Список основных принятых сокращений и условных
обозначений………………………………………………………………… 11
Введение…………………………………………………………………….. 16
Глава 1 Обзор и анализ тепловых процессов в топливно-подающих
системах двигателей и энергоустановок на жидких и газообразных
горючих……………………………………………………………………... 29
1.1Анализ теплофизических свойств и состояний углеводородных
горючих в двигателях и энергоустановках…………............................. 29
1.1.1 Свойства и состояния жидких углеводородных горючих……….. 32
1.1.2 Свойства и состояния газообразных углеводородных горючих 37
1.2Анализ теплофизических свойств и состояний воздушных и водных
теплоносителей в двигателях и энергоустановках……………............ 37
1.3Процесс осадкообразования в системах подвода топлива и
теплоносителей…………………………………………………………. 38
1.3.1 Углеродсодержащие осадки………………………………………… 38
1.3.1.1 Анализ влияния термического процесса образования
углеродсодержащих осадков на работу двигателей
и энергоустановок……………....................................................... 38
1.3.1.2 Условия возникновения и свойства углеродсодержащих
осадков……………………………………………………………. 42
1.3.1.3 Анализ существующих и перспективных способов борьбы
с углеродсодержащими осадками……………………………..... 51
1.3.2 Неорганические осадки……………………………………………... 53
1.3.2.1 Свойства неорганических осадков………………………………... 54
1.3.2.2 Способы борьбы с неорганическими отложениями……………... 57
1.4Анализ методик расчёта теплоотдачи к теплоносителям при
естественной и вынужденной конвекции……………………………... 58
1.4.1 Методики расчета теплоотдачи к теплоносителям без
3
возникновения процесса осадкообразования……………………… 58
1.4.2 Методики расчёта теплоотдачи к теплоносителям в условиях
осадкообразования…………………................................................... 59
1.5Анализ влияния электростатических полей на тепловые процессы
в углеводородных горючих…………………………………………….. 65
1.5.1 Обзор научных исследований электрических полей в различных
средах………………………………………………………………… 65
1.5.2 Анализ методик расчёта влияния электростатических полей
на тепловые процессы в жидкостях и газах……………………….. 74
1.5.2.1 Разновидности электростатических полей и рабочих участков. 74
1.5.2.2 Анализ методик расчёта влияния электростатических полей на
коэффициент теплоотдачи в различных средах…………………… 75
1.5.2.3 Анализ существующих критериев подобия электрической
конвекции ……………………………………………………………. 77
1.6 Анализ конструктивных схем устройств и систем подвода жидких
и газообразных углеводородных горючих……………………………. 80
1.6.1 Топливно-охлаждающие подводящие каналы ………………......... 80
1.6.2 Топливные форсунки ……………………………………………….. 82
1.6.2.1 Топливные форсунки без электрических полей………………….. 82
1.6.2.2 Топливные форсунки с электрическими полями………………… 88
1.6.3 Топливные фильтры………………………………………………… 90
1.6.4 Горелочные устройства ….................................................................. 91
1.6.5 Теплообменные аппараты…………………………………………... 92
1.6.6 Способы и устройства впрыска водно-топливных эмульсий
и воды в поршневых двигателях внутреннего сгорания………….. 94
1.7 Анализ удельных параметров реактивных двигателей……………… 94
1.8 Методика проведения функционально-стоимостного анализа
технических устройств…………………………………………………. 95
1.9 Системы отопления зданий……………………………………………. 96
4
1.10 Датчики и системы контроля за тепловыми процессами
в топливно-подающих и охлаждающих системах двигателей,
энергоустановок и теплообменных аппаратов………………………... 96
1.11 Альтернативная энергетика…………………………………………. 98
1.12 Некоторые сведения о диэлектриках………………………………. 99
1.13 Выводы по главе 1, цель и задачи исследования…………………… 99
Глава 2 Исследование тепловых процессов в жидком углеводородном
горючем……………………………………………………………...... 105
2.1Экспериментальное исследование с керосином марки ТС-1………... 105
2.1.1 Экспериментальные установки и рабочие участки для
исследования теплоотдачи и осадкообразования в жидкой
углеводородной среде……………………………………………….. 105
2.1.2 Экспериментальная оптическая установка Теплера………………. 112
2.1.3 Характеристика точности экспериментального оборудования…... 113
2.1.4 Методика, планирование и обработка экспериментальных
исследований с керосином ТС-1……………………………………. 113
2.1.5 Методика оценки неопределенности экспериментальных
измерений……………………………………………………………. 121
2.1.6 Результаты экспериментов с керосином марки ТС-1……………… 121
2.1.6.1 Результаты экспериментальных исследований с керосином
ТС-1 без применения электростатических полей………………….. 121
2.1.6.2 Результаты экспериментальных исследований с керосином
ТС-1 с применением электростатических полей…………………… 125
