Разработка путей улучшения воспламенения нетрадиционных топлив применительно к двигателям внутреннего сгорания

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на этаноле с двойной системой топливоподачи

Год:

2011

Автор научной работы:

Полевщиков, Александр Сергеевич

Ученая cтепень:

кандидат технических наук

Место защиты диссертации:

Киров

Код cпециальности ВАК:

05.04.02

Специальность:

Тепловые двигатели

Количество cтраниц:

192

Оглавление диссертации

кандидат технических наук Полевщиков, Александр Сергеевич

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Перспективы применения этанола в дизелях

1.2. Особенности применения этанола в качестве моторного топлива для дизелей с использованием ДСТ

1.3. Анализ работ по применению этанола в дизелях с ДСТ

1.4. Особенности протекания рабочего процесса двигателя при работе на этаноле с использованием ДСТ

1.5. Особенности процессов воспламенения и горения этанола

1.6. Задачи исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ДИЗЕЛЕ 24 10,5/12,0 ПРИ РАБОТЕ НА ЭТАНОЛЕ

С ДСТ

2.1. Особенности развития топливных факелов в цилиндре дизеля при работе на этаноле с ДСТ

2.2. Расчетная оценка влияния физических свойств топлив на характеристики впрыскивания и распыливания

2.3. Особенности расчета периода задержки воспламенения при работе дизеля на этаноле с ДСТ

3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

ДИЗЕЛЯ 24 10,5/12,0 ПРИ РАБОТЕ НА ЭТАНОЛЕ С ДСТ

3.1. Объект испытаний

3.2. Методика исследования рабочего процесса дизеля ? воздушного охлаждения при работе на этаноле с ДСТ

3.3. Особенности экспериментальной установки, приборов и оборудования для исследования рабочего процесса дизеля при работе на этаноле с использованием ДСТ

3.4. Расчет выбросов вредных газообразных веществ

3.5. Методика обработки результатов исследований

4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ

24 10,5/12,0 ПРИ РАБОТЕ НА ЭТАНОЛЕ С ДСТ

4.1. Особенности распылителей, применяемых для подачи запальной порции ДТ при работе на этаноле с ДСТ

4.2. Исследование показателей рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе на этаноле с ДСТ в зависимости от значений установочных углов опережения впрыскивания топлив

4.3. Влияние применения этанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на индикаторные показатели, показатели процесса сгорания и характеристики тепловыделения

4.4. Влияние применения этанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на показатели процесса сгорания и характеристики тепловыделения

4.4.1. Влияние применения этанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на показатели процесса сгорания и характеристики тепловыделения в зависимости от изменения нагрузки

4.4.2. Влияние применения этанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на показатели процесса сгорания и характеристики тепловыделения в зависимости от изменения частоты вращения

4.5. Влияние применения этанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на мощностные и экономические показатели

4.5.1. Влияние применения этанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на мощностные и экономические показатели в зависимости от изменения нагрузки

4.5.2. Влияние применения этанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на мощностные и экономические показатели в зависимости от изменения частоты вращения

4.6. Влияние применения этанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на экологические показатели

4.6.1. Влияние применения этанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на экологические показатели в зависимости от изменения нагрузки

Введение диссертации (часть автореферата)

На тему "Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на этаноле с двойной системой топливоподачи"

Проблемы токсичности автомобильного транспорта являются составной частью экологической безопасности страны. Значимость и острота этой проблемы растет с каждым годом. В инфраструктуре транспортной отрасли России насчитывается около 4 тыс. крупных и средних автотранспортных предприятий, занятых пассажирскими и грузовыми перевозками. С развитием рыночных отношений появились в большом количестве коммерческие транспортные подразделения небольшой мощности. В 2000 году в РФ функционировало свыше 400 тыс. субъектов транспортного рынка различных форм собственности. Рост автопарка, в том числе коммунальных машин на базе тракторов, изменение форм собственности и видов деятельности существенно не повлияли на характер воздействия автотранспорта на окружающую природную среду [183]. Вызывает тревогу тот факт, что, несмотря на проводимую работы, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспортных средств увеличивается в год в среднем на 3,1%. В результате величина ежегодного экологического ущерба от функционирования транспортного комплекса России составляет более 10,5 млрд. руб. и продолжает расти.

