Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Жукова Олеся Владимировна. Математическая модель динамики старения и разработка браковочных показателей охлаждающих жидкостей судовых дизелей : диссертация ... кандидата технических наук : 05.08.05 / Жукова Олеся Владимировна; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т вод. коммуникаций].- Санкт-Петербург, 2009.- 163 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1510


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 4

ВВЕДЕНИЕ 8

1. ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Жидкостное охлаждение судовых дизелей как метод регулирования их теплового состояния 12

  2. Методы обработки и подготовки воды для охлаждения дизелей 28

  3. Присадки к охлаждающей жидкости, их теплофизические и физико-химические свойства 38

Выводы по главе 1 44

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СТАРЕНИЯ ОХЛАЖДАЮЩИХ
ЖИДКОСТЕЙ

  1. Охлаждающие жидкости двигателей внутреннего сгорания 46

  2. Выбор браковочных характеристик теплоносителей 49

  3. Методы аналитической, физической и коллоидной химии 58

  4. Методы и приборы исследований свойств теплоносителей 65

  5. Планирование эксперимента 73 Выводы по главе 2 84

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ СТАРЕНИЯ ОХЛАЖДАЮЩИХ
ЖИДКОСТЕЙ

  1. Термофлуктуационная модель старения охлаждающей жидкости. 84

  2. Физическое моделирование условий эксплуатации 89 теплоносителей.

  3. Экспериментальные установки и проведение экспериментов. 93

  4. Результаты лабораторных исследований охлаждающих жидкостей. 101

3.5. Вывод уравнений регрессии 111
Выводы по главе 3 117

4. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ

  1. Адаптация математической модели к условиям эксплуатации судовых ЛВС 119

  2. Прогнозирование срока эксплуатации охлаждающей жидкости 122

  3. Контроль состояния охлаждающей жидкости в процессе эксплуатации 126

Выводы по главе 4 130

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 132

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 135

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Результаты лабораторных исследований 146

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Приборы, рекомендованные для определения основных
показателей качества охлаждающей жидкости 151

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Методические указания по контролю состояния охлаждающей
жидкости судовых ДВС в процессе эксплуатации 158

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

Атах- максимальное значение параметра^;

Аши- минимальное значение параметра^;

В - часовой расход топлива, кг/ч;

Ье - удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт-ч);

Ь0, b;,..., bn- коэффициенты регрессии;

Сдоб - концентрация соли в добавочной воде, мг/л;

Сцирк - концентрация соли в циркуляционной воде, мг/л;

CNaci- значение солесодержания в пересчете на NaCl, мг/л;

cw - теплоемкость воды, кДж/(кг-К);

Fp расчетное значение критерия Фишера.

fad ~ число степеней свободы при определении дисперсии адекватности;

Gcooi - расход охлаждающей воды, кг/ч;

g - ускорение свободного падения, м/с ;

АНтр - потери на трение;

АНМП - местные потери;

Кп - коэффициент пополнения;

Кх - поправочный коэффициент циркуляции

к - постоянная Больцмана, кДж/К;

kt - температурный коэффициент;

N - количество капель анализируемой жидкости;

No - количество капель эталонной жидкости;

Р - молярная поляризация;

Ре - эффективная мощность, кВт;

рун - потери воды за счет капельного уноса, кг;

Рисп - потери воды с испарением, кг;

рпрод - потери связанные с продувкой системы, кг;

Рдоб - компенсация потерь добавлением воды, кг;

pH - водородный показатель;

рН - среднее значение измерений для водородного показателя;

рНпр - предельное значение водородного показателя;

QH - низшая удельная теплота сгорания топлива, кДж/(кг-ч);

q'm - теплота сгорания израсходованного топлива, кДж/ (кВт-ч);

q'e - теплота эквивалентная эффективной работе, кДж/ (кВт-ч);

q'cooi - теплота, отведенная в систему охлаждения, кДж/ (кВт-ч);

q'0 - теплота, отведенная в масло, кДж/ (кВт-ч);

q'g - теплота, унесенная с отработавшими газами, кДж/ (кВт-ч);

q'HC - потеря теплоты от неполноты сгорания топлива, кДж/ (кВт-ч);

q'oCT - неучтенные потери (остаточный член), кДж/ (кВт-ч);

S2ad - дисперсия адекватности;

