Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые двигатели

Диссертационная работа:

Гиринович Михаил Петрович. Исследование процессов образования оксидов азота при сгорании топлив в перспективных дизелях : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.02 Москва, 2006 123 с. РГБ ОД, 61:06-5/3281

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 4

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и постановка задач исследований 11

  1. Токсичные компоненты отработавших газов дизелей 11

  2. Нормирование выбросов вредных веществ дизелей 15

  3. Методы снижения токсичности дизелей 21

  4. Механизмы образования оксидов азота 25

  5. Методы расчета образования NO в дизелях 29

  6. Цель и задачи исследования 35

ГЛАВА 2. Разработка математической модели расчета образования

NO в дизеле 37

2.1 Исследование механизмов образования NO 37

  1. Методика проведения численных экспериментов 37

  2. Результаты расчетов 44

2.2 Построение детального кинетического механизма, описывающего
образование «быстрых» NO при сгорании сложных
углеводородных топлив 54

2.2.1 Детальный кинетический механизм образования NO

при сгорании дизельного топлива 55

2.2.2 Детальный кинетический механизм образования NO

при сгорании диметилового эфира 58

2.3 Математическая модель процесса сгорания

и образования NO в дизеле 61

2.4 Проверка адекватности математической модели и

анализ полученных результатов 66

2.5 Выводы по второй главе 73

ГЛАВА 3. Экспериментальное оборудование, методика обработки
экспериментальных данных и анализ погрешностей измерений 75

  1. Испытательный стенд и его метрологическое обеспечение 76

  2. Методика обработки экспериментальных данных 79

  3. Анализ факторов эксперимента, влияющих на точность расчетов N0 по двухзонной математической модели 80

3.4 Выводы по третьей главе : 87

ГЛАВА 4. Оценка роли «быстрых» N0 в образовании оксидов азота

для перспективных рабочих процессов дизелей 88

4.1 Образование N0 при использовании альтернативных топлив....:. 88

  1. Сопоставление показателей сгорания дизельного топлива, диметилового эфира и метана, влияющих на образование NO 90

  2. Параметры рабочего процесса и образование NO при использовании дизельного топлива, диметилового эфира и метана 94

4.2 Образование NO при сгорании обедненной гомогенной
топливовоздушной смеси 101

4.3 Выводы по четвертой главе 105

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ 107

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 109

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СОКРАЩЕНИЯ:

ВВ — вредные вещества;

ВМТ — верхняя мертвая точка;

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

ДКМ — детальный кинетический механизм;

ДМЭ - диметиловый эфир;

ДТ - дизельное топливо;

ДЧ - дисперсные частицы;

КС — камера сгорания;

ОГ - отработавшие газы;

пкв - поворот коленчатого вала;

ТНВД - топливный насос высокого давления;

ELR - испытательный цикл для оценки дымности отработавших газов;

ESC - испытательный цикл со стационарными режимами; .

ETC - испытательный цикл с переменными режимами;

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:

Aj - показатель относительной агрессивности і-го вещества, усл.т/т; Cv - мольная изохорная теплоемкость газа, кДж/кмольК;

еш ~ удельный выброс оксида азота, г/кВтч;

ge - удельный эффективный расход топлива, г/кВтч;

МПс - количество продуктов сгорания, кмоль;

АМпс — количество продуктов сгорания, образовавшихся на участке

расчета, кмоль;
п - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин"1;

Ne - эффективная мощность, кВт. С)дис - потери тепла вследствие диссоциации и неполного сгорания,

кДж;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кг-К);

Гпс — объемная доля «чистых» продуктов сгорания в заряде

цилиндра; Тпс — температура в зоне продуктов сгорания, К; Vc - объем камеры сжатия, м , х(ф) - закон сгорания; а - коэффициент избытка воздуха; аг — локальный коэффициент избытка воздуха в зоне горения и

продуктов сгорания;
є - степень сжатия двигателя;

г|е - эффективный КПД двигателя; фнг - угол поворота кривошипа, соответствующий началу сгорания,

пкв; ф2 — продолжительность сгорания, пкв.

Остальные обозначения, кроме общепринятых в научно-технической литературе, оговорены в тексте диссертации.

Введение к работе:

Автомобильный транспорт "вносит существенный вклад в загрязнение воздушного бассейна. Значительная доля выбросов вредных веществ приходится на транспорт, оборудованный дизелями. Благодаря своим высоким технико-экономическим показателям дизель еще долго будет оставаться основным силовым агрегатом для коммерческого автотранспорта, а доля легковых автомобилей с дизелями будет увеличиваться. Поэтому работы по улучшению экологических характеристик дизелей являются актуальными.

В Российской Федерации нормы выбросов вредных веществ и сроки их введения для автомобильной техники устанавливаются Специальным техническим регламентом «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ». В соответствии с данным документом определяются максимально допустимые выбросы следующих составляющих отработавших газов: оксидов углерода (СО), углеводородов (CmHn), оксидов азота (NOx) и дисперсных частиц (ДЧ). Наибольшей токсичностью обладают NOx и частицы. Основными направлениями по их снижению являются: уменьшение образования в камере сгорания и нейтрализация отработавших газов.

Большое разнообразие источников и механизмов образования частиц не позволяет предотвратить их формирование в цилиндре дизеля. Поэтому жесткие требования перспективных экологических норм (Евро-4, 5) не могут быть достигнуты без использования систем снижения дисперсных частиц в отработавших газах дизелей. Способы одновременного сокращения выбросов NOx и ДЧ вне цилиндра дизеля весьма дороги и громоздки, поэтому необходимо искать пути по снижению образования оксидов азота в камере сгорания.

