Исследователи Донского государственного технического университета разработали математическую модель, позволяющую оптимизировать работу климатических систем в салоне транспорта. Разработка направлена на повышение энергоэффективности и сокращение выбросов загрязняющих веществ транспорта с учетом поддержания параметров теплового комфорта и максимально допустимых концентраций углекислого газа. Также разработанная модель может имитировать поступление и распространение вредных веществ в салоне транспортного средства.
Результаты проведенных исследований могут быть использованы при разработке современных энергоэффективных и безопасных систем обеспечения комфортных климатических условий для водителей и пассажиров различных видов транспорта, включая сельхозтехнику.
Созданная математическая модель позволяет рассчитывать параметры связанных гидродинамических полей (температура, скорость, влажность, концентрация кислорода и углекислого газа в пространстве) внутри салонов транспортных средств. Предложенное учеными решение на примере исследуемой кабины локомотива позволяет снизить потребление электроэнергии для летнего режима с 3,1 кВт до 0,6 кВт, а в зимнем режиме с 11,6 кВт до 3,9 кВт и сэкономить до 1,5 л/час топлива.
– В легковых автомобилях, например, водитель может принудительно блокировать поступление внешнего притока воздуха в салон автомобиля для предотвращения попадания неприятных запахов снаружи – так работает режим полной рециркуляции. В современных транспортных средствах, особенно в электромобилях, режим рециркуляции работает в полном или частичном режиме уже автоматически (не уведомляя водителя и пассажиров) с целью уменьшения энергопотребления климатической установки и сокращения времени охлаждения или нагрева салона. Но обратный побочный эффект – повышение влажности и концентрации углекислого газа, что необходимо обязательно контролировать, – прокомментировал руководитель проекта, и. о. заведующего кафедрой «Теоретическая и прикладная механика» ДГТУ, к. ф.-м. н. Иван Панфилов.
Задача была решена учеными в нестационарной постановке для расчетного сценария лета и зимы на примере кабины магистрального локомотива с двумя машинистами с учетом их дыхания. Исследователями было определено время стабилизации полей, построены графики для различных моментов времени, проведен сравнительный анализ равномерности полей по высоте кабины при различном расположении дефлекторов, а также найдены оптимальные конфигурации. Кроме того, в результате работы исследователей получены значения энергоэффективности функционирования климатической системы в режимах рециркуляции, дана качественная оценка направлений обдува водителя при различных режимах циркуляции и рециркуляции, с точки зрения концентрации углекислого газа в дыхательных путях.
В качестве дальнейших исследований ученые планируют добавить к математической модели уравнения, отражающие фазовые переходы водяного пара, для более точного моделирования при относительной влажности 100%, а также рассмотреть выпадение и испарение конденсата в явном виде.