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:

Емельянов Владимир Васильевич. Совершенствование показателей работы дизеля на основе термохимической регенерации теплоты отработавших газов : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.02 : Москва, 2004 120 c. РГБ ОД, 61:04-5/2948

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Перечень условных обозначений 4

ВВЕДЕНИЕ 6

Главаї. ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДОВ В СОСТАВЕ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ КАК СПОСОБ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ.

1.1, Об эффекте термохимической регенерации тепловой энергии
отработавших газов энергетической установки, работающей совместно
с системой предварительной конверсии топлива 12

1.2.Организация процесса предварительного термохимического
преобразования топлива в составе системы питания двигателя 19

1.3.Состав продуктов конверсии углеводородов с низкой темпе
ратурой диссоциации и характер их воздействия на внутрицилиндровые
процессы дизеля 31

1.4. Выводы по главе. Задачи исследования 35

Глава2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ.

2.1.Утилизация теплоты отработавших газов двигателя на основе
предварительного термохимического преобразования (конверсии)
топлива - метод термохимической регенерации 40

2.2.Термодинамический цикл дизеля с регенерацией теплоты
отработавших газов и анализ его эффективности 45

2,3, Согласование уровней располагаемой энергии отработавших газов и энергетических затрат на реализацию термохимического

преобразования исходного топлива в конвертированное с учетом рабочего диапазона изменения режимных параметров двигателя .... 57

  1. Анализ влияния продуктов конверсии метанола на эколого-экономические показатели дизеля 63

  2. Выводы по главе 72

ГлаваЗ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И ОБОРУДОВАНИЕ. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ.

3.1 .Задачи экспериментальных исследований 75

3.2,Эксперименталъная установка и оборудование 75

З.З.Методика проведения исследований 77

3.4.0ценка погрешностей измерений 89

Глава 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Анализ результатов исследования влияния режимных
параметров дизеля с опытной системой конверсии метанола на
эффективность термохимической регенерации теплоты ОГ 94

4.2.Анализ топливо-экономических показателей дизеля с
термохимической регенерацией теплоты ОГ 100

4.3.Анализ экологических показателей дизеля с системой питания
с термохимическим реактором конверсии метанола 103

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 108

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И0

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Ре- среднее эффективное давление, МПа;

Ра- давление воздуха на впуске в двигатель, МПа;

Pz- максимальное давление цикла, МПа;

Т - текущая температура, К;

Тэкв- эквивалентная температура среды, К;

п- частота вращения коленчатого вала, мин "1;

Ne- эффективная мощность, кВт;

Me- эффективный крутящий момент, Нм;

Gt- часовой расход топлива, кг/ч;

ge- удельный эффективный расход топлива, г/(кВт ч);

GB- часовой расход воздуха, кг/ч;

а- коэффициент избытка воздуха;

Г|у- коэффициент наполнения;

9- угол опережения подачи топлива, градлт.к.в;

R-универсальная газовая постоянная, 8314,3 Дж/(кмоль.

L-работа, Дж;

Ре- среднее эффективное давление в цилиндре, МПа;

qc- удельный эффективный расход теплоты, кДж/(кВт ч)

р- плотность, кг/м3;

г>- удельный объем, м3/кг;

V- объем, м3;

S-ход поршня, м;

D- диаметр цилиндра, м;

Cv- изохорная теплоемкость, Дж/(кг К);

Ср- изобарная теплоемкость, ДжУ(кгК);

фк - степень термохимической конверсии;

ат- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м К); w - степень регенерации;

Ни-низшая теплота сгорания, к Дж/кг, кДж/м3; І, і - энтальпия, удельная энтальпия, Дж, Дж/кг; S - энтропия, Дж/К;

Индексы:

Вып - выпуск

Вп - впуск

Вх - вход

Вых - выход

Мах - максимальная величина

Min - минимальная величина

Ср - средняя величина

о - значение параметров при условиях окружающей среды

Сокращения

ДВС - двигатель внутреннего сгорания

КС - камера сгорания

ЦПГ- цилиндро-поршневая группа

ТНВД- топливный насос высокого давления

ЛДВ - линия высокого давления

ХАС - химически активное соединение

ТХР - термохимический реактор

ТКР - термокаталитический реактор

ПТХР - продукты термохимической реакции

ПКМ- продукты конверсии метанола

Введение к работе:

По данным внешнего теплового баланса поршневого двигателя существенная часть энергии топлива, вводимого в цилиндр, не реализуется в виде работы, а выводится из цикла, в том числе и с выпускными газами, обуславливая тем самым соответствующие необратимые потери цикла.