Промышленное производство и энергетика, автомобильный транспорт и авиация, химизация сельского хозяйства и многие другие сферы деятельности человека приводят к изменению внешней среды и являются источниками загрязнения атмосферы, почвы, водоемов и морей.

Автотранспортный комплекс относится к числу наиболее энергоемких секторов экономики и является одним из основных потребителей моторных топлив. На его долю приходится около 70 % производимого в стране жидкого нефтяного топлива, мировые и национальные запасы которого непрерывно сокращаются [7]. Неизбежное истощение нефтяных месторождений, повышение мировых цен на нефть, непрерывное ужесточение требований к экологическим показателям транспортных двигателей (в частности, дизелей) вынуждают двигателестроителей искать замену традиционным нефтяным моторным топливам. Использование на транспорте различных альтернативных топлив, получаемых из природного газа, угля, возобновляемых источников энергии, обеспечит решение проблемы замещения нефтяных топлив, значительно расширит сырьевую базу для получения моторных топлив, облегчит решение вопросов снабжения транспортных средств топливом.

Поршневые ДВС на сегодняшний день являются весьма экономичными тепловыми двигателями, что способствует их широкому распространению во всех сферах хозяйственной деятельности человека. Существенным недостатком поршневых двигателей можно считать то, что подавляющее большинство из них работают на нефтяных и газовых топливах, в силу чего перспективы их развития и применения напрямую связаны с изменениями, происходящими в нефтегазовом комплексе. Последние десятилетия показали, что с увеличением потребности в нефтяных и газовых топливах их стоимость хоть и колеблется в значительных пределах, но в среднем неуклонно возрастает. Анализ запасов мировых запасов сырья для получения различных топлив позволяет сделать вывод, что наиболее перспективны такие топлива; -которые полученные из возобновимых источников, в частности спиртовые топлива [129, 136]. Среди них важное место занимает этиловый спирт (этанол), для производства которого в промышленных масштабах имеются сырьевые ресурсы, в первую очередь биологического происхождения (отходы сельскохозяйственного производства, а также пищевой и деревообрабатывающей промышленности), которые относятся к возобновимым источникам сырья [101].

В соответствии с «Энергетической стратегией России на период до 2020 г.» (распоряжение Правительства Российской Федерации от 28 августа 2003 г. № 1234р) технический потенциал возобновляемых источников энергии составит около 4,6 млрд. тнэ (тонн нефтяного эквивалента) в год, т.е. в 5 раз превысит объем потребления всех топливно-энергетических ресурсов

России, а экономический потенциал определен в 270 млн. тнэ в год, немногим больше 25 % от годового внутреннего потребления энергоресурсов в стране [148]. Пока что планируется повысить долю возобновляемых источников энергии к 2015 году с 1 % до 3.5 %.

В соответствии с Концепцией развития отечественного автомобилестроения на период до 2010 г., одобренной Правительством РФ, приоритетными являются исследования, направленные на применение альтернативных видов топлив (природный газ, метанол), в т.ч. в серийно выпускаемых ДВС. При этом использование альтернативных топлив требует серьезных исследований, сконцентрированных на изучении особенностей протекания рабочего процесса. Особое внимание необходимо уделять переводу на альтернативные топлива дизелей, которые широко распространены [7].

Наиболее эффективным способом применения этанола в настоящее время является подача его непосредственно в цилиндр дизеля с использованием двойной системы топливоподачи (ДСТ) [137]. Воспламенение этанола при этом происходит за счет подачи запальной порции ДТ. Данный способ позволяет максимально экономить ДТ, но требует некоторых изменений и дополнений в конструкцию дизеля и может быть реализован на двигателях, уже находящихся в эксплуатации.

