Обеспечение допустимого температурного уровня форсированных судовых дизелей интенсификацией теплоотдачи в системах охлаждения за счет модификации теплоносителей наночастицами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат наук Горшков Роман Владимирович

• Горшков Роман Владимирович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Горшков Роман Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СПОСОБЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООТДАЧИ В СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

1.1 Современный уровень форсирования судовых дизелей и тепловое состояние их теплонапряженных деталей

1.2 Мероприятия по интенсификации процессов теплоотдачи

в системах охлаждения поршневых двигателей внутреннего сгорания

1.3 Факторы, влияющие на коэффициент теплопроводности наножидкостей

1.4 Обоснование применения базовой жидкости и углеродных наночастиц для создания высокотеплопроводной охлаждающей наножидкости

1.5 Модели теплопроводности двухфазных суспензий

1.6 Выводы по первой главе, постановка цели и задач исследований

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОХЛАДАЮЩИХ НАНОЖИДКОСТЕЙ С НАНОЧАСТИЦАМИ ОКСИДА ГРАФЕНА И МУЛЬТИГРАФЕНА

2.1 Получение и характеристика наножидкостей с наночастицами

оксида графена и мультиграфена

2.1.1 Оценка коррозионного воздействия наножидкостей

на конструкционные материалы двигателей

2.2 Исследование коэффициента теплопроводности наножидкостей

с наночастицами оксида графена и мультиграфена

2.3 Исследование реологических характеристик и оценка коэффициента динамической вязкости наножидкостей с наночастицами оксида графена и мультиграфена

2.4 Оценка плотности и удельной теплоемкости наножидкостей

2.5 Оценка охлаждающих свойств наножидкостей с наночастицами

оксида графена и мультиграфена для систем охлаждения двигателей

2.6 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛООТДАЧИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СКОРОСТИ ЦИРКУЛЯЦИИ НАНОЖИДКОСТИ С МУЛЬТИГРАФЕНОМ И ЕЁ ТЕМПЕРАТУРЫ

3.1 Теплоотдача при вынужденном движении наножидкости

с мультиграфеном в цилиндрическом канале системы охлаждения

3.2 Критериальное уравнение теплоотдачи при циркуляции наножидкости с мультиграфеном в системе охлаждения

3.3 Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4 ОЦЕНКА СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРА И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ С НАНОЧАСТИЦАМИ МУЛЬТИГРАФЕНА

4.1 Экспериментальная оценка температур гильзы цилиндра дизеля

4ЧН 10,5/12,8 при её охлаждении наножидкостью с мультиграфеном

4.2 Расчетная оценка тепловой эффективности охладителей масла и наддувочного воздуха судового дизеля 8ЧН 14/14 при циркуляции в них наножидкости с мультиграфеном

4.3 Выводы по четвёртой главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Методика расчета погрешностей

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Акты внедрения результатов исследований

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение допустимого температурного уровня форсированных судовых дизелей интенсификацией теплоотдачи в системах охлаждения за счет модификации теплоносителей наночастицами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Значимость морского и речного флота для Российской Федерации подчеркивается федеральной программой «Развитие транспортной системы России (2010-2020 годы)», которая включает в себя программы, направленные на развитие морского и речного водного транспорта, а также Стратегией развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и дальнейшую перспективу. В отмеченных программах уделяется особенное внимание развитию судового двигателестроения и разработке новых форсированных высокооборотных дизелей, которые широко применяются как в качестве главных, так и в качестве вспомогательных двигателей в составе судовых энергетических установок. Главными тенденциями развития таких судовых дизелей являются увеличение их удельной и агрегатной мощностей, повышение надежности и совершенствование массогабаритных показателей. Для современных форсированных судовых дизелей характерны высокие значения среднего эффективного давления. Перспективные среднеоборотные судовые двигатели имеют значение среднего эффективного давления на уровне 3,5-4,0 МПа, а высокооборотные - 4,0-4,5 МПа. Такие уровни форсирования приводят к росту количества тепла, поступающего в систему охлаждения (СО), что наряду со снижением удельной массы двигателя и уменьшением его габаритных размеров приводит к росту средних и максимальных удельных тепловых потоков. Это обуславливает повышение температур теплонагруженных деталей, ограничивающих камеру сгорания дизеля. Для перспективных форсированных дизелей температурное состояние теплонапряженных деталей лимитирует работоспособность и надежность двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Поэтому роль системы охлаждения с точки зрения обеспечения работоспособности и надежности форсированного двигателя многократно возрастает. Интенсификация процессов теплоотдачи в системе охлаждения для снижения высоких температур деталей камеры сгорания играет существенную роль как за счет совершенствования режимных и конструктивных параметров

системы, так и за счет повышения коэффициента теплопроводности охлаждающих жидкостей (ОЖ). Последнее стало возможным с развитием нанотехнологий, что позволило создавать охлаждающие наножидкости (НЖ), представляющие собой устойчивые, стабильные двухфазные суспензии на основе базовой охлаждающей жидкости и твердых наночастиц (НЧ) со значительно большим коэффициентом теплопроводности, чем у базового теплоносителя. Значительное увеличение коэффициента теплопроводности теплоносителя может позволить существенно повысить интенсивность теплоотдачи в системах охлаждения дизелей и за счет этого обеспечить допустимый температурный уровень их теплонапряженных деталей. Для введения охлаждающих наножидкостей в эксплуатацию необходимо провести комплекс исследований процессов теплообмена при циркуляции этих теплоносителей с увеличенным коэффициентом теплопроводности в системе охлаждения двигателя.

Целью работы является обеспечение допустимого температурного уровня теплонапряженных деталей форсированных судовых дизелей интенсификацией процессов теплоотдачи в системах охлаждения за счет модификации теплоносителей высокотеплопроводными углеродными наночастицами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научно-технические задачи исследований:

1. Получить устойчивые и стабильные охлаждающие наножидкости с повышенным коэффициентом теплопроводности, представляющие собой двухфазные суспензии на основе базовой жидкости и твердых высокотеплопроводных углеродных наночастиц (оксида графена и мультиграфена). Оценить коррозионное воздействие наножидкостей с углеродными наночастицами на конструкционные материалы ДВС.

2. Определить коэффициент теплопроводности наножидкостей в зависимости от их температуры и концентрации углеродных наночастиц.

3. Исследовать влияние концентрации высокотеплопроводных углеродных наночастиц и температуры наножидкости на процессы теплоотдачи в системе охлаждения при соблюдении режимных параметров её работы.

4. Оценить снижение температуры стенки гильзы цилиндра судового дизеля и тепловую эффективность его теплообменных аппаратов (ТА) (охладителей масла и наддувочного воздуха) при применении в системе охлаждения дизеля теплоносителя, модифицированного высокотеплопроводными углеродными наночастицами.

Объектами исследования являются системы охлаждения судовых двигателей внутреннего сгорания и охлаждающие наножидкости, содержащие высокотеплопроводные углеродные наночастицы.

