 |
Ученые Пермского Политеха разработали новый метод определения КПД автомобиля и выяснили, какие процессы влияют на этот показатель
КПД – показатель эффективности машины, выражаемый в процентах. Его определяют как отношение мощности к затраченной работе. Это позволяет оценить эффективность системы, но не дает понимания о том, от каких процессов зависит изменение коэффициента. Ученые ПНИПУ разработали методику определения КПД автомобиля, которая позволяет оценить сильные и слабые стороны при его эксплуатации.
Определение коэффициента полезного действия автомобилей необходимо для того, чтобы можно было оценить, насколько эффективно работает система. Чем выше значение КПД, тем лучше энергоустановка преобразует затраченную мощность в полезную работу. Однако до сих пор неизвестно, какие показатели оказывают наибольшее влияние на это значение.
Исходя из существующей формулы определения КПД, ученые ПНИПУ предположили, что полезную работу автомобиля можно вычислить, если рассчитать интеграл развиваемого энергоустановкой крутящего момента по углу поворота колес.
Затраченной работой при этом будет изменение энергии, выделившейся при расходовании топлива. Причем такой подход работает независимо от типа двигателя, поскольку в основе расчета лежит произведение расхода топлива на его энергоемкость.
Чтобы подтвердить эту гипотезу, политехники провели эксперимент на модели полноприводного гоночного болида TuringTamiya на водородных топливных элементах. Ее установили на динамический стенд для проведения испытаний, оснащенный специальными роликами – «барабанами». К стенду подключили дополнительное оборудование и датчики для регистрации нужных параметров. Сначала ученые определили КПД установки традиционным методом, а затем своим, новым. Результаты сравнили.
Когда автомобиль находится на стенде, происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса. Последние, в свою очередь, действуют на барабаны стенда посредством сухого трения, заставляя их вращаться. В обратную сторону действует такая же сила. Эти две силы трения в итоге заставляют модель двигаться вперед.
В исследовании были выделены четыре последовательные подсистемы в конструкции болида, которые сильнее всего могут влиять на итоговый КПД системы: хранение водорода, преобразование водорода и кислорода в электроэнергию постоянного тока, электродвигатель и трансмиссия автомобиля.
КПД хранения рассчитали путем отношения изменения энергии водорода, заправленного в картридж, и водорода, затраченного на проведение эксперимента, через отношение масс «до» и «после» заправки. Так получился КПД преобразования водорода в топливном элементе. Он составил 0,055 и оказался допустимым.
Далее политехники рассмотрели дальнейшее движение электроэнергии в системе болида. Для этого им было необходимо рассмотреть КПД электродвигателя. Согласно паспорту, он равен 0,8.
Механическая мощность электродвигателя затрачивается на приведение болида в движение с учетом потерь в трансмиссии (при передаче энергии от двигателя). Так КПД трансмиссии, рассчитанный по формуле, оказался равен 0,8. Экспериментальный КПД автомобиля, согласно расчетам, составил 0,52. Расхождение результатов определения КПД болида в расчетной и экспериментальной методиках составило 0,38.
– Расчетная методика оценки КПД транспортного средства основывается на параметрах, взятых из паспортных данных или рассчитанных по известным формулам. При этом она не отображает текущее техническое состояние системы, поскольку относительное расхождение расчетного и экспериментального значений КПД составило 38%. Решением этой проблемы может стать разработанный нами способ, – объясняет доктор технических наук, заведующий кафедрой автомобилей и технологических машин ПНИПУ НиколайЛобов.
– В результате работы мы подтвердили, что полезную работу автомобиля можно оценить не только по существующей формуле, но и в процессе испытаний на стенде с беговыми барабанами, умножив развиваемый энергоустановкой крутящий момент на угол поворота колеса автомобиля. Совместное применение нашей экспериментальной и расчетной методик позволит проанализировать вклад различных систем автомобиля в его итоговый КПД, – комментирует ассистент кафедры автомобилей и технологических машин ПНИПУ Ольга Иванова.
В дальнейшем ученые ПНИПУ планируют проводить исследования на промышленных автомобилях, чтобы иметь возможность проверять полученные результаты методом сравнения между разными транспортными средствами. Основная работа будет направлена на совершенствование методики.
Контактное лицо: Дарья Биянова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 04:41, 21.07.2024
Количество просмотров: 122
Страна: Россия
| Ученый ПНИПУ рассказал о приближающемся июньском звездопаде, ПНИПУ, 06:56, 29.06.2026, Россия |
36 |
| В ночь с 27 на 28 июня люди увидят Июньские Боотиды. Метеоры этого потока втрое медленнее Персеид и оставляют на небе яркие оранжево-желтые линии. Ученый ПНИПУ рассказал, почему гравитация Юпитера «сбивает» комету-прародительницу с курса, как астрономы научились прогнозировать звездопад и как увидеть максимум падающих звезд. |
|
|
|