Все это дает основание предполагать, что улучшение рабочих процессов дизелей, эксплуатируемых в экологически экстремальных условиях, путем экономии нефтяного моторного топлива, а также снижение токсичности и дымности ОГ за счет применения альтернативных топлив, является весьма актуальной научной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Цель исследований. Исследование рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической камерой сгорания (КС) в поршне при работе на этаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.

Объект исследований. Дизель 24 10,5/12,0 (Д-21А1) воздушного охлаждения производства ОАО «ВМТЗ» (г. Владимир), с полусферической КС в поршне, работающий на альтернативном топливе - этаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через дополнительную многоструйную форсунку.

Предмет исследования: мощностные, экономические и экологические показатели, процессы смесеобразования, сгорания и тепловыделения в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на этаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.

Научная новизна работы.

1. Результаты теоретических и лабораторно-стендовых исследований влияния применения этанола с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку на процессы смесеобразования, сгорания и тепловыделения, экологические, мощностные и экономические показатели дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне;

2. Расчет геометрических параметров факелов запальной порции ДТ и этанола в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на этаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;

3. Расчет периода задержки воспламенения (ПЗВ) ДТ и этанола в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на этаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;

4. Рекомендации по применению этанола в качестве МТ в дизеле 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на этаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.

Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Материалы диссертации используются в учебном процессе Вятской и Нижегородской государственных сельскохозяйственных академиях, 4ебоксарском политехническом институте (филиале) Московского государственного открытого университета при чтении лекций, выполнении курсовых работ и дипломном проектировании для студентов, обучающихся по специальностям 110301,190601 и 190603.

Экономическая эффективность от снижения ущерба, наносимого токсичными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу с ОГ дизеля при работе на этаноле с ДСТ, составит не менее 23838,81 руб. на 1 двигатель в год (в ценах 2011 года).

Связь с планами научных исследований. Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой № 24 плана НИР ФГБОУ ВПО «Вятская ГСХА» (г.Киров) на 2006.2010 гг. (номер государственной регистрации 01.2.006-09891).

На защиту выносятся следующие положения.

3. Расчет ПЗВ ДТ и этанола в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на этаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;

Апробация работы. Основные результаты и материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 1-й, П-й, Ш-й и 1У-й Международных научно-практических конференциях «Наука-Технология— Ресурсосбережение», 2009.2011 гг. (ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); 9-й межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей «Науке нового века-знания молодых», 2009 гг. (ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей «Науке нового века-знания молодых», посвященной 80-летию Вятской ГСХА, 2010 г. (ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей «Науке нового века-знания молодых», 2011 г. (ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); Х1-й, Х11-Й и ХШ-й Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: Мосоловские чтения», 2009.2011 гг. (ГОУ ВПО «Марийский ГУ», г. Йошкар-Ола); Международной молодежной научной конференции «XVII Туполевские чтения», 2009 г. (Казанский авиационный институт - КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань); Международной научно-практической конференции МГТУ им. Н.Э. Баумана «Двигатель-2010», посвященной 180-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010 г. (МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва);

Публикации результатов исследований. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 17 печатных работах, включая монографию объемом 9,12 п.л., 2 статьи в центральных журналах, входящих в «Перечень . ВАК Минобразования и науки РФ» и статьи общим объемом 5,83 п.л., в т.ч. в сборниках трудов международных и всероссийских конференций опубликовано 13 статей. Без соавторов опубликовано 9 статей объемом 2,75 п.л.

