К ВОПРОСУ О ВЗАИМОСВЯЗИ ТУРБУЛЕНТНОЙ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ИОНИЗАЦИИ МЕТАНО-ВОДОРОДНОГО ПЛАМЕНИ

  • Александр Петрович Шайкин Тольяттинский государственный университет
  • Павел Валентинович Ивашин Тольяттинский государственный университет
  • Ильдар Ринатович Галиев Тольяттинский государственный университет
  • Александр Дмитриевич Дерячев Тольяттинский государственный университет
Ключевые слова: хемоионизация, турбулентная скорость пламени, углерод, хитан, поршневой двигатель

Аннотация

Обосновано применение нового альтернативного топлива – хитана (смеси метана с водородом) в транспортных и стационарных установках. Показано, что для определения оптимального состава предлагаемого топлива на разных режимах работы двигателя необходимо знать его влияние на процесс сгорания. В связи с этим в работе были исследованы характеристики турбулентного пламени предварительно перемешанной смеси метана с водородом. Результаты экспериментов, полученные в условиях поршневого двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, показали, что турбулентная скорость распространения пламени определяется поступательным движением фронта пламени, зависящим как от турбулентности топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя, так и от кинетики химических реакций горения. Выявлено увеличение тока ионизации метано-водородного пламени с ростом интенсивности его турбулентности, достигаемым увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя, и массовой доли углерода в горючей смеси за счет изменения в ней концентрации водорода и коэффициента избытка воздуха. Дана интерпретация полученных результатов на основе современных представлений теории горения. По результатам исследований разработан новый расчетно-эмпирический метод определения турбулентной скорости распространения метано-водородного пламени посредством показаний ионизационного датчика. Сравнение скоростей распространения пламени, найденных экспериментально и рассчитанных по предлагаемому методу при сжигании бедных и стехиометрических топливных смесей выявило наличие между ними 5 % расхождения, а во время сжигания богатой смеси расхождение возрастало до 10 %. Это подтверждает целесообразность использования изложенного в статье метода на стадии проектирования газопоршневого двигателя внутреннего сгорания.

Литература

Park C., Kim C., Choi Y., Won S., Moriyoshi Y. The influences of hydrogen on the performance and emission characteristics of a heavy duty natural gas engine//International journal of hydrogen energy. 2011. № 5. P. 3739-3745.
Ma F., Wang J., Wang Y., Li Y. Influence of different volume percent hydrogen/natural gas mixtures on idle performance of a CNG engine//Energy & Fuels. 2008. № 22. P. 1880-1887.
Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 352 с.
Gao Z., Wu X., Gao H., Liu B. Investigation on characteristics of ionization current in a spark-ignition engine fueled with natural gase hydrogen blends with BSS de-noising method//International journal of hydrogen energy. 2010. № 35. P. 12918-12929.
Schofield K. The enigmatic mechanism of the flame ionization detector: its overlooked implications for fossil fuel combustion modeling//Progress in energy and combustion science. 2008. № 3. P. 330-350.
Ключарёв А.Н. Процессы хемоионизации//Успехи физических наук. 1993. № 6. С. 39-73.
Шайкин А.П., Ивашин П.В., Галиев И.Р. Скорость распространения и ионизация пламени при сжигании бензина и метана с добавкой водорода//Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2013. № 2. C. 140-148.
Шайкин А.П., Ивашин П.В., Галиев И.Р. Характеристики распространения пламени у свечи зажигания и в наиболее удаленной от неё зоне в газовом ДВС//Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2012. № 4. С. 209-212.
Скорость горения метанводородных смесей при повышенных давлениях и температурах/К.Я. Трошин //Химическая физика. 2013. Т. 32. № 5. С. 76-88.
Опубликован
2015-03-30
Выпуск
Раздел
Технические науки

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>