Предметом исследования являются процессы теплообмена, протекающие в зарубашечном пространстве системы охлаждения дизелей, связанные с теплофизическими свойствами охлаждающих наножидкостей, содержащих высокотеплопроводные углеродные наночастицы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- представлен новый дополнительный способ интенсификации теплоотдачи в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания, осуществляющийся за счет модификации теплоносителей высокотеплопроводными углеродными наночастицами;

- представлен комплекс охлаждения Кож, позволяющий количественно оценить охлаждающие свойства теплоносителей систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания;

- получены новые устойчивые стабильные охлаждающие наножидкости с высоким значением коэффициента теплопроводности для систем охлаждения ДВС;

- получены экспериментальные данные по коэффициенту теплопроводности наножидкостей, полученных на базе водного раствора этиленгликоля (ВЭГ) и твёрдых углеродных наночастиц оксида графена (ОГ) и мультиграфена (МГ);

- экспериментально подтверждено повышение интенсивности теплоотдачи в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания на 30-40 % за счет применения теплоносителя модифицированного высокотеплопроводными наночастицами мультиграфена;

- получено новое критериальное уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи в системе охлаждения двигателей внутреннего сгорания, учитывающее влияние на интенсивность конвективного теплообмена отношения коэффициентов теплопроводности теплоносителя, модифицированного наночастицами мультиграфена, и базовой жидкости;

- установлено снижение средней температуры стенки гильзы цилиндра судового дизеля на номинальном режиме его работы при применении в системе охлаждения наножидкости с НЧ мультиграфена.

Теоретическая и практическая значимость работы заключена в том, что:

- разработанный комплекс охлаждения Кож дает возможность количественно оценивать охлаждающие свойства теплоносителей систем охлаждения, что позволяет обоснованно выбрать охлаждающую жидкость для двигателей внутреннего сгорания различного уровня форсированности;

- полученные экспериментальные данные о влиянии на коэффициент теплопроводности наножидкостей концентрации углеродных наночастиц позволяют создавать охлаждающие жидкости с такими теплофизическими характеристиками, которые требуются для обеспечения интенсивного теплообмена в системах охлаждения судовых дизелей различной степени форсированности;

- представлено уравнение для вычислений коэффициента теплопроводности наножидкости в зависимости от её температуры и концентрации наночастиц мультиграфена;

- проведенные экспериментальные исследования теплоотдачи в системе охлаждения позволили установить эффект увеличения интенсивности конвективного теплообмена при применении наножидкости с повышенным коэффициентом теплопроводности;

- полученное критериальное уравнение позволяет рассчитать коэффициент теплоотдачи в системе охлаждения двигателей внутреннего сгорания при циркуляции в ней наножидкостей с разными коэффициентами теплопроводности;

- снижение температур деталей камеры сгорания за счет увеличения интенсивности теплоотдачи в системе охлаждения позволяет обеспечить работоспособность перспективных судовых дизелей или увеличить уровень их форсирования;

- увеличение интенсивности теплоотдачи в системе охлаждения за счет повышенного коэффициента теплопроводности теплоносителя позволяет повысить тепловую эффективность теплообменных аппаратов (охладителей масла и наддувочного воздуха), связанных с контуром охлаждения дизеля, и уменьшить площадь их теплопередающих элементов.

Методы научных исследований. Поставленная в работе цель достигается сочетанием теоретических и эмпирических методов исследований. Оценка коэффициентов теплопроводности и динамической вязкости наножидкостей проводилась с помощью теоретических моделей, позволяющих рассчитать значения этих коэффициентов для двухфазных суспензий «жидкость-твёрдые частицы». Экспериментальная часть работы заключалась в измерении коэффициента теплопроводности охлаждающих НЖ при различных их температурах и массовых концентрациях углеродных НЧ. Исследования влияния концентрации углеродных НЧ и температуры наножидкости на процессы теплоотдачи проводились на созданных лабораторных установках, моделирующих условия теплообмена в системе охлаждения ДВС. Критериальное уравнение для вычисления коэффициента теплоотдачи в СО было получено в соответствии с теорией теплового подобия. Оценка показателей эффективности теплообменных аппаратов судовых дизелей проводилась с использованием метода конструктивного теплового расчета.

Достоверность и обоснованность научных положений подтверждается:

- использованием фундаментальных законов и уравнений теории подобия физических процессов, теплофизики, гидродинамики с соответствующими граничными условиями;

- значительным объёмом экспериментальных данных, полученных на сертифицированном и аттестованном лабораторном и компьютерном

оборудовании, поверенных измерительных комплексах и приборах ЯГТУ, МГУ, центра коллективного пользования «Диагностика микро- и наноструктур» ЯФ ФТИАН им. К. А. Валиева РАН;

- установлением качественного совпадения полученных результатов экспериментальных исследований с опубликованными в независимых источниках результатами других авторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- способ интенсификации теплоотдачи в системах охлаждения ДВС за счет модификации теплоносителей высокотеплопроводными углеродными наночастицами;

- комплекс охлаждения Кож, позволяющий количественно оценить охлаждающие свойства теплоносителей систем охлаждения ДВС;

- результаты экспериментальных исследований коэффициента теплопроводности охлаждающих наножидкостей в зависимости от их температуры и концентрации углеродных наночастиц;

- результаты экспериментальных исследований влияния концентрации углеродных наночастиц МГ и температуры наножидкости на процессы теплоотдачи в системе охлаждения при различных скоростях циркуляции НЖ;

- критериальное уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи в системе охлаждения ДВС, учитывающее влияние на интенсивность конвективного теплообмена отношения коэффициентов теплопроводности теплоносителя, модифицированного наночастицами мультиграфена, и базовой жидкости.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на ежегодных семинарах и заседаниях кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» ФГБОУ ВО ЯГТУ, и были представлены на следующих научных конференциях:

- IV-V всероссийской научно-практической конференции «История и перспективы развития транспорта на севере России», ЯФ МИИТ (Ярославль, 2015-2016 гг.);

- 69, 71 всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием, ЯГТУ (Ярославль, 2016, 2018 гг.);

- VII, 1Х-Х межвузовской научно-практической конференции аспирантов, студентов и курсантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России», ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова (Санкт-Петербург, 2016, 2018, 2019 гг.);

- на международной научно-технической конференции «Двигатель-2018», посвященной 150-летию основания факультета «Энергомашиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2018 г.);

- на международной научно-технической конференции «8-е Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса», МАДИ (Москва, 2019 г.);

- IV Международная конференция «Актуальные проблемы физики поверхности и наноструктур», ЯрГУ им. П. Г. Демидова (Ярославль, 2019).

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены на предприятиях ПАО «Автодизель» (ЯМЗ), ООО «Газовые машины». Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО ЯГТУ в курсы дисциплин по направлению подготовки бакалавров 13.03.03 и магистров 13.04.03 -«Энергетическое машиностроение».

Публикации. Результаты исследований и основные положения по теме диссертации опубликованы в 21 печатной работе, из них 5 в изданиях, входящих в перечень ВАК, и 1 патент на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертационная работа включает в себя введение, четыре главы, общие выводы и заключение, список литературы и приложения. Общий объём диссертационной работы составляет 137 страниц, основная часть которой содержит 75 рисунков и 8 таблиц. Список литературы состоит из 132 позиций на 15 страницах. В работе представлено 2 приложения, включающие в себя методику расчёта погрешностей и акты внедрения результатов исследований.

ГЛАВА 1 СПОСОБЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООТДАЧИ В СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

1.1 Современный уровень форсирования судовых дизелей и тепловое состояние их теплонапряженных деталей

Дизели являются главными и вспомогательными двигателями судов различного назначения. Основную долю парка судовых дизелей составляют среднеоборотные и высокооборотные двигатели [1], для которых свойственны достаточно высокие механические и тепловые нагрузки на теплонапряженные детали, ограничивающие камеру сгорания. В настоящее время доля таких двигателей составляет более 60 % [2].

Одной из главных тенденций развития судовых ДВС является непрерывное увеличение их удельной и агрегатной мощностей, повышение надежности наряду с совершенствованием массогабаритных показателей. Для оценки степени совершенства конструкции двигателя и уровня его форсированности используют: среднее эффективное давление ре, удельную литровую мощность Ыл, удельную поршневую мощность Ып. Анализ развития этих показателей [3,4] свидетельствует о постоянной тенденции к их росту. Динамика роста ре двигателей различных типов показана на рисунке 1.1.

