов дизельного топлива
Рассмотрим решение простейшей задачи плавления кристаллов топлива, заключенных в объеме V (рис. 4.9) при нагревании его от температуры окружающей среды tC до температуры t1, при достижении которой 80...90% топлива составит жидкая фаза.
При этом примем следующие упрощения:
1)систему координат V, T поместим в точку T0, где температура топлива равна температуре окружающей среды;
)дизельное топливо представляет собой однородную смесь углеводородов со средней плотностью r кг/м3;
Рис. 4.9. Схема расчета затрат энергии на плавление кристаллов в элементарном объеме
3) плоскостями А-А и В-В выделим элементарный объем DVj, так, что в начальный момент слева от плоскости А-А топливо находится в жидком состоянии, а справа от плоскости В-В - кристаллическая фаза дизельного топлива при температуре T0;
4) в объеме DVj сосредоточены углеводороды в твердом состоянии с температурой плавле