Статья: МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ОДНОПОТОЧНЫЙ НЕСТАЦИОНАРНЫЙ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОКОМПАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕПЛООБМЕНА (2025)

Рассмотрена возможность улучшения качества сгорания аммиака путем добавления водорода в рабочую смесь двигателя с искровым зажиганием. В качестве объекта исследования выбран двигатель размерности 7,7/8,58 со степенью сжатия 10,5. Для исследования влияния добавок водорода на характеристики воспламенения и параметры двигателя, работающего на аммиачно-водородном топливе, был предложен механизм кинетики реакций воспламенения и сгорания аммиачно-водородных смесей. Исследовано влияние состава смеси на период задержки воспламенения рабочей смеси и ее сгорание, а также на параметры двигателя. Показано, что период задержки воспламенения аммиака уменьшается с ростом содержания водорода в смеси. При неизменности общей теплотворной способности топлива и угла опережения зажигания увеличение содержания водорода в смеси приводит к повышению максимального давления сгорания, однако из-за ускоренного процесса выделения теплоты мощность двигателя снижается. В связи с этим для повышения мощности двигателя с ростом содержания водорода в смеси необходимо увеличивать угол опережения зажигания. Кроме того, увеличение концентрации водорода в смеси способствует значительному повышению температуры и давления в процессе сгорания, что приводит к увеличению концентрации оксидов азота в отработавших газах.

При разработке источников энергии для освоения Крайнего Севера Российской Федерации необходимы исследования особенностей работы тепловых двигателей в условиях низких температур в холодильных камерах. Цель исследования - создание системы автоматического регулирования температуры воздуха в камере. Разработана система автоматического регулирования температуры воздуха в климатической камере с каскадной холодильной установкой для испытаний тепловых двигателей малой и средней мощности в условиях низких температур до -60 °С. Составлена математическая модель климатической камеры, содержащая модели испытываемого двигателя и воздуха в камере. Для исследования выбран дизель ЯМЗ-5340 номинальной мощностью 140 кВт. На компьютерной модели проведено моделирование процессов охлаждения воздуха в климатической камере.

Предложены усовершенствования модели обледенения, позволяющие повысить точность расчета форм и размеров ледяных наростов, формирующихся на элементах проточного тракта компрессора авиационного двигателя при полетах в атмосфере облаков, состоящих из ледяных кристаллов и смеси фаз. Выполнено сравнение результатов расчета по усовершенствованной модели с результатами расчетов по программе IGLOO2D и с экспериментальными данными. Продемонстрирована определяющая роль эффекта эрозии при описании тепломассообменных процессов, протекающих при формировании ледяных наростов в атмосфере облаков, состоящих из ледяных кристаллов и смеси фаз. Предложен метод сокращения продолжительности вычислений путем использования время подобных расчетных шагов в промежутках между основными последовательными временными шагами. Метод позволяет скорректировать эффективность улавливания капель и кристаллов, эффективность прилипания кристаллов, а также коэффициент эрозии льда. На примере расчета формы льда на модельном цилиндре и крыльевом профиле показаны преимущества усовершенствованной модели для вычисления форм конусообразных ледяных наростов, возникающих в реальных условиях при наличии ледяных кристаллов и смеси фаз.

Описан способ сохранения требуемой степени повышения давления в центробежном компрессоре автономной малоразмерной замкнутой газотурбинной установки при переходе на более легкие рабочие тела посредством изменения геометрии лопатки рабочего колеса с сохранением меридионального обвода и основных размеров. Использование легких рабочих тел, имеющих большие значения газовой постоянной, приводит к ограничению частоты вращения рабочего колеса турбины, что в одновальной замкнутой газотурбинной установке создает проблемы в получении требуемого напора центробежного компрессора. Проведен анализ влияния конструктивного угла при выходе b2л на характеристики рабочего колеса и ступени в целом путем сопоставления характеристик, полученных математическим моделированием. Представлена методика перепрофилирования существующих рабочих колес с лопатками, загнутыми против вращения при выходе, в рабочие колеса с лопатками, загнутыми по вращению. В результате анализа нескольких рабочих колес с лопаточным углом выхода b2л = 105° определена оптимальная геометрия колес и построена ее характеристика. Выполнено сравнение течения в рабочих колесах центробежной ступени, полученных расчетным методом контрольных объемов. Представлены результаты экспериментальных и расчетных исследований течения в ступени, состоящей из рабочего колеса с углом выхода b2л = 65°, безлопаточного диффузора и выходной системы. Приведена расчетная ветвь характеристики рабочего колеса с b2л = 105°. Проанализировано влияние конструктивного угла при выходе на характеристики рабочего колеса и ступени в целом.

Исследовано влияние изменения степени сжатия на эффективные показатели двигателя внутреннего сгорания, включая показатели процессов сгорания и теплопередачи. Особое внимание уделено прочностным свойствам материалов, из которых изготовлены компоненты двигателя, а также их способности выдерживать повышенные механические и тепловые нагрузки. Предложена методология повышения энергоэффективности двигателя с алгоритмом ступенчатого подбора степени сжатия и оценкой прочностных характеристик двигателя. Апробация методологии проведена в рядном шестицилиндровом двигателе КАМАЗ-910. В рамках проведенных исследовательских работ определены оптимальные значения степени сжатия, которые обеспечивают высокую эффективность и экономичность двигателя в эксплуатации, а также надежную работу двигателя на протяжении всего ресурса автомобиля.

Оптимизация рабочего процесса с целью одновременного улучшения экономических и экологических показателей форсированного среднеоборотного двигателя представляет собой сложную научно-техническую задачу, поскольку мероприятия, улучшающие эти показатели, в ряде случаев приводят к противоположным результатам. В статье проанализированы направления по совершенствованию рабочего процесса среднеоборотных дизелей двойного назначения. Эти направления рассмотрены в комплексе с оценкой их влияния друг на друга. Итогом предлагаемой оптимизации рабочего процесса с целью снижения эмиссии оксидов азота (NO x ) и удельного эффективного расхода топлива является представленная траектория пошагового изменения параметров рабочего процесса среднеоборотного дизель-генератора 12ЛДГ500 (12ЧН 26,5/31) производства АО «Коломенский завод», которая дает представление о комбинации возможных способов его доводки, обеспечивающих улучшение указанных показателей.