Ре, МПа

1940 1960 1980 2000 2020

Рисунок 1.1. - Динамика роста ре дизелей различных типов

Для современных форсированных судовых дизелей характерны высокие значения ре = 2,5...3 МПа. Перспективные среднеоборотные ДВС могут иметь среднее эффективное давление на уровне 3,5.4,0 МПа, высокооборотные -4,0.4,5 МПа [2]. Такие уровни форсирования, обеспечиваемые, в основном, за счет применения систем газотурбинного наддува, приводят к росту количества тепла, поступающего в систему охлаждения. Для оценки среднего удельного теплового потока дохп через охлаждаемые поверхности гильзы цилиндра дизелей используют следующую формулу [5]:

д Ст66 "Ре' 9е' 1*36 ■ Тк

Ч°ХЛ ■ ■ Р/с)0'438 '

где В - коэффициент, для четырёхтактных дизелей В =147, для двухтактных В = 262; Ст - средняя скорость поршня, м/с; де - удельный эффективный расход топлива, кг/кВтч; ре — значение среднего эффективного давления, МПа; Тк и рк - температура и давление наддувочного воздуха, соответственно К и МПа; Б - диаметр цилиндра двигателя, м; - коэффициент наполнения.

В таблице 1.1 представлены данные по динамике увеличения литровой и поршневой мощностей для различных типов двигателей в различные временные интервалы [3, 6, 7].

Таблица 1.1 - Значения Ыл и Ып для различных типов двигателей

Двигатели Ыл, кВт/л Яп, кВт/дм2

1970-1980 гг 2000-2020 гг 1970-1980 гг 2000-2020 гг

автомобильные 25 - 40 40 - 75 30 - 50 50 - 70

судовые 1,5 - 7,4 12 - 22 11 - 33,1 35 - 55

тепловозные 7,4 - 14,7 19 - 21,5 22 - 33,1 35 - 55

стационарные 1,5 - 7,4 30 - 40 7,4 - 14,7 14 - 25

За последние 40 лет показатели литровой и поршневой мощностей для двигателей различных типов и назначений увеличились в среднем в 2 раза, а среднее эффективное давление возросло более чем в 1,5 раза, что наряду со снижением удельной массы двигателей и их габаритных показателей привело к росту максимальных и средних удельных тепловых потоков, согласно выражению (1.1), более чем на 40 %. Это обусловило значительный рост температур теплонагруженных деталей, ограничивающих камеру сгорания ДВС. Для перспективных форсированных дизелей температурное состояние теплонапряженных деталей лимитирует работоспособность и надежность двигателей внутреннего сгорания.

Австрийская компания AVL провела испытания перспективных дизелей экологического класса Евро 6, обладающих уровнем форсирования ре = 2,6... 2,8 МПа и максимальным давлением р2 = 25 МПа. По данным этой компании, для двигателей с таким уровнем форсирования температуры головки блока цилиндров достигают значений свыше 400 °С, что является опасным с точки зрения механической прочности чугуна (рисунок 1.2).

Рисунок 1. 2 - Распределение температур головки блока цилиндров перспективного дизеля австрийской компании AVL

При форсировании судового дизеля 16ЧН 26/26 до уровня ре = 2,2 МПа значение температуры гильзы цилиндра в зоне остановки первого компрессионного кольца составило 193 °С, а температура межклапанной перемычки головки блока цилиндров достигла значения 385 °С [8].

Отмеченные температуры головок и гильзы цилиндра являются опасными с точки зрения работоспособности и надежности двигателя. Известно, что такие детали как головка блока цилиндров, гильза цилиндра и поршень в зависимости от конструктивных особенностей имеют такую максимальную температуру, при которой обеспечивается их работоспособность. Так, температура деталей, изготовленных из сплавов алюминия, не должна превышать 250.300 °С; из легированных конструкционных сталей - 450.490 °С; из чугуна - 400.420 °С [9]. Температура рабочей поверхности гильзы не должна превышать 180.200 °С, что обусловлено интенсивным нагарообразованием и нарушением работы поршневых колец. Поэтому роль систем охлаждения с точки зрения обеспечения работоспособности и надежности форсированных двигателей многократно возрастает. Для отведения возрастающих значений тепловых потоков от деталей камеры сгорания двигателей необходимо повышать интенсивность процессов теплоотдачи в их системах охлаждения для снижения высоких температур теплонапряженных деталей.

1.2 Мероприятия по интенсификации процессов теплоотдачи в системах охлаждения поршневых двигателей внутреннего сгорания

Способы интенсификации теплоотдачи в жидкостных системах охлаждения ДВС подразумевают различные мероприятия, направленные на совершенствование конструктивных и режимных параметров СО, а также на изменение теплофизических свойств охлаждающих жидкостей. С точки зрения совершенствования конструктивных параметров систем охлаждения известны разные решения по изменению конструкции полостей и каналов СО для организации рационального движения теплоносителя по поверхностям

теплонагруженных деталей ДВС. Усовершенствованием режимных параметров, к которым следует отнести температуру, скорость движения и турбулентность потока ОЖ, достигается повышение интенсивности теплоотдачи от нагретых стенок деталей двигателя к теплоносителю.

Конструктивные мероприятия по интенсификации теплоотдачи в СО предполагают:

- обеспечение рационального распределения потоков ОЖ в зарубашечном пространстве головки и блока цилиндров и в области гильзы;

- создание потоков теплоносителя, направленных к наиболее нагретым участкам деталей двигателя;

- обеспечение требуемой толщины слоя охлаждающей жидкости в зарубашечном пространстве СО.

Обеспечение рационального распределения потоков ОЖ в полостях системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания осуществляется за счет сокращения застойных зон с целью предотвращения локальных перегревов и образования паровых пробок [10-13]. Известно, что неравномерность расходов теплоносителя по полостям охлаждения головок блока и гильз цилиндров по результатам непосредственных измерений может достигать 200.400 % [14-16], при этом скорость движения охлаждающей жидкости варьируется от 0,2.0,3 м/с до 0,9. 1,3 м/с. Наличие застойных зон движения теплоносителя может привести к локальным перегревам теплонапряженных деталей и выходу их из строя. Для обеспечения необходимого расхода охлаждающей жидкости возможна установка калиброванных дросселей на перепуске ОЖ из блока в головку [14]. Следует отметить, что указанное мероприятие успешно реализовано в новом семействе дизелей 6ЧН 10,5/12,8 и 4ЧН 10,5/12,8 (рисунок 1.3). Вместе с тем такое конструктивное решение приводит к увеличению потерь напора в СО.

Рисунок 1.3 - Прокладка головки блока цилиндров дизеля 4ЧН 10,5/12,8 с калиброванными дросселями: 1 - отверстия подвода ОЖ к головке; 2 - отверстия

отвода ОЖ из головки [17]

Известно, что по длине гильзы цилиндра тепловые потоки распределяются неравномерно, достигая максимальных значений в зоне остановки первого компрессионного кольца. В работе [11] для обеспечения необходимых расходов теплоносителя в соответствующих зонах гильзы предложена конструкция полости её охлаждения с тремя камерами (рисунок 1.4), что позволяет обеспечить интенсивную циркуляцию жидкости в наиболее нагретой области.

Рисунок 1.4 - Конструктивный вариант охлаждения гильзы с тремя камерами: 1 -блок; 2 - гильза; 3 - отверстие для подвода ОЖ; 4,5,6 - камеры охлаждения; 7 -отводной канал; 8 - соединительный канал [11]

Вышеуказанное решение было реализовано в конструкции дизелей 6ЧН 13/14 и 8ЧН 13/14 при их форсировании по ре с целью увеличения литровой мощности и снижения токсичности отработавших газов. При этом рубашка охлаждения блока была конструктивно разделена на 2 камеры охлаждения: верхнюю и нижнюю.