Заключение диссертации

по теме "Тепловые двигатели", Полевщиков, Александр Сергеевич

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основании проведенных экспериментальных стендовых исследований рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе на этаноле с ДСТ определены значения оптимальных установочных углов опережения впрыскивания топлив: для ДТ - 30° п.к.в., для этанола - 30° п.к.в. При этом установлена возможность сохранения мощностных показателей на уровне серийного дизеля при подаче минимальной запальной порции ДТ в количестве 9,9 % и подаче этанола в количестве 90,1 % (от общего расхода топлива) на номинальном режиме. Этим достигается экономия ДТ до 84,6 % путем замены его этанолом.

2. При переходе на ДСТ экономический эффект от снижения ущерба, наносимого токсичными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу с ОГ дизеля за счет применения альтернативного вида топлива - этанола (при годовой наработке 500 мото-часов) составляет не менее 23838,81 руб. на 1 двигатель в год (в ценах 2011 года).

3. На основании теоретических исследований предложены:

- расчет геометрических параметров факелов запальной порции ДТ и этанола в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на этаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;

- расчет ПЗВ ДТ и этанола в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на этаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.

4. Экспериментальными исследованиями рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе на этаноле с ДСТ определены следующие значения показателей процесса сгорания и характеристик тепловыделения на номинальном режиме:

- ргшах при работе на этаноле с ДСТ снижается на 14,0 % и составляет 6,06 МПа (при работе на ДТ - 7,05 МПа);

- значение (dp/dcp)max при работе на этаноле с ДСТ снижается на 67,2 % и составляет 0,211 (при работе на ДТ - 0,644);

- значение угла, соответствующего ПЗВ, при работе дизеля на этаноле с ДСТ увеличивается на 3,2 % и роставляет 26,0° п.к.в. (при работе на ДТ - 25,2° п.к.в.);

- значение (d%/d(p)max при работе на этаноле с ДСТ снижается на 16,7 % и составляет 0,050 (при работе на ДТ - 0,060).

5. Анализ значений показателей процесса сгорания и характеристик тепловыделения дизеля 24 10,5/12,0 при работе на ДТ и на этаноле с ДСТ в зависимости от изменения частоты вращения показывает:

- снижение максимального давления цикла при работе дизеля на этаноле с ДСТ составляет 11,5 % при п = 2000 мин"1 и 12,8% при п = 1200 мин"1;

- увеличение ПЗВ при работе дизеля на этаноле с ДСТ составляет 5,8 % при п = 2000 мин"1 и 4,5 % при п = 1200 мин"1;

- снижение (dp/d(p)max при работе дизеля на этаноле с ДСТ составляет 67,6 % при п = 2000 мин"1 и 62,4 % при п = 1200 мин"1.

6. Экспериментальными исследованиями определены изменения основных мощностных и экономических показателей дизеля 24 10,5/12,0 при работе на этаноле с ДСТ на номинальном режиме:

- расход ДТ при работе дизеля на этаноле с ДСТ снижается на 84,6 % и составляет 0,75 кг/ч (при работе дизеля на ДТ - 4,86 кг/ч);

- эффективный к.п.д. при работе дизеля на этаноле с ДСТ возрастает на 1,6 % и составляет 0,325 (при работе дизеля на ДТ - 0,320).

7. Экспериментальными исследованиями определены изменения основных мощностных и экономических показателей дизеля 24 10,5/12,0 при работе на этаноле с ДСТ в зависимости от изменения частоты вращения:

- расход ДТ при работе дизеля на этаноле с ДСТ снижается на 84,2 % при п = 2000 мин"1 и на 90,0 % при п = 1200 мин"1;

- увеличение значения эффективного к.п.д. при работе на этаноле составляет 18,2 % при п = 1200 мин"1, при п = 2000 мин"1 значения эффективного к.п.д. снижается на 0,9 %.

8. Анализ ОГ дизеля 24 10,5/12,0 при работе на этаноле с ДСТ на номинальном режиме показал снижение содержания: Ж)х на 26,5 %, сажи -на 92,0 %. В зависимости от изменения частоты вращения достигнуто снижение содержания: Ж)х от 20,0 % до 26,5 %; сажи с 5,0 до 12,3 раз.

