ЭМПИРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ДОБАВКАХ ВОДОРОДА В ТВС ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ
Ключевые слова:
процесс сгорания, скорость пламени, оксиды азота, отработавшие газы, турбулентность, ширина зоны горения, ионный ток, датчик ионизации, продолжительность сгорания, фазы сгорания, добавка водорода
Аннотация
Приводится эмпирическая модель, позволяющая прогнозировать концентрацию оксидов азота при добавке водорода в топливно-воздушную смесь в поршневых двигателях с искровым зажиганием. Использованы результаты экспериментов, проведенных на одноцилиндровой установке УИТ-85. Для получения информации о процессе горения в цилиндре экспериментальной установки использовалось явление электропроводности углеводородного пламени. На основе моментов возникновения ионного тока у электродов датчика ионизации получены значения скорости распространения фронта пламени и ширины зоны турбулентного горения в удаленной от свечи зажигания зоне камеры сгорания. Приведены графики зависимостей скорости пламени и ширины зоны горения от коэффициента избытка воздуха при различной частоте вращения коленчатого вала и доле добавляемого водорода в топливно-воздушную смесь. При использовании датчика давления, установленного в камеру сгорания экспериментальной установки, получены значения индикаторного давления по углу поворота коленчатого вала. Приведена зависимость продолжительности основной фазы сгорания от скорости распространения пламени и ширины зоны турбулентного горения. Показано, что характеристики пламени в значительной степени определяют время на протекание процесса сгорания. Проведен анализ значимых параметров, влияющих на образование оксидов азота при добавках водорода в топливно-воздушную смесь двигателей с искровым зажиганием. Разработана эмпирическая модель на основе безразмерного комплекса параметров, позволяющая прогнозировать концентрацию оксидов азота при добавках водорода в топливно-воздушную смесь, изменении частоты вращения коленчатого вала и угла опережения зажигания в двигателях с искровым зажиганием. Приведенная модель позволяет оценивать концентрацию оксидов азота при тепловом расчете проектируемого двигателя.Литература
Малов Р.В., Ерохов В.И., Щетина В.А. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М.: Транспорт, 1982. 200 с.
Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 720 с.
Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев: Наукова думка, 1984. 141 c.
Шатров Е.В., Раменский А.Ю., Кузнецов В.М. Исследование мощностных, экономических и токсических характеристик двигателя, работающего на бензоводородных смесях // Автомобильная промышленность. 1979. № 11. С. 3–5.
Бортников Л.Н., Павлов Д.А., Русаков М.М., Шайкин А.П. Состав продуктов сгорания бензоводородовоздушных смесей в сферической камере сгорания постоянного объема // Химическая физика. 2011. Т. 30. № 1. С. 56–65.
Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.: Изд-во АН СССР, 1947. 148 с.
Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1981. 160 с.
Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л.: Недра, 1988. 312 с.
Райзер Ю.П. Образование окислов азота в ударной волне при сильном взрыве в воздухе // Журнал физической химии. 1959. Т. 33. № 3. С. 700–709.
Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З. Многозонные модели рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 60 с.
Чесноков С.А., Демидов М.И. Моделирование тепломассообмена и химической кинетики образования окиси азота в ДВС с искровым // Известия Тульского Государственного университета. Автомобильный транспорт. 2003. № 7. С. 255–264.
Mustafi N.N., Miraglia Y.C., Raine R.R., Bansal P.K., Elder S.T. Spark-Ignition Engine Performance with ‘Powergas’ Fuel (Mixture of CO/H2): A Comparison with Gasoline and Natural Gas Fuel // The Science and Technology of Fuel and Energy. 2006. Vol. 85. P. 1605–1612.
Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1977. 277 c.
Иноземцев Н.В., Кошкин В.К. Процессы сгорания в двигателях. М.: Машгиз, 1949. 344 c.
Heywood J.B. Internal Combustion Engine Fundamentals. N.Y.: McGraw-Hill, 1988. 930 p.
Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателя. М.: Машгиз, 1962. 271 с.
Шайкин А.П., Дерячев А.Д. Взаимосвязь ширины зоны горения с ионным током и скоростью распространения пламени в условиях двигателя с искровым зажиганием // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2014. № 3. C. 82–86.
Ивашин П.В., Рамазанов М.П., Твердохлебов А.Я., Шайкин А.П., Ясников И.С. О взаимосвязи скорости распространения и электропроводности пламени в ДВС // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). 2013. № 3-1. С. 103–112.