Для интенсификации теплоотдачи в системе охлаждения гильз цилиндра совершенствуют распределение потоков в полостях вокруг них. Наиболее распространена продольно-диагональная схема омывания гильз (рисунок 1.5а). Указанная схема обтекания имеет несколько недостатков, которые выражаются в понижении теплоотдачи в верхней наиболее нагретой области гильзы цилиндра и значительной неравномерности температур по поверхности гильзы. Схема с верхним подводом ОЖ и поперечным обтеканием (рисунок 1.5б) отличается наличием кольцевой щели с радиальной шириной (0,03... 0,04^, которая служит верхней частью полости охлаждения. Эта схема обеспечивает температуры гильзы 150.160 °С при показателе Ыл = 22,5 кВт/л и более равномерное распределение температур по длине и периметру гильзы.

а) б)

Рисунок 1.5 - Схемы охлаждения гильз цилиндров: а - продольно-диагональная;

б - с поперечным обтеканием [3]

Головки цилиндров являются одними из наиболее теплонапряженных деталей двигателя. Из-за высоких температурных напряжений и абсолютных значений температур в межклапанных перемычках огневого днища могут образовываться трещины. Для предотвращения этого обеспечивается повышение интенсивности охлаждения горячих зон межклапанных перемычек, а также зоны, где расположена форсунка. Так, в крышках цилиндров среднеоборотных дизелей организованное движение охлаждающей жидкости в области огневого днища достигается путём введения промежуточного днища, что позволяет увеличить теплоотдачу и снизить температуры областей межклапанных перемычек и перемычек между клапанами и отверстием под форсунку. Иллюстрацией такого решения может служить нижняя часть крышки цилиндров дизелей размерного ряда ЧН26/26 (рисунок 1.6) [6]. Такое конструктивное мероприятие сопровождается образованием полостей с большими проходными сечениями, что может способствовать образованию в них накипи и последующему снижению теплоотвода в ОЖ.

Рисунок 1.6 - Крышка цилиндров тепловозного двигателя размерного ряда ЧН26/26 с промежуточным днищем [6]

Для уменьшения температуры центральной зоны днища и межклапанных перемычек головок быстроходных дизелей повышают интенсивность охлаждения горячих стенок за счет организации направленного движения ОЖ на нагретые зоны головки блока цилиндров. В этом случае движение теплоносителя возможно осуществить как от периферии к центру, так и наоборот (рисунок 1.7а,б) [3]. В

последнем случае посредством специальных пистолетов (П) теплоноситель при высокой скорости (3.6 м/с) направляется на охлаждаемую поверхность детали.

Рисунок 1.7 - Схематические варианты повышения интенсивности охлаждения центральной области днища головок: а - от центра к периферии с подводом ОЖ через пистолеты (П); б - от периферии к центру с отводом теплоносителя над

межклапанными перемычками [3]

Для интенсификации охлаждения межклапанной перемычки головки блока цилиндров применяется струйное охлаждение последней посредством нескольких струй с определённым шагом между осями (рисунок 1.8) [11].

Рисунок 1.8 - Струйное охлаждение межклапанной перемычки: 1 - подводной патрубок; 2 - охлаждающий патрубок [11]

Другой конструктивный вариант охлаждения межклапанных перемычек предполагает установку в головке специальных трубок для подвода струй нормально к поверхности охлаждения (рисунок 1.9), когда охлаждающая жидкость, поступающая из рубашки цилиндра в головку через отверстие 1, с помощью оппозитно и соосно установленных насадков 2, оси которых параллельны теплоотдающей поверхности, формируется во встречные струи [11]. Последние при соударении образуют струю перпендикулярную к охлаждаемой поверхности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Горшков Роман Владимирович, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Безюков О. К. Парк дизелей судов внутреннего и смешанного плавания и перспективы его развития / О. К. Безюков, О. В. Афанасьева // Труды Международной научно-практической конференции «Безопасность водного транспорта». - 2003. - Т. 3. - С. 12-17.

2. Жуков В. А. Научные основы повышения эксплуатационных показателей высокооборотных судовых ДВС совершенствованием их охлаждения : дис. ... д-р. техн. наук : 05.08.05 / Жуков Владимир Анатольевич. - Санкт-Петербург, 2012. -422 с.

3. Чайнов Н. Д. Конструирование и расчет поршневых двигателей : учебник для вузов / Н. Д. Чайнов, А. Н. Краснокутский, Л. Л. Мягков ; под ред. Н. Д. Чайнова. - Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. - 536 с. : ил.

4. Хоссам Элдин Салех Абдель Гхани Хассан. Повышение удельной мощности двигателей внутреннего сгорания : дис. ... канд. техн. наук : 05.04.02 / Элдин Салех Абдель Гхани Хассан Хоссам. - Москва, 2004. - 139 с.

5. Костин А. К. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания: Справочное пособие / А. К. Костин, В. В. Ларионов, Д. И. Михайлов ; под. ред. А. К. Костина. - Л.: Машиностроение, 1979. - 222 с. : ил.

6. Чайнов Н. Д. Конструирование двигателей внутреннего сгорания : учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Двигатели внутреннего сгорания" направления подготовки "Энергомашиностроение" / Н. Д. Чайнов, Н. А. Иващенко, А. Н. Краснокутский, Л. Л. Мягков ; под. ред. Н. Д. Чайнова. - Москва : Машиностроение, 2008. - 496 с. : ил.

7. Вырубов Д. Н. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности "Двигатели внутреннего сгорания" / Д. Н. Вырубов, Н. А. Иващенко, В. И. Ивин и др. ; под. ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. - 4-е изд., перераб. и доп. - Москва : Машиностроение, 1983. - 372 с. : ил.

8. Капшуков А. В. Оценка работоспособности и повышение герметичности газового стыка форсированных среднеоборотных дизелей : дис. ... канд. техн. наук: 05.04.02 / Капшуков Алексей Владимирович. - Москва, 2018. - 142 с.

9. Безюков О. К. Охлаждение транспортных двигателей внутреннего сгорания: монография / О. К. Безюков, В. А. Жуков, В. Н. Тимофеев. - СПб.: ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова, 2015. - 272 с.

10. Петриченко Р. М. Конвективный теплообмен в поршневых машинах / Р. М. Петриченко, М. Р. Петриченко. - Л.: Машиностроение, 1979. - 232 с. : ил.

11. Новенников А. Л. Теоретические аспекты, методы и пути улучшения теплового состояния охлаждаемых деталей поршневых двигателей : дис. ... д-р. техн. наук : 05.04.02 / Новенников Алексей Леонидович. - Москва, 1993. - 213 с.

12. Исследование теплового состояния гильз и головок дизеля ЗИЛ-645: отчет о НИР / Новенников А. Л. - Ярославль : Ярославский политехнический институт, 1979. - 124 с.

13. Петриченко М. Р. Температурные и гидравлические режимы работы системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания / М. Р. Петриченко, В. А. Баталова // Двигателестроение. - 1989 . - № 4. - С. 20-23.

14. Рагузин А. Р. Методы определения и управления потокораспределением в рубашках цилиндров блочных дизелей / А. Р. Рагузин, М. Р. Петриченко, Н. Н. Иванченко // Двигателестроение. - 1989. - № 11. - С. 13-15.

15. Новенников А. Л. Исследование основных закономерностей теплоотдачи в полости охлаждения головки цилиндра / А. Л. Новенников, Б. С. Стефановский, В. И. Пикус, Н. С. Роганова // Двигатели внутреннего сгорания: межвуз. сб. науч. тр. - Ярославль, 1975. - С. 22-26.

