Выбор типа и принципиальной схемы испарителя для системы питания дизеля испаренным метанолом

На основе приведенного анализа литературы по теплообменным аппаратам предназначенным для парообразования, а также патентной информации с учетом названных требований был выбран испаритель выполненный на основе пористых структур. Данный выбор сделан по следующим соображениям: - пористый испаритель является наиболее компактным (его габаритный объем будет в 2... 10 раз меньше, чем у испарителей другого типа с аналогичной производительностью), так как значения коэффициента теплоотдачи при испарении из пористых структур наивысшие; - пористый испаритель обеспечивает наиболее качественное испарение, так как пористая структура удерживает жидкое топливо внутри себя капиллярными силами и, тем самым, препятствует уносу капель; - пористый испаритель имеет малую инерционность, так как объем топлива, находящегося внутри него не велик и не требуется длительного промежутка времени для нагрева и испарения топлива при переходе на режим с большим его расходом; - пористый испаритель удобен для использования на транспортных средствах, так как его показатели не зависят от положения в пространстве, то есть он будет устойчиво работать при движении на подъеме или спуске, а также при ускорениях и замедлениях.

К настоящему времени разработаны технологии производства различных типов пористых структур: порошковых, волокновых, сетчатых, ячеистых. В связи с этим важным вопросом является выбор пористой структуры для испарителя метанола. Анализ литературы по пористым материалам [39,40] позволил сделать вывод, что наиболее приемлемой является волокно-вая структура по следующим причинам: волокновые структуры обладают лучшими тепловыми характеристиками - имеют высокую теплопроводность и позволяют подводить большее количество теплоты к единице поверхности; возможно получение высокопористых (более 0,9) структур; волокновые структуры менее подвержены разрушению и истиранию, что особенно актуально в условиях работы на двигателе.

Таким образом анализ конструкций с учетом условий работы испарительной системы питания на дизельном двигателе позволяет выбрать следующие конструктивные особенности: устройство должно выполнять только функцию испарителя так как в таком случае существенно упрощается его компоновка на двигателе, в качестве источника теплоты должна использоваться охлаждающая жидкость, так как ее применение позволяет создать компактную конструкцию и избавляет от проблемы снижения производительности вследствие отложения сажи на поверхности теплообмена в случае применения отработавших газов; для парообразования должен использоваться способ испарения из пористой структуры, так как этот способ обладает наилучшими энергетическими показателями и позволяет создать очень компактную конструкцию; для регулирования подачи топлива должен использоваться способ регулирования подачи жидкости, так как он наиболее просто реализуется. Использование приведенных рекомендаций позволит создать простую, компактную и надежную систему питания дизеля испаренным метанолом и тем самым улучшить экологические показатели двигателя. На основе приведенных рекомендаций разработана принципиальная схема испарителя метанола, приведенная на рис. 2.8. Через нижнюю, теплоотдающую, часть испарителя 1, которая представляет собой пористую структуру из высокотеплопроводного материала, прокачивается греющий теплоноситель - охлаждающая жидкость двигателя. Теплота от теплоносителя передается теплоотдающей пористой структуре 1 путем конвективного теплообмена, а затем теплопроводностью через разделительную теплопрово» дящую перегородку 2 к верхней, испарительной, пористой структуре 3, в которую подается жидкий метанол и в которой происходит его испарение. Полученные пары отводятся от испарителя во впускной патрубок двигателя.

Более детально конструкция испарителя метанола представлена на схеме (рис. 2.9). Как видно из рисунка, испарительная 1 и теплоотдающая 2 пористые структуры закрыты крышками 4 и 5, зажимающими между собой теплопроводящую разделительную перегородку 3. Жидкий метанол подается в испаритель через патрубок 6. Попадая в испарительную пористую структуру 1, метанол распространяется по всему ее объему под действием капиллярных сил. Для отвода паров метанола из испарительной пористой структуры 1 в ней выполнены продольные каналы 10, таким образом в испарителе принята противоточная схема подвода теплоты и испаряемой жидкости. То есть жидкость поступает сверху к нижним слоям испарительной пористой структуры, которая обогревается теплоотдающей пористой структурой снизу. Такая схема работы обеспечивает более высокую производительность испарителя [2]. Образовавшиеся пары метанола отводятся из испарителя через патрубок 7. Теплоноситель подводится к теплоотдающей пористой структуре 2 через патрубок 8 и отводится через патрубок 9. Для равномерного распределения теплоносителя по всему объему теплоотдающей пористой структуры в крышке 5 выполнены карманы 11 и 12.

Представленная схема испарителя метанола на основе пористых структур является принципиально новой. Разработка конструкции такого испарителя для системы питания дизельного двигателя требует проведения предварительного расчета. Таким образом необходима математическая модель, описывающая процессы происходящие в испарителе, а также методика его расчета.