S у - средняя дисперсия экспериментов;

Тг - температуры охлаждающей воды на выходе из двигателя, К;

Ті - температуры охлаждающей воды на входе в двигатель, К;

Tg - температура отработавших газов в выпускном коллекторе, К;

Т0 - температура свежего заряда, поступающего в цилиндр, К;

Тизм - температура, при которой изменяется УЭП, К;

Т - температура, К;

t - температура,С;

tg8 - тангенс угла потерь;

U\(T)- энергия атома в период флуктуации, кДж/моль;

V„— подача циркуляционного насоса, л/мин;

Кхл - объем внутреннего контура системы охлаждения, л;

Vn - объем воды без присадки, добавленной во внутренний контур системы

охлаждения, л;

wA - средняя скорость изменения параметра А;

х, - фактор эксперимента;

yt -функция отклика для всех опытов на основном уровне;

у У - среднее арифметическое значение функции отклика для всех опытов на

основном уровне;

а - температурный коэффициент;

Р - температурный коэффициент;

у - коэффициент термоактивности;

є - диэлектрическая проницаемость, Ф/м;

пе -эффективный КПД;

0 - краевой угол, характеризующий смачивающую способность;

и. - дипольный момент, Н м;

- кинематическая вязкость, м /с;

- среднее значение измерений для кинематической вязкости, м2/с; vnp - предельное значение кинематической вязкости, м2/с;

р' - плотность жидкости, кг/м ;

р"- плотность пара, кг/м ;

а - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н-м;

о - среднее значение измерений коэффициента поверхностного натяжения,

Н-м;

о"о - коэффициент поверхностного натяжения эталонной жидкости, Н-м;

апр - предельное значение коэффициента поверхностного натяжения, Н-м;

т0 - период колебаний атома, сек;

та - период колебаний атома, ч;

Тд- время циркуляции двигателя, мин;

тк - время пузырькового кипения, ч;

Ту - время циркуляции жидкости в лабораторной установке, мин;

ТфЛ - долговечность, ч;

%- электропроводность, См;

Хгизм - УЭП при температуре Тизм, См/м;

Хг - УЭП при температуре Т, См/м;

expU/kT - фактор Больцмана.

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

ВОД - высокооборотный двигатель;

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

ДЭУ - дизельная энергетическая установка;

КМЦ - карбаметилцелюлоза;

КПД - коэффициент полезного действия;

КШМ - кривошипно-шатунный механизм;

ММ - математическая модель;

ОЭДФ - оксиэтилидендифосфоновая кислота;

ПАА - полиакриламид;

ПАВ - поверхностно активное вещество;

PC - расчетная схема;

СОД - среднеоборотный двигатель;

ТО - технический объект;

УЭП - удельная электропроводность;

ЦПГ - цилиндропоршневая группа;

ЭНОЗУ - энергонезависимая память.



Введение диссертации:

Длительный опыт эксплуатации судовых и транспортных дизелей различных марок выявил высокую повреждаемость внутренних поверхностей систем охлаждения. Причиной этого является эрозионное разрушение, значительно снижающее ресурс охлаждаемых деталей. В частности, для цилиндровых втулок наработка до отказа по этой причине снижается в 3-4 раза, что приводит к дополнительным затратам на ремонтные работы и запасные детали.

При создании дизелей облегченной конструкции и форсировании их по среднему эффективному давлению и частоте вращения, коррозионно-эрозионные разрушения цилиндровых втулок и блоков стали характерными. На некоторых типах дизелей выявлены разрушения, вызванные эффектом совокупного действия процессов кавитации и электрохимической коррозии, что, в конечном счете, усугубляет общее разрушение наружных поверхностей втулок.

Таким образом, проблема повышения надежности втулок и блоков цилиндров судовых ДВС является актуальной для многих типов эксплуатируемых двигателей. Среди способов повышения эрозионно-коррозионной стойкости охлаждаемых поверхностей ДВС можно выделить три основных направления: конструктивные улучшения деталей ЦПГ, технологическая обработка материала цилиндровой втулки и проведение эксплуатационных мероприятий по снижению коррозионно-эрозионных разрушений поверхностей охлаждения. В то время как конструкционные и технологические мероприятия проводятся на стадии проектирования, эксплуатационные мероприятия могут проводиться на работающем двигателе.