16. Афанасьев В. С. Методика и некоторые результаты исследования движения воды в каналах головки цилиндров / В. С. Афанасьев, Н. П. Смирнов, Б. С. Стефановский, А. Л. Новенников // Двигатели внутреннего сгорания. - Ярославль, 1975. - С. 27.

17. Руководство по эксплуатации 5340.3902150 РЭ. - Ярославль. - 2016. - 160 с.

18. Ратнов А. Е. Улучшение эксплуатационных показателей транспортных двигателей путём совершенствования свойств охлаждающих жидкостей : дис. ... канд. техн. наук : 05.04.02 / Ратнов Александр Евгеньевич. - Рыбинск, 2005. -227 с.

19. Петриченко Р. М. Системы жидкостного охлаждения быстроходных двигателей внутреннего сгорания / Р. М. Петриченко. - Л.: Машиностроение, 1975. - 224 с.

20. Вырубов Д. Н. Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности "Двигатели внутреннего сгорания" / Д. Н. Вырубов, С. И. Ефимов, Н. А. Иващенко и др. ; под. ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. - 4-е изд., перераб. и доп. - Москва : Машиностроение, 1984. -384 с. : ил.

21. Розенблит Г. Б. Теплопередача в дизелях / Г. Б. Розенблит. - М.: Машиностроение, 1977. - 216 с.

22. Бузник В. М. Интенсификация теплообмена в судовых установках / В. М. Бузник. - Л.: Судостроение, 1969. - 364 с.

23. Кригер А. М. Жидкостное охлаждение автомобильных двигателей / А. М. Кригер, М. Е. Дискин, А. Л. Новенников, В. И. Пикус. - М.: Машиностроение, 1985. - 176 с. : ил.

24. Михеев М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. - 2-е изд. - М.: Энергия, 1977. - 344 с.

25. Калинин Э. К. Эффективные поверхности теплообмена / Э. К. Калинин, Г. А. Дрейцер, И. З. Копп, А. С. Мякочин. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 407 с.

26. Ефимов С. И. Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности "Двигатели внутреннего сгорания" / С. И. Ефимов, Н. А. Иващенко, В. И. Ивин и др. . ; под. ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва : Машиностроение, 1985. - 456 с. : ил.

27. Чайнов Н. Д. Тепломеханическая напряженность деталей двигателей: монография / Н. Д. Чайнов, Н. А. Иващенко, В. Г. Заренбин ; под. ред. А. С. Орлина. - М.: Машиностроение, 1977. - 152 с.

28. Кавтарадзе Р. З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях: учебник для вузов / Р. З. Кавтарадзе. - 3-е изд. - Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. - 515 с. : ил.

29. Кавтарадзе Р. З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы : учебник для вузов / Р. З. Кавтарадзе. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. - 589 с. : ил.

30. Безюков О. К. Охлаждающие жидкости транспортных ДВС: монография / О. К. Безюков, В. А. Жуков. - СПб.: СПбГУВК, 2009. - 263 с.

31. Жуков В. А. Влияние параметров охлаждения на надежность комбинированных двигателей: монография / В. А. Жуков. - Рыбинск: РГАТУ им. П. А. Соловьева, 2012. - 172 с.

32. Горшков Р. В. Перспективы экспериментального исследования двухфазных охлаждающих наножидкостей / Р. В. Горшков, А. В. Жаров // Сборник научных статей V Всероссийской научно-практической конференции «История и перспективы развития транспорта на севере России». - 2016. - С. 115-118.

33. Дубровин Я. В. Перспективные охлаждающие жидкости для двигателей внутреннего сгорания с улучшенными теплофизическими свойствами / Я. В. Дубровин, Р. В. Горшков, А. А. Павлов // Сборник материалов 69 Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием. - 2016. - С. 1226-1230.

34. S.U.S. Choi. Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles / Choi S.U.S. // Developments and Applications of Non-Newtonian Flows. - 1995. - FED -231/MD66, ASME, New York. - Pp. 99-105.

35. Дмитриев А. С. Введение в нанотеплофизику [Электронный ресурс] / А. С. Дмитриев. - Эл. изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. - 793 с.

36. Emad Sadeghinezhad, Mohammad Mehrali, R. Saidur, Mehdi Mehrali, Sara Tahan Latibari, Amir Reza Akhiani, Hendrik Simon Cornelis Metselaar. A comprehensive review on graphene nanofluids: Recent research, development and applications // Energy Conversion and Management. - 2016. - № 111. - Pp. 466-487.

37. Ding, Yulong & Chen, Haisheng & Wang, Liang & Yang, Chane-Yuan & He, Yurong & Yang, Wei & Lee, Wai Peng & Zhang, Lingling & Huo, Ran. Heat Transfer Intensification Using Nanofluids // KONA Powder and Particle Journal. - 2007. - № 25. - Pp. 23-38.

38. Goharshadi E. K, Ahmadzadeh H, Samiee S, Hadadian М. Nanofluids for Heat Transfer Enhancement // Phys. Chem. Res. - 2013. - Vol. 1. - №1. - Pp. 1-33.

39. Горшков Р. В. Экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи жидкостей / Р. В. Горшков, А. В. Жаров, А. А. Павлов, В. С. Фавстов // Сборник научных статей IV Всероссийской научно-практической конференции «История и перспективы развития транспорта на севере России». - 2015. - С. 116-119.

40. Горшков Р. В. Оценка коэффициента теплоотдачи при вынужденном движении наножидкости на основе воды и твёрдых частиц графена / Р. В. Горшков, А. В. Жаров, Н. Г. Савинский // Материалы VII межвузовской научно-практической конференции аспирантов, студентов и курсантов: «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России». - 2016. - С. 140144.

41. Шимчук Н. А. Влияние различных факторов на теплопроводность нанофлюидов / Н. А. Шимчук, В. З. Геллер // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2014. - С. 35-40.

42. Shanthi R, Shanmuga Sundaram A, Velraj R. Heat transfer enhancement using nanofluids // Thermal science. - 2012. - Vol. 16. - № 2. - Pp. 423-444.

43. Azmi W. H, K. Abdul Hamid, Usri N. A, Rizalman Mamat, Sharma K. V. Heat transfer augmentation of ethylene glycol: water nanofluids and applications - A review // International Communications in Heat and Mass Transfer. - 2016. - № 75. -Pp. 13-23.

44. Wong, Kaufui & De Leon, Omar. Applications of nanofluids: Current and future // Advances in Mechanical Engineering. - 2010. - № 2. - 11 p.

45. Mohammad Mehrali. Investigation of thermal conductivity and rheological properties of nanofluids containing graphene nanoplatelets // Nanoscale Research Letters. - 2014. - 12 p.

46. W. Yu, H. Xie, X. Wang. Significant thermal conductivity enhancement for nanofluids containing graphene nanosheets // Physics Letters A. - 2011. - Vol. 375. -№ 10. - Pp. 1323-1328.

47. Choi S.U.S., Zhang Z. G., Yu W., Lockwood F. E., Grulke E. A. Anomalous thermal conductivity enhancement in nano-tube suspensions // Applied Physics Letters.

- 2001. - № 79. - Pp. 2252-2254.

48. Терехов В. И. Механизм теплопереноса в наножидкостях: современное состояние проблемы (обзор). Часть 1. Синтез и свойства наножидкостей / В. И. Терехов, С. В. Калинина, В. В. Леманов // Теплофизика и аэромеханика. - 2010. -Т. 17. - № 1. - 15 с.

49. Das S. K., Putra N., Thiesen P., Roetzel W. Temperature dependence of thermal conductivity enhancement for nanofluids // Journal of Heat Transfer. - 2003. - № 125.

- Pp. 567-574.

