ЭМПИРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ДОБАВКАХ ВОДОРОДА В ТВС ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ

  • Александр Петрович Шайкин Тольяттинский государственный университет
  • Павел Валентинович Ивашин Тольяттинский государственный университет
  • Александр Дмитриевич Дерячев Тольяттинский государственный университет
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.

Биографии авторов

Александр Петрович Шайкин, Тольяттинский государственный университет
доктор технических наук, профессор кафедры «Энергетические машины и системы управления»
Павел Валентинович Ивашин, Тольяттинский государственный университет
кандидат технических наук, доцент кафедры «Энергетические машины и системы управления»
Александр Дмитриевич Дерячев, Тольяттинский государственный университет
младший научный сотрудник НИГ-17

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.
Опубликован
2015-06-30
Раздел
Технические науки

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>