Підвищення ефективності повітропостачання й опалення пасажирських залізничних вагонів застосуванням обігрівачів каскадно-теплового стиску - Автореферат

Менш інерційні повітряні обігрівачі, що сполучають звичайно із системою кондиціювання повітря, характеризуються ще більшою енерговитратністю не тільки в силу використання електричних нагрівачів, але й внаслідок високої енерговитратності транспортування тепла повітряним потоком. Відзначені недоліки обумовлюють інтерес із боку провідних виробників пасажирських вагонів до принципово нових підходів у проектуванні систем опалення й вентилювання і, зокрема, заснованих на використанні розробленого професором Крайнюком О.І. термодинамічного циклу каскадно-теплового стиску (КТС), що реалізує пряме перетворення теплоти в енергію стислого холодного або гарячого повітря. Цілеспрямоване вдосконалювання опалювально-вентиляційної системи каскадно-теплового стиску (ОВС КТС) і обґрунтований вибір її параметрів спричиняє необхідність поглиблених досліджень робочого процесу генератора каскадно-теплового стиску (ГКТС), виявлення особливостей спільної роботи структурних елементів системи, а також закономірностей впливу різних факторів на експлуатаційні характеристики ОВС КТС. Для реалізації поставленої мети передбачено рішення наступних завдань: - розробку, створення й випробування дослідної конструкції генератора гарячого повітря каскадно-теплового стиску; Обґрунтовано й розроблено новий принцип організації робочого процесу опалювально-вентиляційної системи, заснований на використанні ефекту каскадно-теплового стиску, що реалізує пряме перетворення теплоти в розташовувану роботу стисненого повітря.Встановлено, що широко застосовувані в наш час конвекційні системи водяного й електричного опалення не забезпечують рівномірного розподілу тепла в салонах, складні в експлуатації, інерційні та недостатньо надійні. Функціонально більш досконалі електрокалориферні системи повітряного опалення мають низький ККД, що обумовлено нераціональністю зворотнього перетворення електричної енергії в теплову, а також великою енерговитратністю на транспортування тепла стисненим повітрям, що у свою чергу, є рафінованим продуктом багатоступінчастого перетворення теплової або електричної енергії. Розвитку систем повітропостачання, опалення та утилізації скидної теплоти сприяли роботи Е.Д. Крім простоти й високої надійності конструкції, агрегати КТС характеризуються досить високим ККД, навіть при використанні джерел теплоти з відносно невисоким температурним потенціалом, що спричиняє привабливість їх застосування, у тому числі, як утилізаційних систем в складі теплосилової установки локомотива. Основна ідея побудови робочого циклу агрегату КТС полягає в попередньому стиску робочого тіла в замкнутому обємі (осередку) у результаті послідовного надходження в нього повітря із суміжних осередків ділянки розширення і наступному підвищенні тиску в процесі підведення теплоти до розглянутого обєму від зовнішнього чи внутрішнього джерела.З огляду на чутливість генератора КТС до витрати повітря, що відводиться до ежектора, а також залежність характеру протікання процесу змішання робочих середовищ в ежекторі від параметрів активного потоку, формованого генератором КТС, як основний параметр узгодження режимів спільної роботи доцільно використати - витрату повітря в нагнітальному каналі 9. У випадку досліджується можливість існування режиму в області надкритичного витікання активного потоку, при цьому приймається й визначається режим плину пасивного потоку в перетині запирання. У наступному циклі наближення розмірних співвідношень агрегатів обігрівача по знайденим у результаті розрахунку ежектора граничним умовам розширення активного потоку, якщо буде потреба, перераховуються розміри ГКТС і далі уточнюються узгоджувані параметри ежектора. Цей вплив проявляється через максимальний тиск циклу Pz, необхідність оптимізації якого повязана з тим, що при зниженні Pz до певної межі відзначається ріст продуктивності ежектора за рахунок одночасного збільшення відносної витрати air1, що відводиться від робочого циклу ГКТС. Максимальний тиск циклу Pz ГКТС і відносна витрата air1 залежать від гідравлічного опору споживача (ежектора) і, в остаточному підсумку, визначаються співвідношенням пропускної здатності агрегатів ГКТС і ежектора.Значний резерв енергетичного й функціонального вдосконалювання ОВС пасажирських вагонів повязаний з використанням як генератора гарячого повітря агрегатів каскадно-теплового стиску, що реалізують пряме перетворення теплоти в енергію стисненого повітря. Розроблено робочий цикл, принципову схему та конструкцію принципово нового пристрою опалювально-вентиляційної системи каскадно-теплового стиску, захищені патентами України й Росії. Математична модель ГКТС, що базується на використанні методу «пошарової дифузії» і уточненого методу «розпад довільного розриву» враховує дисипативні фактори, повязані з відривними явищами й затопленням струменя в граничних перетинах осередків ротора. Її використання розширює уяву про механізм протікання реальних процесів тепломасообміну в проточних елементах і дозволяє одержати характеристики роботи ГКТС для різних сполучен

Основний зміст роботи