50. Chopkar M., Das P. K., Manna I. Synthesis and characterization of nanofluid for advanced heat transfer applications // Scripta Materialia. - 2006. - № 55. - Pp. 549-552.

51. Yanhui Yuan, Amyn S. Teja. The effect of particle size on the thermal conductivity of nanofluids // Journal of Nanoparticle Research. - 2008. - Vol. 11. - № 5. - Pp. 1129-1136.

52. Xie H. Thermal conductivity enhancement of suspensions containing nanosized alumna particles / H. Xie, J. Wang, T. Xi,Y. Liu, F. Ai // Journal of Applied Physic. -2002. - Vol. 91. - № 7. - Pp. 4568-4572.

53. Рудяк В. Я. Моделирование коэффициентов переноса наножидкостей / В. Я. Рудяк, А. А. Белкин // Наносистемы: физика, химия, математика. - 2010. - Т. 1. -№ 1. - С. 156-177.

54. Jisun Jeong, Chengguo Li, Younghwan Kwon. Particle shape effect on the viscosity and thermal conductivity of ZnO nanofluids // International Journal of Refrigeration. - 2013. - Vol. 36. - № 8. - Pp. 2233-2241. Vol. 36, Issue 8.

55. Xinwei Wang, Xianfan Xu. Thermal conductivity of nanoparticle-fluid mixture // Journal of thermophysics and heat transfer. - 1999. - Vol. 13. - № 4. - Pp. 474-480.

56. ГОСТ 28084 - 89. Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 22 с.

57. Kalpana Sarojini K. Gandhi, Manojsiva Velayutham, Sarit K. DAS. Measurement of thermal and electrical conductivities of graphene nanofluids // Sundararajan Thirumalachari. - 2011. - 7 p.

58. Ali Ijam, Saidur R., Ganesan P., Moradi Golsheikh A. Stability, thermo-physical properties, and electrical conductivity of graphene oxide-deionized water/ethylene glycol based nanofluid // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2015. - № 87. - Pp. 92-103.

59. А. Khan M. F. Shahil, Alexander A. Balandin. Thermal properties of graphene and multilayer graphene: Applications in thermal interface materials // Solid State Communications. - 2012. - № 152. - Pp. 1331-1340.

60. Tessy Theres Baby. Enhanced convective heat transfer using graphene dispersed nanofluids // Nanoscale Research Letters. - 2011. - № 6. - Pp. 289-298.

61. Ren Y., Xie H., Cai A. Effective thermal conductivity of nanofluids containing spherical nanoparticles // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2005. - № 39. - P. 3958.

62. Xuan Y., Li Q. Heat Transfer Enhancement of Nanofluids // International Journal of Heat and Fluid Flow. - 2000. - № 21. - Pp. 58-64.

63. Tessy Theres Baby, Ramaprabhu Sundara. Investigation of thermal and electrical conductivity of graphene based nanofluids // Journal of Applied Physics. - 2011. - № 108. - Pp. 124308-124316.

64. Hadadian, Mahboubeh & Goharshadi, Elaheh & Youssefi, Abbas. Electrical conductivity, thermal conductivity, and rheological properties of graphene oxide-based nanofluids // Journal of nanoparticle research. - 2014. - № 16. - 18 p.

65. Maxwell J. C. A Treatise on Electricity and Magnetism // Oxford University Press. - Cambridge. - 1904.

66. Hamilton R. L., Crosser O.K. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals.

- 1962. - P. 187.

67. Kleinstreuer C, Feng Y. Experimental and theoretical studies of nanofluid thermal conductivity enhancement: a review // Nanoscale Research Letters. - 2011. - № 6. - P. 229.

68. Wang B. X., Zhou L. P., Peng X. F. A fractal model for predicting the effective thermal conductivity of liquid with suspension of nanoparticles // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2003. - № 46. - Pp. 2665-2672.

69. Yu W., S.U.S. Choi. The Role of Interfacial Layers in the Enhanced Thermal Conductivity of Nanofluids: A Renovated Maxwell Model // Journal of Nanoparticle Research. - 2003. - № 5. - Pp. 167-171.

70. Jang S. P., S.U.S. Choi. Role of Brownian motion in the enhanced thermal conductivity of nanofluids // Applied Physics Letters. - 2004. - Vol. 84. - Pp. 4316.

71. Keblinski P., Phillpot S. R., S.U.S. Choi, Eastman J. A. Mechanisms of Heat Flow in Suspensions of Nano-Sized Particles (Nanofluids) // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2002. - № 45. - p. 855.

72. Kumar G. H., Patel H. E., Kumar V. R. R., Sundararajan T., Pradeep T., Das S. K. Model for heat conduction in nanofluids // Physical Review Letters. - 2004. - № 93.

- P. 144301.

73. Prasher R., Bhattacharya R. P., Phelan P. E. Thermal conductivity of nanoscale colloidal solutions (nanofluids) // Physical Review Letters. - 2005. - № 94. - P. 025901.

74. Жаров А. В. Сравнительный анализ параметров противоточного теплообменника, полученных по методике компьютерной гидрогазодинамики и практической методике проектирования теплообменных аппаратов / А. В. Жаров, А. А. Павлов, В. В. Власов, В. С. Фавстов, Р. В. Горшков // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 11. - Ч. 3. - С. 423-429.

75. Gao L., Zhou X F. Physics Letters A. - 2006. - № 348. - P. 355.

76. Предпусковая теплоэнергетическая установка: пат. 2554687 Российская Федерация : МПК F02N19/04, F01M5/02, F02G5/02 / Жаров А. В., Павлов А. А., Лебедев А. Е., Фавстов В. С., Горшков Р. В. ; заявитель и патентообладатель ФГБОУВО ЯГТУ. - № 2013146673/06; заявл. 18.10.13 ; - опубл. 27.04.15, Бюл. № 12. - 5 с.

77. Dilip Kumar K., Uma Maheswar Gowd B. Convective heat transfer characteristics of graphene dispersed nanofluids // International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research. - 2012. - Vol. 1. - № 2. - 11 p.

78. Жаров А. В. Экспериментальное изучение характеристик дизельной когенерационной установки транспортного средства / А. В. Жаров, А. А. Павлов, В. С. Фавстов, Р. В. Горшков // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 9. -Ч. 5. - С. 971-977.

79. Nan C.W., Birringer R., Clarke, David & Gleiter, H. The effective thermal conductivity or particular composites with interfacial thermal resistance // Journal of Applied Physics. - 1997. - № 81. - Pp. 6692-6699.

80. Дымент О. Н. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена / О. Н. Дымент, К. С. Казанский, А. М. Мирошников. - М: Химия, 1976. - 373 с.

81. Cabaleiro, D & Colla, Laura & Barison, S & Lugo, Luis & Fedele, Laura & Bobbo, Sergio. Heat transfer capability of (ethylene glycol + water)-based nanofluids containing graphene nanoplatelets: Design and thermophysical profile // Nanoscale Research Letters. - 2017. - № 12. - 11 p.

82. Соловьев М. Е. Моделирование и синтез оксида графена из терморасширенного графита / М. Е. Соловьев, А. Б. Раухваргер, Н. Г. Савинский, В. И. Иржак // Журнал общей химии. - 2017. - Т. 87. - № 4. - С. 677-683.

83. Savinski N. The role of the scavenger in electrochemical exfoliation of graphite / N. Savinski, D. Puhov, M. Lebedev, L. Mazaletski, S. Vasilev etc. // Сборник тезисов III Международной конференции «Актуальные проблемы физики поверхности и наноструктур». - 2019. - С. 58.

84. Savinski N. Electrochemical exfoliation for the scalable production of high-quality graphene / N. Savinski, D. Puhov, M. Lebedev, S. Vasilev etc. // Материалы международной конференции «Микро- и наноэлектроника». - 2016. - С. 1-44.

