Повышение эффективности работы жидкостного подогревателя при предпусковой подготовке двигателя внутреннего сгорания

Руслан Фанзилович Самиков; Шамиль Файзрахманович Нигматуллин; Махмут Магдутович Разяпов; Арсений Александрович Козеев; Алексей Викторович Смольянов; Дмитрий Александрович Галин

Руслан Фанзилович Самиков ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» https://orcid.org/0000-0003-3263-3825
Шамиль Файзрахманович Нигматуллин ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» https://orcid.org/0000-0001-6689-1481
Махмут Магдутович Разяпов ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» https://orcid.org/0000-0001-6848-736X
Арсений Александрович Козеев ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» https://orcid.org/0000-0002-2613-0247
Алексей Викторович Смольянов ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» https://orcid.org/0000-0001-7852-1146
Дмитрий Александрович Галин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» https://orcid.org/0000-0002-2858-2685

Ключевые слова: предпусковой подогреватель, термоэлектрический генератор, теплообменник, тепловая подготовка, гидродинамический расчет теплообменника

Аннотация

Введение. В данной статье объектом исследования является система энергоснабжения предпускового подогревателя. Цель – оценить возможность использования термоэлектрического генератора для питания жидкостного предпускового подогревателя с оптимизацией проточной части теплообменника термоэлектрического генератора.
Материалы и методы. Предложено использовать термоэлектрический генератор в качестве дополнительного источника энергии для снижения потребления электроэнергии предпусковым подогревателем. В процессе выполнения работы были смоделированы различные конструкции проточной части теплообменника термоэлектрического генератора. Был проведен термический и гидродинамический анализ в программных средах ANSYS Workbench, Solidworks Flow Simulation, по результатам которого определена наиболее эффективная конструкция проточной части теплообменника термоэлектрического генератора.
Результаты исследования. Была собрана экспериментальная установка, и выведена зависимость влияния температурных режимов работы предпускового подогревателя на выходные показатели термоэлектрического генератора.
Обсуждение и заключение. Доказана возможность снижения энергопотребления аккумуляторной батареи автотранспортного средства при тепловой подготовке двигателя внутреннего сгорания путем применения термоэлектрического генератора, адаптированного к системе энергоснабжения жидкостного предпускового подогревателя.

Биографии авторов

Руслан Фанзилович Самиков, ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет»

аспирант кафедры автомобилей и машинно-тракторных комплексов ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» (450001, Российская Федерация, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, д. 34)

Шамиль Файзрахманович Нигматуллин, ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет»

доцент кафедры автомобилей и машинно-тракторных комплексов ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» (450001, Российская Федерация, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, д. 34), кандидат технических наук

Махмут Магдутович Разяпов, ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет»

доцент кафедры автомобилей и машинно-тракторных комплексов ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» (450001, Российская Федерация, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, д. 34), кандидат технических наук

Арсений Александрович Козеев, ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет»

оцент кафедры автомобилей и машинно-тракторных комплексов ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» (450001, Российская Федерация, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, д. 34), кандидат технических наук

Алексей Викторович Смольянов, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

доцент кафедры технического сервиса машин Института механики и энергетики ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Российская Федерация, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), кандидат технических наук

Дмитрий Александрович Галин, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

доцент кафедры технического сервиса машин Института механики и энергетики ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Российская Федерация, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), кандидат технических наук

Литература

1. Неговора, А. В. Обоснование конструктивно-режимных параметров предпускового подогревателя / А. В. Неговора, Д. А. Гусев // Труды ГОСНИТИ. – 2016. – Т. 125. – С. 90–96. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27657634 (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

2. Михайловский, В. Я. Режимы работы автомобилей при пониженных температурах. Необходимость использования нагревателей и рациональность применения термогенераторов для их работы / В. Я. Михайловский, Н. В. Максимук // Термоэлектричество. – 2015. – № 3. – С. 20–30. – URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/ter_2015_3_5 (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

3. Bell, L. E. Cooling, Heating, Generating Power, and Recovering Waste Heat with Thermoelectric Systems / L. E. Bell. – DOI 10.1126/science.1158899 // Science. – 2008. – Vol. 321, Issue 5895. – Pp. 1457–1461. – URL: https://science.sciencemag.org/content/321/5895/1457 (дата обращения: 01.03.2021).

4. New Perspectives in Thermoelectric Energy Recovery System Design Optimization / T. J. Hendricks, N. K. Karri, T. P. Hogan, Ch. J. Cauchy. – DOI 10.1007/s11664-012-2406-x // Journal of Electronic Materials. – 2013. – Vol. 42. – Pp. 1725–1736. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11664-012-2406-x#citeas (дата обращения: 01.03.2021).

5. Максимук, М. В. Проектування автомобільного передпускового джерела тепла з термоелектричним генератором / М. В. Максимук. – DOI 10.20535/1970.54(2).2017.119531 // Вісник національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». Серія: приладобудування. – 2017. – № 54 (2). – С. 53–60. – URL: http://visnykpb.kpi.ua/article/view/119531 (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

6. Анатычук, Л. И. Термоэлектрический генератор для бензинового двигателя / Л. И. Анатычук, Р. В. Кузь, Ю. Ю. Розвер // Термоэлектричество. – 2012. – № 2. – С. 97–104. – URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/ter_2012_2_11 (дата обращения: 01.03.2021).