В дизелях доля потерь энергии топлива, уносимой из рабочего пространства с отработавшими газами (ОТ)» достигает 40%, что соответствует примерно 17000 кДж на каждый кг израсходованного топлива.

Традиционные способы регенерации теплоты, направленные на снижение тепловых потерь с ОГ, используются в крупных судовых и стационарных силовых установках, в частности на основе применения котлов -утилизаторов.

В двигателях автотракторного типа располагаемая энергия газового потока на выходе частично может быть преобразована в работу в волновых обменниках давления или в газовых турбинах. В последнее время получают также развитие исследования по разработке утилизационных контуров, работающих по циклу Ренкина, для транспортных силовых установок.

Отдельной и ещё малоисследованной проблемой является утилизация располагаемой тепловой энергии ОГ на основе метода термохимической регенерации. Сущность метода заключается в том, что при организации процесса предварительного химического преобразования (конверсии) исходного топлива часть теплоты ОГ затрачивается на реализацию эндотермического эффекта реакции конверсии в термохимическом реакторе, выполняющем в данном случае роль утилизационного устройства.

В результате эндотермического преобразования химическая энергия конвертированного топлива возрастает по отношению к энергии исходного топлива на величину, равную количеству теплоты, отобранной от выпускных газов. Регенерированная часть отходящей теплоты с конвертированным топливом вводится в двигатель для повторного участия в организации рабочего цикла.

Принципиальная возможность осуществления термохимической регенерации теплоты отработавших газов в поршневом двигателе обусловлена наличием двух необходимых условий. Первое заключается в том, что исходный вид углеводородного топлива должен обладать способностью под воздействием теплоты разлагаться с эндотермическим эффектом. Второе - тем-пературно-энергетический потенциал отработавших газов на выпуске двигателя должен быть достаточен для эффективной организации конверсионного процесса углеводородов топлива.

При организации эндотермического процесса конверсии в условиях работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) важным вопросом является выбор исходного углеводородного соединения, способного при заданном

рос^национальная]

БИБЛИОТЕКА J
2
аптрйрг //>, J

г>9 щ*у(ьЬА

среднем температурно-энергетическом уровне отработавших газов (теплоносителя) разлагаться на газообразные продукты.

Накопленный в исследовательской практике опыт показывает, что продукты конверсии традиционных нефтяных топлив, в частности, дизельного топлива, полученные в высокотемпературном реакторе на основе механизма экзотермических реакций неполного окисления углеводородов, имеют по сравнению с исходным продуктом более низкую теплоту сгорания, что исключает в принципе возможность реализации эффекта регенерации.

К числу углеводородных соединений, способных участвовать в эндотермических реакциях конверсии в условиях относительно невысоких температур ОГ, относятся спирты (метиловый, этиловый), простейшие эфиры (диметиловый, диэтиловый ) и другие соединения. Практический интерес среди перечисленных соединений представляет метанол, который в мировом двигателестроении уже сам по себе рассматривается как одно из наиболее перспективных альтернативных топлив.

Важно и то, что по комплексу эффектов воздействия на показатели работы двигателя рассматриваемый способ отличается многофункциональностью. Направленный на повышение эффективности использования химической энергии топлива за счет снижения уровня необратимых потерь в цикле, он позволяет одновременно решать задачи экологического совершенствования рабочего процесса двигателя благодаря тому, что в состав конвертированного топлива входит водород, а также ресурсосбережения топлив нефтяного происхождения.

Несмотря на очевидную простоту и возможность комплексного решения эколого-экономических проблем двигателестроения на основе применения данного способа, ряд важных теоретических и практических вопросов, связанных с его реализацией на дизелях, до настоящего времени остаются мало изученными.

Целью данной работы является: исследование условий реализации термохимической регенерации теплоты отработавших газов дизеля с целью совершенствованияегопоказателей.

Научную новизну составляют:

  1. Научно обоснованный метод утилизации энергии ОГ дизеля на основе предварительного термохимического преобразования топлива.

  2. Данные аналитического исследования зависимости эффективности термодинамического цикла дизеля от степени термохимической регенерации теплоты ОГ.