85. Жаров А. В. Теплоноситель с наночастицами мультиграфена для интенсификации процессов теплообмена в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания / А. В. Жаров, Р. В. Горшков, Н. Г. Савинский // Труды НАМИ. - 2018. - № 4 (275). - С. 48-56.

86. Bourlinos A. B., Georgakilas V, Zboril R. Aqueous-phase exfoliation of graphite in the presence of polyvinylpyrrolidone for the production of water-soluble graphenes // Solid State Communications. - 2009. - № 149. - Pp. 2172-2176.

87. Jellinelc H. G., Folc S. Y. Freezing of aqueous polyvinylpyrrolidone solutions // Colloide and polymer Science. - 1967. - Vol. 220. - № 2. - Pp. 122-133.

88. Al-sammarraie, Abdulkareem & Hasan Raheema, Mazin. Reduced graphene oxide coating for corrosion protection enhancement of carbon steel in sea water. Iraqi Journal of Science. - 2016. - Part B. - Pp. 243-250.

89. Ankit Yadav, Rajeev Kumar, Harish Kumar Choudhary, Balaram Sahoo. Graphene-oxide coating for corrosion protection of iron particles in saline water // Carbon. - 2018. - № 140. - Pp. 477-487.

90. Лабудова Г. Устройства для измерения термофизических свойств, использующие проволочный и плоский нагреватели / Г. Лабудова, В. Возарова // Вестник ТГТУ. - 2002. - Том 8. - №1. - С. 85-96.

91. Жаров А. В. Охлаждающие наножидкости на основе оксида графена для тепловых двигателей / А. В. Жаров, Р. В. Горшков, Н. Г. Савинский, А. А. Павлов // Труды НАМИ. - 2018. - № 1 (272). - С. 21-27.

92. Savinski N. Heat transfer enhancement by graphene nanofluids / N. Savinski, D. Puhov, M. Lebedev, S. Vasilev, R. Gorshkov, A. Zharov, L. Mazaletski // Сборник тезисов IV Международной конференции «Актуальные проблемы физики поверхности и наноструктур». - 2019. - С. 30.

93. Mohamed Salem. Experimental investigation of convective heat transfer of graphene oxide nanofluid / Mohamed Salem, Tarek A. Meakhail, Magdy A. Bassily,

Shuichi Torii // 4th World Conference on Applied Sciences, Engineering & Technology. - 2015. - 6 p.

94. Einstein A. A new determination of molecular dimensions // Annals of Physics. -1906. - № 9. - Pp. 289-306.

95. Brinkman H. C. The viscosity of concentrated suspensions and solution // Journal of Chemical Physics. - 1952. - № 20. - P. 571.

96. Batchelor G. K. The effect of Brownian motion on the bulk stress in a suspension of spherical particles // Journal of Fluid Mechanics. - 1977. - № 83. - Pp. 97-117.

97. Graham A. On the viscosity of suspensions of solid spheres // Applied Scientific Research. - 1981. - № 37. - Pp. 275-286.

98. Chen H., Ding Y., He H., Tan C. Rheological behavior of ethylene glycol based titania nanofluids // Chemical Physics Letters. - 2007. - № 444. - Pp. 333-337.

99. Masoumi N. S. N., Behzadmeh A. A new model for calculating the effective viscosity of nanofluids // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2009. - № 42. - 6 p.

100. Yang L., Du K., Ding Y. H., Cheng B., Li Y. J. Viscosity prediction models of ammonia water nanofluids based on various dispersion types // Powder Technology. - 2012. - Pp. 210-218.

101. Рудяк В. Я. Об эффективной вязкости наносуспензий / В. Я. Рудяк, А. А. Белкин, В. В. Егоров // Журнал технической физики. - 2009. - № 8. - С. 1825.

102. Горшков Р. В. Влияние концентрации наночастиц мультиграфена в теплоносителе систем охлаждения судовых и транспортных энергетических установок на его вязкость / Р. В. Горшков, А. В. Жаров, В. В. Скосарь // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 1. - С. 121-129. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-111-121-129.

103. Syam Sundar L., Sharma K. V., Naik M. T., Manoj K. Singh. Empirical and theoretical correlations on viscosity of nanofluids: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2013. - № 25. - Pp. 670-686.

104. Kole, Madhusree & Dey, Tapas. Investigation of thermal conductivity, viscosity, and electrical conductivity of graphene based nanofluids // Journal of Applied Physics. - 2013. - № 113. - 10 p.

105. Ahmad Amiri, Hamed Khajeh Arzani, S.N. Kazi, B.T. Chew, A. Badarudin. Backward-facing step heat transfer of the turbulent regime for functionalized graphene nanoplatelets based water-ethylene glycol nanofluids // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2016. - № 97. - Pp. 538-546.

106. Hohne G.W.H., Hemminger W.F., Flammersheim H.F. Differential scanning calorimetry // Berlin, Heidelberg: Springer. - 2003. - 298 p.

107. Drebushchak V. A. // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - vol. 79. - 2005. - Pp. 213-218.

108. Pop E., Varshney V., Roy A. Thermal properties of graphene: Fundamentals and applications // MRS Bulletin. - 2012. - № 37. - Pp. 1273-1281.

109. Pak B. C., Cho Y. I. Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles // Experimental Heat Transfer. - 1998. -№ 11. - Pp. 151-170.

110. Ahmad Amiri, Rad Sadri, Mehdi Shanbedi, Goodarz Ahmadi, S. N. Kazi, B. T. Chew, Mohd Nashrul Mohd Zubir. Synthesis of ethylene glycol-treated graphene nanoplatelets with one-pot, microwave-assisted functionalization for use as a high performance engine coolant // Energy Conversion and Management. - 2015. - № 101. -Pp. 767-777.

111. Горшков Р. В. Влияние концентрации наночастиц мультиграфена в теплоносителе на теплоотдачу в системах охлаждения тепловых двигателей / Р. В. Горшков, А. В. Жаров, Н. Г. Савинский // Сборник трудов Международной научно-технической конференции «8-е Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса». - 2019. - С. 477-487.

112. Жаров А. В. Оценка охлаждающих свойств теплоносителей систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания / А. В. Жаров, Р. В. Горшков // Материалы IX межвузовской научно-практической конференции аспирантов,

студентов и курсантов: «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России». - 2018. - С. 330-332.

113. Бобович Б. Б. Химики автолюбителям / Б. Б. Бобович, Г. В. Бровак, Б. М. Бунаков. - 3 изд. - СПб.: Химия, 1992. - 320 с.

114. Юренев В. Н. Теплотехнический справочник // В. Н. Юренев, П. Д. Лебедев. - Том 2. - М: Энергия, 1976. - 897 с.

115. Hossein Akhavan-Zanjani & Majid Saffar-Avval & Mohsen Mansourkiaei & Mohammad Ahadi & Farhad Sharif. Turbulent convective heat transfer and pressure drop of graphene-water nanofluid flowing inside a horizontal circular tube // Journal of Dispersion Science and Technology. - 2014. - № 35. - Pp. 1230-1240.

116. Emad Sadeghinezhad, Hussein Togun, Mohammad Mehrali etc. An experimental and numerical investigation of heat transfer enhancement for graphene nanoplatelets nanofluids in turbulent flow conditions // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2015. - № 81. - Pp. 41-51.

117. Khajeh Arzani, Hamed & Amiri, Ahmad & Arzani, Hamid Khajeh & Rozali, Shaifulazuar Bin & Kazi, S. N. & Badarudin, A. Toward improved heat transfer performance of annular heat exchangers with water/ethylene glycol-based nanofluids containing graphene nanoplatelets // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 2016. - № 126. - Pp. 1427-1436.