7. LeBlanc, S. Thermoelectric Generators: Linking Material Properties and Systems Engineering for Waste Heat Recovery Applications / S. LeBlanc. – DOI 10.1016/j.susmat.2014.11.002 // Sustainable Materials and Technologies. – 2014. – Vol. 1-2. – Pp. 26–35. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214993714000062?via%3Dihub (дата обращения: 01.03.2021).

8. The Influence of Inner Topology of Exhaust Heat Exchanger and Thermoelectric Module Distribution on the Performance of Automotive Thermoelectric Generator / Y. Wang, S. Li, Y. Zhang [et al.]. – DOI 10.1016/j.enconman.2016.08.009 // Energy Conversion and Management. – 2016. – Vol. 126. – Pp. 266–277. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890416306811?via%3Dihub (дата обращения: 01.03.2021).

9. Heat Transfer Enhancement of a Modularised Thermoelectric Power Generator for Passenger Vehicles / B. Li, K. Huang, Y. Yan [et al.]. – DOI 10.1016/j.apenergy.2017.08.092 // Applied Energy. – 2017. – Vol. 205. – Pp. 868–879. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261917311121?via%3Dihub (дата обращения: 01.03.2021).

10. Design of a Thermoelectric Generator for Waste Heat Recovery Application on a Drivable Heavy Duty Vehicle / A. E. Risseh, H.-P. Nee, O. Erlandsson [et al.]. – DOI 10.4271/2017-01-9178 // SAE International Journal of Commercial Vehicles. – 2017. – Vol. 10, Issue 1. – Pp. 26–44. – URL: https://saemobilus.sae.org/content/2017-01-9178/ (дата обращения: 01.03.2021).

11. Thermoelectric Generators for Automotive Waste Heat Recovery Systems Part I: Numerical Modeling and Baseline Model Analysis / S. Kumar, S. D. Heister, X. Xu [et al.]. – DOI 10.1007/s11664-013-2471-9 // Journal of Electronic Materials. – 2013. – Vol. 42. – Pp. 665−674. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11664-013-2471-9#citeas (дата обращения: 01.03.2021).

12. Efficient Use of Energy Resources of the Generator of Hot Gases in the Thermal Preparation of Motor Vehicles / S. Nigmatullin, I. Gabitov, A. Izmailov [et al.]. – DOI 10.32479/ijeep.8503 // International Journal of Energy Economics and Policy. – 2020. – Vol. 10, Issue 1. – Pp. 228–235. – URL: https://www.econjournals.com/index.php/ijeep/article/view/8503 (дата обращения: 01.03.2021).

13. Патент № 192532 Российская Федерация, МПК F02N 19/00 (2010.01). Автономная система предпусковой подготовки двигателя с термоэлектрическим генератором : № 2019111818 : заявл. 18.04.2019 : опубл. 23.09.2019 / Габитов И. И., Неговора А. В., Разяпов М. М., Самиков Р. Ф. ; патентообладатель ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет». – Текст : электронный. – URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU192532U1_20190923 (дата обращения: 01.03.2021).

14. Патент № 72304 Украина, МПК F01N 5/00, H01L 35/00. Автомобільний обігрівач з термоелектричним джерелом живлення : № u 2012 02055 : заявл. 23.02.2012 : опубл. 10.08.2012 / Анатичук Л. І., Михайловський В. Я. ; Власник Інститут термоелектрики Національної академії наук та Міністерства освіти і науки України. – 7 с. – URL: https://uapatents.com/7-72304-avtomobilnijjobigrivach-z-termoelektrichnim-dzherelom-zhivlennya.html (дата обращения: 01.03.2021).

15. Шостаковский, П. Г. Инновационная деятельность компании «Криотерм» в области разработки и производства термоэлектрических приборов и устройств / П. Г. Шостаковский // Инновации. – 2014. – № 2 (184). – С. 137–141. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22671285 (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

16. Леонтьев, А. И. Выбор оптимального метода интенсификации теплообмена для повышения эффективности термоэлектрического генератора / А. И. Леонтьев, Д. О. Онищенко, Г. А. Арутюнян // Теплофизика и аэромеханика. – 2016. – Т. 23, № 5. – С. 779–787. – URL: https://www.sibran.ru/upload/iblock/13e/13e2d1b431080b1dcc8d87186d951529.pdf (дата обращения: 01.03.2021).

17. Повышение эффективности рабочего процесса поршневого двигателя путем прямого преобразования теплоты выпускных газов в электрическую энергию / А. И. Леонтьев, Р. З. Кавтарадзе, Д. О. Онищенко [и др.]. – DOI 10.7868/S0040364416010051 // Теплофизика высоких температур. – 2016. – Т. 54, № 1. – С. 99−107. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?doi=10.7868/S0040364416010051 (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

18. Теоретические и экспериментальные исследования генератора горячих газов с термоэлектрической насадкой / А. В. Неговора, Ш. Ф. Нигматуллин, М. М. Разяпов, Р. Ф. Самиков // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2019. – № 57. – С. 123–128. – URL: https://clck.ru/UnX6h (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.

19. Разработка стенда для испытания предпусковых подогревателей силовых агрегатов сельскохозяйственной и строительной техники / Ш. Ф. Нигматуллин, М. М. Разяпов, С. С. Акимов, Р. Ф. Самиков // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. – 2020. – № 2 (54). – С. 100–105. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42982359 (дата обращения: 01.03.2021). – Рез. англ.