2.1.6.2.1 Результаты экспериментальных исследований с керосином
ТС-1 с применением электростатических полей в условиях
естественной конвекции…………………………………………… 125
2.1.6.2.2 Результаты экспериментальных исследований с керосином
ТС-1 с применением электростатических полей в условиях
вынужденной конвекции………………………………………….. 132
5
2.1.6.3 Результаты визуализации тепловых процессов в среде керосина
ТС-1………………………………………………………………….. 132
2.2 Разработка новых методик и способов расчета тепловых процессов
в жидких углеводородных горючих………………………………….. 139
2.2.1 Методики расчета осадкообразования на нагреваемых стенках
топливно-подающих и охлаждающих систем двигателей
и энергоустановок……………………………………………………. 139
2.2.1.1 Методика расчёта толщины слоя углеродсодержащего осадка
на нагретых стенках в жидких углеводородных средах
без влияния электростатических полей…………………………….. 140
2.2.1.2 Разработка новых способов борьбы с осадкообразованием
без влияния электростатических полей…………………………….. 150
2.2.1.2.1 Способ ограничения роста углеродсодержащего осадка……… 150
2.2.1.2.2 Способы предотвращения появления углеродсодержащего
осадка..................................................................................................... 155
2.2.1.3 Разработка новых методов расчета по предотвращению
осадкообразования при влиянии электростатических полей……... 155
2.2.1.3.1 Номограмма для определения зоны предотвращения и
ограничения роста осадка на поверхности рабочей детали………. 155
2.2.1.3.2 Метод учёта влияния силовых линий электростатических
полей на предотвращение осадкообразования на
поверхностях объёмных трёхмерных тел………………………… 161
2.2.1.3.3 Разработка способов определения характеристик
электростатических полей в жидких углеводородных
горючих……………………………………………………………... 165
2.2.1.4 Разработка систем контроля за осадкообразованием……………. 165
2.2.1.5 Разработка новой классификации перспективных
способов борьбы с осадкообразованием в среде
жидких углеводородов ……………………………………………. 166
6
2.2.2 Методики расчёта теплоотдачи в жидких углеводородных
средах без влияния и с влиянием электростатических полей…….. 168
2.2.2.1 Методика расчёта теплоотдачи при осадкообразовании
в жидких углеводородных средах без влияния
электростатических полей…............................................................. 168
2.2.2.2 Методика расчёта теплоотдачи в жидких углеводородных
средах с влиянием электростатических полей…………………… 174
2.2.2.2.1 Разработка критерия подобия электрической конвекции……... 174
2.2.2.2.2 Методика расчёта влияния электростатических полей на
теплоотдачу до начала осадкообразования………………………... 179
2.2.2.2.3 Результаты исследований влияния электростатических полей
при естественной конвекции керосина ТС-1
и осадкообразовании………………………………………………. 188
2.2.2.2.4 Модификация критерия подобия электрической конвекции….. 189
2.2.2.2.5 Разработка критерия подобия осадкообразования……………... 190
2.2.2.2.6 Результаты исследований с модифицированным числом
подобия электрической конвекции и критерием подобия
осадкообразования………………………………………………. 194
2.2.2.2.7 Методика определения теплоотдачи при осадкообразовании
в условиях электрической конвекции жидких
углеводородных горючих ………………………............................. 199
2.2.3 Разработка новых удельных параметров, определяющих тяговое
совершенство реактивных двигателей в зависимости от степени
закоксованности форсунок…………………………………………... 202
2.2.4 Разработка методики расчета перепада давления на
топливном фильтре из-за появления углеродсодержащих осадков
в среде жидкого углеводородного горючего………………………. 207
2.3. Пути применения результатов исследований при создании
новой техники с использованием жидких и газообразных
7
углеводородных теплоносителей………….……………………….. 209
2.4 Физика процесса осадкообразования на нагретых стенках
топливоподводящих каналов в жидких углеводородных
средах без влияния и с влиянием электростатических
полей………………………………………………………………….. 216
2.5 Методика расчета температуры стенок внутренних каналов
мультитопливной форсунки………………………………………… 219
2.6 Разработка алгоритма учета осадкообразования при расчёте,
проектировании и создании топливоподводящих каналов,
фильтров, форсунок………………………………………………… 224
2.7 Выводы по главе 2……………………………………………………… 226
Глава 3 Исследование тепловых процессов в газоподводящих каналах
горелочных устройств ……………………………………………… 229
3.1Экспериментальное исследование с природным газом……………… 229
3.1.1 Экспериментальный рабочий участок и основное оборудование
для исследования теплоотдачи в газообразной среде…………….. 229