К таким мероприятиям, прежде всего, относится качественная подготовка охлаждающей жидкости, а именно, введение комплексных присадок. В настоящее время существует ряд присадок различных фирм, как отечественных, так и зарубежных. Но в процессе эксплуатации двигателя, в

результате различного рода воздействий на охлаждающую жидкость, ее свойства изменяются. Возникает необходимость замены охлаждающей жидкости или восстановления ее эксплуатационных свойств. Восстановление свойств может быть осуществлено путем дополнительного введения присадок. В настоящее время отсутствуют обоснованные рекомендации по продолжительности эксплуатации охлаждающих жидкостей и периодичности дополнительного введения в них восстанавливающих присадок. Такие рекомендации позволили бы, во-первых, повысить надежность систем охлаждения и двигателей в целом и, во-вторых, сократили бы эксплуатационные расходы, связанные с необоснованно ранней заменой охлаждающих жидкостей. Цель работы:

Увеличение ресурсных показателей судовых ДВС, посредством повышения качества охлаждающих жидкостей и совершенствования технологии эксплуатации систем охлаждения.

Задачи работы. Для достижения поставленной цели необходимо

обеспечить решение следующих задач:

определить эксплуатационные факторы, вызывающие старение охлаждающих жидкостей;

выявить химические и физические характеристики охлаждающих жидкостей, содержащих присадки, определяющие их эксплуатационные свойства;

установить браковочные показатели и их значения лимитирующие возможность использования охлаждающих жидкостей;

создать лабораторные установки, позволяющие воспроизводить условия использования ОЖ при эксплуатации судовых ДВС;

создать физическую и математическую модели динамики старения охлаждающих жидкостей в условиях эксплуатации;

разработать методику контроля качества охлаждающей жидкости и рекомендации по ее применению.

Объект исследования. Охлаждающая жидкость, содержащая комплексные многофункциональные присадки, в состав которых входят поверхностно-активные вещества, водорастворимые полимеры и силикат натрия; процессы изменения физико-химических показателей жидкости, характеризующих возможность использования ее в качестве теплоносителя системы охлаждения, под действием эксплуатационных факторов.

Методы исследования. Поставленные задачи решены путем проведения теоретических и экспериментальных исследований с использованием методов теории планирования экспериментов, математической статистики и моделирования, теории ДВС, физики полимеров, коллоидной химии, современной аппаратуры. Обработка опытных данных и их графическое оформление выполнены на ПЭВМ с использованием прикладных пакетов Excel-7, Statistika-5, MathCAD 13.

Научная новизна_полученных результатов состоит в том, что:

  1. Расширен перечень браковочных показателей охлаждающей жидкости и установлены их предельные значения;

  2. Выявлены факторы, влияющие на динамику изменения основных эксплуатационных свойств;

  3. Получены зависимости основных показателей качества охлаждающей жидкости от продолжительности воздействия эксплуатационных факторов;

  4. Создана многофакторная математическая модели динамики старения охлаждающей жидкости;

  5. Разработаны рекомендации по продолжительности эксплуатации охлаждающих жидкостей, содержащих присадки, и методы контроля качества охлаждающих жидкостей.

Практическая ценность. Разработаны рекомендации, позволяющие прогнозировать срок службы теплоносителей систем охлаждения, быстро и своевременно производить оценку качества охлаждающей жидкости с целью ее

замены или восстановления требуемых свойств введением присадок в условиях эксплуатации.

Личный вклад автора. Автором сформулированы цель и задачи
исследований, созданы методики и лабораторные установки для

моделирования термомеханических воздействий на охлаждающую жидкость, разработан план эксперимента, проведены расчетные и экспериментальные исследования, получены регрессионные зависимости основных показателей качества охлаждающей жидкости от продолжительности воздействия эксплуатационных факторов, выполнен анализ и обобщение результатов

ТеореТИЧеСКИХ И Экспериментальных Исследований. На защиту выносятся

физическая и математическая модели старения охлаждающих жидкостей, содержащих комплексные присадки;

уравнения для расчета долговечности охлаждающих жидкостей с присадками, полученные с учетом конкретных условий эксплуатации;

теоретически и экспериментально обоснованные браковочные показатели охлаждающих жидкостей судовых ДВС и их предельно допустимые значения;

методика контроля качества охлаждающей жидкости судовых ДВС в процессе эксплуатации.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций