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:

Сидоров Михаил Игоревич. Метод улучшения показателей работы дизеля подачей на впуск водородосодержащего газа : дис. ... канд. техн. наук : 05.04.02 Москва, 2006 134 с. РГБ ОД, 61:07-5/1926

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 4

ВВЕДЕНИЕ 6

Глава 1. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ
КАК СРЕДСТВО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЕЙ 12

  1. Проблемы экологии и энергетики транспорта 12

  2. Альтернативные виды топлива для дизелей: состояние проблемы и перспективы развития 16

  3. Водород как перспективное топливо для ДВС 22

  4. Способы получения водородного газа на борту транспортного средства 26

  5. Влияние продуктов конверсии спиртового топлива на внутрицилиндровые процессы дизеля и изменение

его экологических качеств 32

1.6. Заключение по главе. Цель и задачи исследования 35

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ В СОСТАВЕ ДИЗЕЛЯ И
СИСТЕМЫ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
СПИРТОВОГО ТОПЛИВА В ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩИЙ ГАЗ 39

2.1. Предварительный анализ возможности реализации
промотированного процесса сгорания

углеводородно - воздушной смеси в дизеле 39

  1. Исследование энергетических параметров конверсионного процесса в системе выпуска дизеля 48

  2. Об эффекте регенерации энергии ОГ опытной энергетической установки 56

  3. Исследование параметров рабочего цикла дизеля и механизма окисления азота при работе на водородно-дизельной топливной композиции 65

  4. Выводы по главе 87

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА, ПРИБОРЫ И

ОБОРУДОВАНИЕ. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ 89

  1. Задачи эксперимента 89

  2. Концепция и техническое решение опытной энергетической установки, как объекта исследования 89

  3. Методика проведения исследований 96

  4. Оценка погрешностей измерений 100

Глава 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ В СОСТАВЕ ДИЗЕЛЯ
И ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТОПЛИВА 104

  1. Проверка достоверности методики расчета параметров рабочего цикла дизеля, работающего на водородно-дизельной топливной композиции 104

  2. Исследование эффективности процесса термохимического преобразования спиртового топлива в реакторе 110

  3. Анализ топливо экономических показателей дизеля

при работе на водородно-дизельном топливе 114

4.4. Анализ экологических показателей дизеля при работе

на водородно-дизельном топливе 118

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 123

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 125

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИИ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ СОКРАЩЕНИЯ: AT - альтернативное топливо; М - метанол;

ПКМ - продукты конверсии метанола; ТХР - термохимический реактор; АТС - автотранспортное средство; ВВ - вредные вещества; ДВС - двигатель внутреннего сгорания; ДТ - дизельное топливо; КС - камера сгорания; ОГ - отработавшие газы; ОС - окружающая среда; п.к.в. - поворот коленчатого вала; ТЧ - твердые частицы; ФМ - функциональная модель.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ: ge -удельный эффективный расход топлива, г/кВт-ч;

Ne - эффективная мощность, кВт;

п - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин1; Tje - эффективный КПД;

Ре - среднее эффективное давление, МПа;

N, - индикаторная мощность, кВт',

т/, - индикаторный КПД;

g, - удельный индикаторный расход топлива, г/кВт-ч;

Pt - среднее индикаторное давление, МПа;

тСртш - средняя молярная изобарная теплоемкость свежей смеси;

6а - массовая доля синтез - газа в топливной смеси;

Q, -теплота сгорания /-го продукта неполного сгорания, Дж/молъ; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кг-К)\

ти и ть - масса несгоревшеи и сгоревшей частей заряда к рассматриваемому моменту времени;

Tlw — локальная температура теплообменных поверхностей камеры сгорания: головки, поршня и цилиндра; Fkw - площадь теплообменных поверхностей; Tk - текущая температура рабочего тела;

awk - коэффициент теплоотдачи от рабочего тела к поверхностям теплообмена;

Qwb> Qwu - количество теплоты, передаваемой в стенки камеры сгорания зонами сгоревшей и несгоревшеи частей заряда;

Qxb - количество теплоты, выделившейся в сгоревшей части заряда с учетом потерь на диссоциацию.

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

Введение к работе:

Использование мобильного транспорта в жизнедеятельности человека стало неотъемлемой частью общественного развития. Однако моторизация общества выдвигает ряд серьезных социальных проблем, среди которых одно из первых мест занимают проблемы защиты окружающей среды и сохранения природных ресурсов. Транспортные средства - основные потребители энергии и одни из главных источников загрязнения атмосферы.

Поэтому главные направления совершенствования транспортных энергоустановок в настоящее время определяются двумя важнейшими социально-экономическими аспектами:

рациональное использование топлива нефтяного происхождения, в том числе, замена его альтернативными энергоносителями;

снижение вредного воздействия транспортных средств на окружающую среду.

Постоянно ужесточающиеся требования по ограничению выброса вредных веществ транспортными средствами и экономии энергоресурсов требуют от производителей разработки принципиально новых энергетических установок, работающих на новых экологически чистых видах топлив ненефтяного происхождения.

Особое место среди альтернативных топлив для двигателей внутреннего сгорания отводится водороду. Учитывая огромные ресурсы водорода в природе и возможность его получения из возобновляемых сырьевых источников, например, растительных, немаловажную роль играет то, что при использовании его в качестве топлива на транспортных средствах создаются возможности практической неисчерпаемости данного энергоносителя. Водород обладает чрезвычайно высокой массовой энергоемкостью (почти в 3 раза большей, чем у традиционных нефтяных топлив), уникальными кинетическими характеристиками сгорания.

Важным свойством водорода является также то, что в условиях реагирующей углеводородно-воздушной среды он может выступать в роли химически

реакционно-активного компонента (промотора), оказывающего эффективное воздействие на кинетические параметры внутрицилиндровых процессов, в том числе, и на кинетический механизм образования токсических компонентов продуктов сгорания.

Однако, применение водорода в качестве моторного топлива транспортного средства в настоящее время упирается в проблему энерговооруженности (запаса хода) автомобиля. Существующие системы хранения водорода неприемлемы для транспорта либо вследствие малой емкости, либо вследствие технической сложности и недостаточной безопасности в эксплуатации и аварийных ситуациях. Даже наилучший из них по энергоплотности - криогенный - уступает по этому показателю нефтяным топливам в несколько раз, не говоря уже о том, что в техническом отношении он неизмеримо сложнее систем хранения и транспортирования жидких топлив.

Одним из альтернативных решений проблемы использования данного энергоносителя на транспорте является использование безопасных жидких водородосодержащих продуктов (носителей водорода) для получения энергетического газа с высоким содержанием водорода непосредственно на борту транспортного средства путем их предварительного химического преобразования (конвертирования).

При этом перспектива использования традиционного нефтяного топлива в качестве исходного (сырьевого) продукта для организации конверсии с целью получения водородного газа весьма проблематична, так как связана с высокими энергетическими затратами и малым выходом целевого компонента (водорода) в реакциях конверсионного процесса.

Более предпочтительными являются соединения, имеющие более простую химическую структуру (например, простейшие спирты и эфиры) и, следовательно, более низкие уровни температуры диссоциации и тепловых эффектов в эндотермических реакциях разложения (затраты тепловой энергии на преодоление внутримолекулярных связей), соизмеримые с уровнем тем-пературно-энергетического потенциала теплоносителя, то есть отработавших

газов на выпуске двигателя. В этом случае обуславливается реальная возможность утилизации "бесплатной" тепловой энергии отработавших газов для организации конверсионного процесса, исключающая необходимость в дополнительном источнике теплоты.

Отдельные аспекты проблемы конверсии метанола на теоретическом и практическом уровнях изучены в химических областях науки и техники. В публикациях по двигательной тематике подобные исследования нашли свое отражение относительно недавно. Накоплен определенный исследовательский опыт по разработке для двигателей с искровым зажиганием систем синтеза водородного газа из спиртовых топлив. Применительно к дизелям эта проблема остается, по-прежнему, еще малоисследованной, о чем свидетельствует крайне малое количество публикаций по данной проблеме в отечественной литературе. Реализация термохимического преобразования топлива в системе питания дизеля по сравнению с ДВС с искровым зажиганием имеет ряд отличительных особенностей и вызывает необходимость индивидуального подхода при его осуществлении с решением ряда специфических вопросов, обусловленных условиями рабочего процесса двигателя.

Температурно-энергетическое состояние теплоносителя (ОГ) на выпуске дизеля меняется с изменением нагрузочного и скоростного режимов его работы, что обуславливает необходимость решения ряда дополнительных вопросов при разработке конверсионной системы, адаптированной к условиям работы двигателя.

Основной вклад в ущерб окружающей среде от выбросов вредных веществ дизелями оказывают оксиды азота и частицы. Наиболее сложно обеспечить уменьшение выбросов оксидов азота до перспективных норм и это приобретает особое значение при разработке новых силовых установок, работающих на альтернативных топливах, и проведении поисковых исследований перспективных рабочих процессов.