118. Selvam C., Balaji T., Mohan Lal D., Sivasankaran Harish. Convective heat transfer coefficient and pressure drop of water-ethylene glycol mixture with graphene nanoplatelets // Experimental Thermal and Fluid Science. - 2017. - № 80. - Pp. 67-76.

119. Жаров А. В. Особенности теплоотдачи в системе охлаждения двигателя с теплоносителем, содержащим наночастицы мультиграфена / А. В. Жаров, Р. В. Горшков, Н. Г. Савинский // Труды НАМИ. - 2019. - № 3 (278). - С. 62-70.

120. Жаров А. В. Теплоотдача в системах охлаждения судовых двигателей при циркуляции теплоносителя, содержащего высокотеплопроводные наночастицы мультиграфена / А. В. Жаров, Р. В. Горшков, Н. Г. Савинский //

Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 4. - С. 745-754. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11- 4-745-754.

121. Sadeghinezhad, Emad & Mehrali, Mohammad & Tahan Latibari, Sara & Mehrali, Mehdi & Kazi, S.N. & Oon, Sean & Metselaar, Hendrik. Experimental investigation of convective heat transfer using graphene nanoplatelet based nanofluids under turbulent flow conditions // Industrial & Engineering Chemistry Research. -2014. - № 53. - Pp. 12455-12465.

122. Mohammad Mehrali, Emad Sadeghinezhad, Marc A. Rosen, Amir Reza Akhiani, Sara Tahan Latibari, Mehdi Mehrali, Hendrik Simon Cornelis Metselaar. Heat transfer and entropy generation for laminar forced convection flow of graphene nanoplatelets nanofluids in a horizontal tube // International Communications in Heat and Mass Transfer. - 2015. - № 66. - Pp. 23-31.

123. Плис А. И. Лабораторный практикум по высшей математике. Учеб. Пособие для вузов / А. И. Плис, Н. А. Сливин. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2000. - 416 с.

124. Зайдель А. Н. Погрешность измерения физических величин / А. Н. Зайдель. - Л.: Наука, 1985. - 112 с.

125. Горшков Р. В. Интенсификация теплоотдачи в системах охлаждения судовых двигателей при теплоносителе с наночастицами мультиграфена / Р. В. Горшков, А. В. Жаров // Материалы X межвузовской научно-практической конференции аспирантов, студентов и курсантов: «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России». - 2019. - С. 303-310.

126. Горшков Р. В. Интенсификация процесса теплоотдачи в системе охлаждения гильзы цилиндра двигателя за счет повышения коэффициента теплопроводности теплоносителя, модифицированного наночастицами мультиграфена / Р. В. Горшков // Сборник научных трудов международной научно-технической конференции «Двигатель-2018», посвященной 150-летию основания факультета «Энергомашиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2018. - С. 78-88.

127. Романычев Д. А. Оценка температур стенок деталей тепловых двигателей при применении разных охлаждающих жидкостей / Д. А. Романычев, Р. В. Горшков // Сборник материалов 71 Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием. - 2018. - С. 905-908.

128. Стефановский Б. С. Теплонапряженность деталей быстроходных поршневых двигателей / Б. С. Стефановский. - М.: Энергомашиностроение, 1978.

- 128 с.

129. Фавстов В. С. Влияние точности измерений температуры стенки на определение коэффициента теплоотдачи текучих сред / В. С. Фавстов, А. А. Павлов, А. В. Жаров, Р. В. Горшков // Сборник научных статей IV Всероссийской научно-практической конференции «История и перспективы развития транспорта на севере России». - 2015. - С. 113-116.

130. Горшков Р. В. Снижение температуры гильзы цилиндра за счёт применения теплоносителя с высокотеплопроводными наночастицами мультиграфена / Р. В. Горшков // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2019. - № 3.

- С. 56-62. 001: 10.24143/2073-1574-2019-3-56-62.

131. Жуков В. А. Повышение тепло-гидравлической эффективности теплообменных аппаратов двигателей внутреннего сгорания / В. А. Жуков, Е. Н. Николенко // Двигатели внутреннего сгорания. - 2010. - № 1. - С. 102-105.

132. Горшков Р. В. Сопоставление экспериментальных данных для средней температуры стенки с аналогичными результатами, полученными моделированием методом компьютерной гидрогазодинамики / Р. В. Горшков, А. А. Павлов, А. В. Жаров // Сборник материалов 69 Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием. - 2016. - С. 1213-1217.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Методика расчёта погрешностей

Известно: а = а' + £а; Ь = Ь' + £ь ,

где a и Ь - точные значения измеряемых величин;

a/ и Ь - известные значения измеряемых величин, определённые по показаниям

прибора, по результатом расчета и пр.;

еа - отклонение (погрешность) величины а;

еь - отклонение (погрешность) величины Ь.

Оценка погрешности математической операции "сложение":

(а' + Ь') - (£а + £Ь) <(а + Ь)< (а' + Ь') + (га + £ь). Оценка погрешности математической операции "вычитание":

(а' - Ь') - (еа + £Ь) < (а — Ь) < (а' - Ь') + (еа + еь). Оценка погрешности математической операции "умножение":

(а' ■ Ь') - £ < (а ■ Ь) < (а' ■ Ь') + £. г = (а' + £а) ■ £ь + Ь' ■ £а. Оценка погрешности математической операции "деление":

Известно:

Среднее арифметическое значение к •

к =

1

п

где п - количество значений величины к.

— ^— ' ^гр,п >

где 8п - средняя квадратичная погрешность, вычисляемая по формуле:

5 =

N

У

П — 1

^ - коэффициент Стьюдента, зависящий от доверительной вероятности у и п. Относительная погрешность среднего арифметического вычисляется по формуле:

5Г

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Акты внедрения результатов исследований

АКТ

о внедрении результатов диссертационного исследования инженера кафедры

«Двигатели внутреннего сгорания» Ярославского государственного технического университета Романа Владимировича Горшкова «Обеспечение

допустимого температурного уровня форсированных судовых дизелей интенсификацией теплоотдачи в системах охлаждения за счет модификации

Настоящим документом подтверждается факт использования результатов экспериментального исследования по интенсификации теплоотдачи в теплообменных аппаратах за счет модификации теплоносителей высокотеплопроводными наночастицами мультиграфена при разработке теплообменников утилизации тепла отработавших газов и тепла системы охлаждения для автоматических когенерационных установок на базе поршневых газовых двигателей.

теплоносителей наночастицами»

Технический директор ООО «Газовые манн кандидат технических наук

«УТВЕРЖДАЮ» И. о. ректора Ярославского государственного технического университета

«25"» амлч^кЛ-

П. О. Степанова ил/кА- 2019 г.

АКТ

о внедрении в учебном процессе результатов диссертационной работы Горшкова Романа Владимировича на тему: «Обеспечение допустимого температурного уровня форсированных судовых дизелей интенсификацией теплоотдачи в системах охлаждения за счет модификации теплоносителей наночастииамн», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Настоящим подтверждается, что результаты кандидатской диссертационной работы Романа Владимировича Горшкова внедрены в курсы дисциплин по направлению подготовки бакалавров 13.03.03 и магистров 13.04.03 - «Энергетическое машиностроение»:

- системы двигателей;

- энергетические машины и установки;

- конструирование двигателей внутреннего сгорания;

- теплообменные аппараты ДВС;

- научно-исследовательская работа.

Материалы диссертационной работы используются при подготовке выпускных квалификационных работ бакалавров и магистров.

Декан автомеханического факультеп канд. техн. наук, доцент

А. А. Ивнев

Заведующий кафедрой ДВС канд.техн. наук, доцент