Для уменьшения образования NOx в цилиндре двигателя проводят мероприятия, направленные на снижение максимальной температуры продуктов сгорания, так как основная их масса формируется по «термическому» механизму Зельдовича. Однако последовательное снижение выбросов NOx, на-

блюдаемое в последние годы, может привести к повышению вклада «быстро-- -го» и «N2O» механизмов, поскольку воздействие температуры на лих не столь значимо. Поэтому для разработки эффективных мер по дальнейшему уменьшению образования NOx в камере сгорания перспективного дизеля необходимо оценить значимость этих механизмов.

Это определяет актуальность исследований, выполненных в данной работе.

Цель работы. Целью настоящей работы является исследование механизмов образования оксидов азота в камере сгорания дизеля.

Для достижения поставленной цели необходимо:

провести анализ механизмов образования оксидов азота в условиях, характерных для камеры сгорания дизеля;

разработать математическую модель и программное обеспечение для расчета образования оксидов азота в цилиндре дизеля с учетом всех рассмотренных механизмов;

провести экспериментальные исследования и выполнить проверку адекватности модели расчета образования NO в дизеле;

провести расчетные исследования возможных направлений уменьшения образования NO в перспективных дизелях, где роль «быстрого» и «N20» механизмов может быть значительной.

Методы исследования. Методология моделирования процесса образования оксидов азота при сгорании топлива в цилиндре дизеля представляет собой сочетание расчетно-теоретических и экспериментальных работ. Для проведения расчетно-теоретических исследований была разработана математическая модель образования оксидов азота в цилиндре дизеля, базирующаяся на уравнениях термодинамики и основных положениях химической кинетики. Для проверки адекватности разработанной модели проводились экспериментальные исследования дизеля, установленного на стенде.

Научную новизну составляют;

Результаты анализа механизмов образования оксидов азота в условиях, характерных для камеры сгорания дизеля;

Количественная оценка образования N0 по «быстрому» механизму в камере сгорания дизеля;

Методика составления детального кинетического механизма горения сложного углеводорода для описания кинетики образования «быстрых» N0, которая может быть использована для моделирования образования N0 при сгорании как традиционного, так и альтернативного топлива;

Математическая модель для расчета образования оксидов азота в дизеле с учетом «термического» и «быстрого» механизмов, позволяющая исследовать перспективные рабочие процессы, например, при высоком уровне рециркуляции отработавших газов, при гомогенном смесеобразовании и сгорании в дизелях, а также при использовании альтернативных топлив;

Результаты анализа факторов эксперимента, влияющих на точность расчетов N0 при оценке адекватности двухзонной математической модели;

Расчетные исследования направлений уменьшения образования NO в перспективных дизелях.

Практическая ценность. Разработанная математическая модель расчета образования оксидов азота в цилиндре дизеля с учетом «термического» и «быстрого» механизмов позволяет глубже понять кинетику формирования NO и оценить роль «быстрого» механизма в условиях дизеля. Особое значение использование разработанной модели имеет при проведении поисковых исследований, направленных на снижение образования оксидов азота в перспективных дизелях, где сгорание топлива происходит при низких температурах, например, в дизелях с организацией гомогенного смесеобразования и сгорания или в дизелях, работающих на альтернативных топливах.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на:

Научно-технической конференции «2-е Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса», МАДИ (ГТУ), 2005 г., Москва;

XLIX Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», МАМИ, 2005 г., Москва;

Международном симпозиуме «Образование через науку», МГТУ им. Баумана, 2005 г., Москва;

L Международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиль и окружающая среда», НИЦИАМТ, 2005 г., Дмитров;

3-ем Международном автомобильном научном форуме (МАНФ), НАМИ, 2005 г., Москва.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 5 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов и рекомендаций; содержит 123 страницы машинописного текста, 11 таблиц, 47 рисунков и списка используемой литературы из 159 наименований.

Автор выражает свою глубокую признательность сотрудникам ГНЦ РФ ФГУП "НАМИ" за оказанную помощь в работе. И в особенности научному руководителю - доктору технических наук, профессору Василию Алексеевичу Звонову, за постоянное внимание и поддержку при выполнении диссертационной работы.

Подобные работы
Кавтарадзе Зураб Ревазович
Снижение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания быстроходного дизеля путем усовершенствования рабочего процесса
Кульчицкий Алексей Рэмович
Исследование процессов образования и разработка методов снижения выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей внедорожных машин
Лазунов Дмитрий Леонидович
Закономерности образования оксидов азота в камере сгорания ГТД с двухстадийной организацией горения
Демидов Максим Игоревич
Образование оксидов углерода и азота при горении и догорании в двигателе внутреннего сгорания
Шиманский Роман Антонович
Исследование воздействия защитных покрытий поверхности камеры сгорания и внутреннего охлаждения на параметры дизеля
Чувашев Александр Николаевич
Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи
Чистяков Александр Юрьевич
Исследование межцикловой нестабильности процессов топливоподачи дизелей при работе на режимах малых подач и частот вращения
Красножон Петр Антонович
Исследование влияния физико-химических процессов на кавитационные разрушения в полостях охлаждения дизелей
Альхассанат Раед
Расчетно-экспериментальное исследование влияния металлосодержащих антидымных присадок в топливо на рабочий процесс и выбросы твердых частиц с отработавшими газами дизеля
Карасев Вячеслав Александрович
Исследование процесса сгорания и образования токсичных веществ в двигателе с двухстадийным сгоранием

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net