Влияние водородосодержащих продуктов конверсии спиртового топлива на внутрицилиндровые процессы дизеля и механизм окисления азота при сгорании водородно-дизельного смесевого топлива до настоящего времени во многом остаются не раскрытыми, что обуславливает необходимость в проведении дальнейших теоретических исследований характера и эффективности этого влияния.

Решение задач по социально важным проблемам, указанным выше, определяет актуальность тематики диссертации.

Настоящая работа посвящена совершенствованию экологических и топ-ливно-экономических показателей дизеля на основе применения в качестве добавки к основному топливу водородосодержащего газа, полученного в автономной (бортовой) системе с использованием метанола как исходного сырьевого продукта.

На защиту выносятся: о Методически обоснованный алгоритм функционирования транспортной энергетической установки в составе базового дизеля и автономной (бортовой) системы генерирования водородосодержащего газа, используемого в качестве реакционно-активного компонента бинарного водородно-дизельного топлива для питания ДВС. о Результаты расчетно-теоретического изучения проблемы согласования уровней располагаемого температурно-энергетического потенциала отработавших газов на выпуске дизеля (греющего теплоносителя) и энергетических затрат на организацию эндотермического процесса химического преобразования жидкого носителя водорода (метанола) в водородосодер-жащий газ с учетом изменения режимных параметров ДВС. С учетом полученных результатов сформулирован алгоритм управления целесообразным расходом конвертируемого метанола в системе питания дизеля по условию обеспечения наибольшей глубины термохимического преобразования спирта в синтез - газ с максимальным выходом водорода в зависимости от характера изменения режимных параметров дизеля.

о Предложенная на основе современных методов моделирования методика для расчета рабочего процесса базового дизеля, работающего в составе опытной энергетической установки на бинарной водородно-дизельной композиции, с определением закономерностей окисления азота при её сгорании.

о Результаты исследования характера влияния режимных параметров базового дизеля, входящего в состав опытной энергетической установки, на изменение компонентного состава синтезированного водородосодержаще-го газа и его реакционно-кинетической способности воздействия на внут-рицилиндровые процессы, определяющие эколого-экономические качества две.

о Рекомендации по повышению топливной экономичности и совершенствованию экологических качеств существующих и перспективных моделей транспортных дизелей на основе предложенного алгоритма функционирования, предполагающего использование добавок к рабочему телу водоро-досодержащего газа, синтезированного в автономной системе из жидких носителей этого газа. Изучение указанных выше положений проводилось на основе следующих методов исследований. Методология и методика моделирования внут-рицилиндровых процессов при сгорании альтернативного водородосодержа-щего топлива представляло собой совокупное сочетание расчетно-теоретических и экспериментальных работ. Для проведения расчетно-теоретических исследований были использованы математическая модель и программное обеспечение, позволяющие определить энергетические и экономические показатели дизеля, а также параметры процесса, лежащие в основе образования оксидов азота. Проверка адекватности математической модели проводилась на основе сравнения данных моделирования и результатов экспериментальных исследований дизеля, работающего на традиционном дизельном и альтернативном водородно-дизельном топливах.

Объектом исследования являлась энергетическая установка, созданная на базе совместно работающих модернизированного дизеля типа 44 10,5/12 и термохимического преобразователя спиртового топлива в водородосодержа-щий газ.

Подобные работы
Поваляев Валентин Александрович
Улучшение показателей работы тракторного дизеля совершенствованием впускных каналов
Хакимов Рамиль Тагирович
Улучшение основных показателей работы газовой модификации дизеля путем совершенствования рабочего процесса
Вайнштейн Григорий Яковлевич
Влияние колебательных воздействий нагрузки на показатели работы тракторных дизелей и способы их улучшения
Россохин Алексей Валерьевич
Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения дымности отработавших газов
Рудаков Леонид Викторович
Улучшение эффективных показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем оптимизации процессов сгорания и тепловыделения
Олейник Михаил Анатольевич
Улучшение экологических показателей дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах
Сапожников Сергей Валерьевич
Улучшение основных показателей работы двигателя с искровым зажиганием путем применения альтернативного топлива и обоснования оптимальных температурных режимов
Емельянов Владимир Васильевич
Совершенствование показателей работы дизеля на основе термохимической регенерации теплоты отработавших газов
Сафронов Александр Сергеевич
Повышение показателей работы тракторного дизеля за счет испарительного охлаждения наддувочного воздуха
Кузнецов Максим Владимирович
Совершенствование показателей работы 4-х тактного дизеля автотракторного типа на режимах малых нагрузок и холостых ходов

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