  3. Теоретически обоснованные условия согласования уровней располагаемого температурно-энергетического потенциала греющего теплоносителя (ОГ) и энергетических затрат на реализацию термохимического преобразования исходного топлива в рабочем диапазоне изменения нагрузочных режимов дизеля.

  1. Выявленный рабочий диапазон изменения нагрузки дизеля, при котором обеспечивается наибольшая эффективность регенерации.

  2. Новые данные по экологическим показателям дизеля, система питания которого оснащена термокаталитическим преобразователем топлива.

  3. Научно обоснованный модифицированный метод совокупной утилизации как теплового, так и химического компонентов энергетического потенциала ОГ дизеля с целью повышения эффективности регенеративного цикла и расширения возможности его реализации для более широкого диапазона изменения режимных параметров двигателя.

Методы исследования. При выполнении работы применялись расчет-но-аналитические и экспериментальные методы исследования. Эксперименты проводились на моторном стенде с дизелем МД-6 в лабораториях рабочих процессов кафедры комбинированных двигателей внутреннего сгорания Российского университета дружбы народов (определение параметров темпе-ратурно-энергетического потенциала ОГ на выпуске ДВС) и НПП «Агроди-зель» (определение показателей работы двигателя, работающего совместно с системой конверсии метанола).

Достоверность полученных результатов подтверждена сходимостью данных теоретических и экспериментальных исследований и обусловлена необходимой точностью использованной измерительной аппаратуры, доверительным объемом экспериментов, применением современных методов статистической обработки опытных данных.

Практическую ценность представляют:.

  1. Схемное решение системы конверсии метанола, адаптированной к условиям работы малоразмерного высокооборотного дизеля, применение которой позволяет снизить выбросы с ОГ сажи для отдельных режимов его работы на 30...45%, оксидов азота на 10...15% при повышении топливной экономичности в среднем на 6%.

  2. Опытный образец реактора конверсии спиртового топлива повышенной эффективности благодаря использованию химической (наряду с тепловой) энергии ОГ на основе каталитического дожигания в выпускной системе дизеля продуктов неполного сгорания (СЯи СО).

  3. Практические рекомендации по организации рабочего процесса дизеля, работающего совместно с термокаталитическим реактором конверсии метанола.

Реализация результатов работы. Результаты проведенного исследования используются в учебном процессе кафедры комбинированных двигателей внутреннего сгорания Российского университета дружбы народов, в том числе при подготовке бакалавров, магистров и аспирантов. Отдельные материалы работы переданы в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» и использованы при выполнении программы фундаментальных и поисковых исследований этого предприятия на 2001-2002 г.г. (этап 1.3.2 - «Разработка бортовой системы получения и хранения водорода»).

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях инженерного факультета Российского университета дружбы народов в 1999-2002 г.г., а также на Международной научно-практической конференции в г. Владимире в 2001 г.

Публикации. Результаты работы изложены в б статьях.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 120 страницах и содержит введение, четыре главы основного содержания, общие выводы и список использованной литературы из 100 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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
Кузнецов Максим Владимирович
Совершенствование показателей работы 4-х тактного дизеля автотракторного типа на режимах малых нагрузок и холостых ходов
Рыженков Анатолий Анатольевич
Улучшение экологических показателей транспортного дизеля путем совершенствования системы рециркуляции отработавших газов
Голиков Владимир Павлинович
Улучшение экологических и топливно-экономических показателей транспортного дизеля за счет применения рециркуляции отработавших газов и совершенствования рабочих процессов
Бурков Владимир Иванович
Улучшение экологических показателей двигателя с принудительным зажиганием путем совершенствования системы каталитической нейтрализации отработавших газов
Кибяков Евгений Иванович
Совершенствование экологических показателей дизелей при одновременном использовании антидымных присадок в топливо и каталитической нейтрализации отработавших газов
Хрипач Николай Анатольевич
Совершенствование экологических и топливо экономических показателей работы двигателя с принудительным зажиганием применением предварительной термохимической конверсии метанола
Сидоров Михаил Игоревич
Метод улучшения показателей работы дизеля подачей на впуск водородосодержащего газа
Вайнштейн Григорий Яковлевич
Влияние колебательных воздействий нагрузки на показатели работы тракторных дизелей и способы их улучшения

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