Ясников И.С., Ивашин П.В., Шайкин А.П. К вопросу о турбулентном распространении пламени в замкнутом объеме // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. № 11. С. 39–43.
Ивашин П.В., Рамазанов М.П., Твердохлебов А.Я., Шайкин А.П., Ясников И.С. Об оценке работы цикла ДВС ионизационным зондом // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). 2013. № 3-2. С. 122–127.
Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 720 с.
Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев: Наукова думка, 1984. 141 c.
Шатров Е.В., Раменский А.Ю., Кузнецов В.М. Исследование мощностных, экономических и токсических характеристик двигателя, работающего на бензоводородных смесях // Автомобильная промышленность. 1979. № 11. С. 3–5.
Бортников Л.Н., Павлов Д.А., Русаков М.М., Шайкин А.П. Состав продуктов сгорания бензоводородовоздушных смесей в сферической камере сгорания постоянного объема // Химическая физика. 2011. Т. 30. № 1. С. 56–65.
Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.: Изд-во АН СССР, 1947. 148 с.
Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1981. 160 с.
Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л.: Недра, 1988. 312 с.
Райзер Ю.П. Образование окислов азота в ударной волне при сильном взрыве в воздухе // Журнал физической химии. 1959. Т. 33. № 3. С. 700–709.
Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З. Многозонные модели рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 60 с.
Чесноков С.А., Демидов М.И. Моделирование тепломассообмена и химической кинетики образования окиси азота в ДВС с искровым // Известия Тульского Государственного университета. Автомобильный транспорт. 2003. № 7. С. 255–264.
Mustafi N.N., Miraglia Y.C., Raine R.R., Bansal P.K., Elder S.T. Spark-Ignition Engine Performance with ‘Powergas’ Fuel (Mixture of CO/H2): A Comparison with Gasoline and Natural Gas Fuel // The Science and Technology of Fuel and Energy. 2006. Vol. 85. P. 1605–1612.
Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1977. 277 c.
Иноземцев Н.В., Кошкин В.К. Процессы сгорания в двигателях. М.: Машгиз, 1949. 344 c.
Heywood J.B. Internal Combustion Engine Fundamentals. N.Y.: McGraw-Hill, 1988. 930 p.
Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателя. М.: Машгиз, 1962. 271 с.
Шайкин А.П., Дерячев А.Д. Взаимосвязь ширины зоны горения с ионным током и скоростью распространения пламени в условиях двигателя с искровым зажиганием // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2014. № 3. C. 82–86.
Ивашин П.В., Рамазанов М.П., Твердохлебов А.Я., Шайкин А.П., Ясников И.С. О взаимосвязи скорости распространения и электропроводности пламени в ДВС // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). 2013. № 3-1. С. 103–112.
Ясников И.С., Ивашин П.В., Шайкин А.П. К вопросу о турбулентном распространении пламени в замкнутом объеме // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. № 11. С. 39–43.
Ивашин П.В., Рамазанов М.П., Твердохлебов А.Я., Шайкин А.П., Ясников И.С. Об оценке работы цикла ДВС ионизационным зондом // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). 2013. № 3-2. С. 122–127.
Опубликован
2015-06-30
Выпуск
Раздел
Технические науки
Авторы, публикующие статьи в журнале «Вектор науки Тольяттинского государственного университета», соглашаются на следующее:
1. Автор, направляя рукопись в редакцию журнала «Вектор науки Тольяттинского государственного университета», соглашается с тем, что Редакции переходят исключительные имущественные права на использование статьи (переданного в редакцию журнала материала, в т. ч. такие охраняемые объекты авторского права, как рисунки, схемы, таблицы и т. п.), в том числе на воспроизведение в печати и в сети Интернет; на распространение; на перевод материалов на английский язык.
2. Автор гарантирует наличие у него исключительных прав на использование переданного редакции материала. В случае нарушения данной гарантии и предъявления в связи с этим претензий к Редакции Автор самостоятельно и за свой счет обязуется урегулировать все претензии.
Редакция не несет ответственности перед третьими лицами за нарушение данных Автором гарантий.
3. За Автором сохраняется право использования его опубликованного материала, его фрагментов и частей в личных, в том числе научных, преподавательских, целях. Перепечатка материалов, опубликованных в журнале, другими физическими и юридическими лицами возможна только с письменного согласия Редакции, с обязательным указанием номера журнала (года издания), в котором был опубликован материал.