3.1.2 Характеристика точности экспериментального оборудования…… 233
3.1.3 Методика, планирование и обработка экспериментальных
исследований с природным газом……………………………………... 234
3.1.4 Методика оценки неопределенности экспериментальных
измерений……………………………………………………………… 235
3.1.5 Результаты экспериментов с природным газом без применения
электростатических полей……………………………………………. 236
3.2Методика расчета параметров при применении газовой горелки с
интенсификатором теплоотдачи……………………………………….. 244
3.2.1 Методика расчета теплоотдачи к природному газу при
использовании интенсификатора теплоотдачи в горелке………… 244
3.2.2 Определение энергетической эффективности
газогорелочных устройств…………………………………………... 247
8
3.3 Разработка горелочных устройств повышенной эффективности…… 250
3.3.1 Разработка горелочных устройств бытового применения………… 250
3.3.1.1 Разработка газовых горелок для бытовых плит………………….. 250
3.3.1.2 Разработка мультитопливной горелки……………………………. 251
3.3.1.3 Разработка газовой зажигалки…………………………………….. 251
3.3.2 Разработка горелочных устройств промышленного применения... 251
3.4 Выводы по главе 3……………………………………………………… 252
Глава 4 Исследование тепловых процессов в среде неуглеводородных
теплоносителей……………………………………………………… 254
4.1. Экспериментальное исследование с неуглеводородными
теплоносителями……………………………………………………. 254
4.1.1 Экспериментальные рабочие участки и основное оборудование
для исследования теплоотдачи в среде соляного раствора
и воздуха……………………………………………………………... 254
4.1.2 Характеристика точности экспериментального оборудования…… 256
4.1.3 Методика, планирование и обработка экспериментальных
исследований с неуглеводородными теплоносителями……………… 257
4.1.4 Методика оценки неопределенности экспериментальных
измерений…………………………………………………………….. 259
4.1.5 Результаты экспериментов с солевыми осадками…………………. 260
4.2 Разработка методики расчета теплоотдачи в среде
неуглеводородных теплоносителей с учетом
осадкообразования на поверхности теплообмена…………………… 261
4.3 Пути применения результатов исследований при создании новой
техники с применением жидких и газообразных неуглеводородных
теплоносителей………………………………………………………… 268
4.4 Выводы по главе 4……………………………………………………… 268
Глава 5 Функционально-стоимостной анализ форсунки и
горелочного устройства…………………………………………… 270
9
5.1. Функционально-стоимостной анализ форсунки ВРД……………….. 270
5.2. Функционально-стоимостной анализ газомазутной горелки………. 271
5.3. Создание нового метода разработки эффективных конструктивных
схем технических устройств (топливоподводящих систем,
форсунок, горелок) на базе функционально-стоимостного анализа 272
5.4. Выводы по главе 5……………………………………………………... 272
Заключение…………………………………………………………………. 274
Список источников информации………………………………………….. 277
Оглавление для тома 2 (Приложение)
Стр.
Приложение 1 – материалы 1 тома диссертации………………………… 4
Материалы по главе 1……………………………………………………… 4
Материалы по п. 1.1………………………………………………………... 4
Материалы по п. 1.2………………………………………………………... 14
Материалы по п. 1.3………………………………………………………... 16
Материалы по п. 1.4………………………………………………………... 20
Материалы по п. 1.5………………………………………………………... 23
Материалы по п. 1.6………………………………………………………... 23
Материалы по п. 1.7………………………………………………………... 84
Материалы по п. 1.8………………………………………………………... 95
Материалы по п. 1.9………………………………………………………... 97
Материалы по п. 1.10………………………………………………………. 100
Материалы по п. 1.11………………………………………………………. 101
Материалы по п. 1.12………………………………………………………. 102
Материалы по главе 2……………………………………………………… 108
Материалы по п. 2.1………………………………………………………... 108
Материалы по п. 2.2………………………………………………………... 139
Материалы по п. 2.3………………………………………………………... 187
10
Материалы по п. 2.4………………………………………………………... 232
Материалы по п. 2.5………………………………………………………... 235
Материалы по п. 2.6………………………………………………………... 235
Материалы по главе 3……………………………………………………… 245
Материалы по п. 3.1………………………………………………………... 245
Материалы по п. 3.2………………………………………………………... 256
Материалы по п. 3.3………………………………………………………... 261
Материалы по главе 4……………………………………………………… 266
Материалы по п. 4.1………………………………………………………... 266
Материалы по п. 4.2………………………………………………………... 270
Материалы по п. 4.3………………………………………………………... 278
Материалы по главе 5………………………………………………...……. 305
Материалы по п. 5.1………………………………………………………... 305
Материалы по п. 5.2………………………………………………………... 312
Материалы по п. 5.3………………………………………………………... 321
Приложение 2 – Патентные грамоты на изобретения и полезные
модели……………………………………………………………………….
323
Приложение 3 – Акты внедрения результатов исследования…………… 348