9. Для осуществления рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при использовании в качестве моторного топлива этанола с использованием ДСТ необходимо соблюдать следующие рекомендации:

- минимальная величина запальной порции ДТ должна составлять не менее 6,9 мг/цикл на номинальной частоте вращения из-за возможных пропусков самовоспламенения рабочей смеси в цилиндре;

- для обеспечения работоспособности деталей топливоподающей аппаратуры в этанол необходимо добавлять не менее 1.2 % касторового масла, т.к. этанол обладает низкой вязкостью и при его использовании в чистом виде возможны задиры и прихваты плунжерной пары ТНВД.

Разработка путей улучшения воспламенения нетрадиционных топлив применительно к двигателям внутреннего сгорания

Год:

1984

Автор научной работы:

Фадеева, Тамара Фёдоровна

Ученая cтепень:

кандидат технических наук

Место защиты диссертации:

Москва

Код cпециальности ВАК:

05.04.02

Специальность:

Тепловые двигатели

Количество cтраниц:

115

Оглавление диссертации

кандидат технических наук Фадеева, Тамара Фёдоровна

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ

ТОПЛИВ

1.1. Проблемы экономии топлива для транспорта . Ю

1.2. Проблемы использования нетрадиционных топлив в ДВС

1.3. Влияние физико-химических свойств топлив на их воспламеняемость.

1.4. Постановка задачи исследования

Глава П. МЕХАНИЗМ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ СТРУИ

2.1. Режимы воспламенения нестационарной топливной струи.

2.2. Расчётная модель воспламенения нестационарной топливной струи.

Глава Ш. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ

НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТОПЛИВНОЙ СТРУИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

3.1. Экспериментальная установка. Методика экспериментальных исследований

3.2. Влияние термодинамического состояния среды на задержку воспламенения

3.3. Влияние концентрации окислителя на период задержки воспламенения

3.4. Влияние цикловой подачи.

3.5. Основные результаты

Глава 1У. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТИ ГАЗОВЫХ КОНДЕНСАТОВ, ЭТАНОЛА, МЕТАНОЛА.

4.1. Влияние температуры на воспламенение двух типов газовых конденсатов.

4.2. Характеристики воспламеняемости двух типов газовых конденсатов, этанола, метанола, дизельного топлива

4.3. Влияние степени сжатия на воспламенение метанола.

4.4. Методы сокращения времени смешения заряда на задержку воспламенения

4.5. Влияние предварительной подачи спирта на воспламел нение основной порции.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата)

На тему "Разработка путей улучшения воспламенения нетрадиционных топлив применительно к двигателям внутреннего сгорания"

Актуальность работы. В Решениях ХХУ1 съезда указывается, что главная задача одиннадцатой пятилетки состоит в обеспечении дальнейшего роста благосостояния советских людей на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорение научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, более рационального использования производственного потенциала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работ [1].

Одним из наиболее ценных природных ресурсов является нефть.

Транспортные средства потребляют около трети всей добываемой в мире нефти, причём, самым энергоёмким из всех видов транспорта является автомобильный. Дизели на сегодняшний день наиболее эффективные силовые установки для получения механической энергии из углеводородного топлива. При более широком внедрении дизелей в автомобильный транспорт они смогут сыграть значительную роль в экономии топлива.

В Основных задачах экономического и социального развития страны на 1981-1985 годы и на период до 1990 года подчёркнута необходимость дизелизации автомобильного парка страны ." в автомобильной промышленности ускоренно развивать производство грузовых автомобилей с дизельными двигателями. Освоить выпуск новых высокоэффективных карьерных автосамосвалов особо большой грузоподъёмности, самосвалов общего назначения и автобусов с дизельными двигателями". Идёт планомерное развитие автомобильного парка большой грузоподъёмности, его численное увеличение, следовательно, потребность в светлых нефтепродуктах будет расти.

Нефть является основным сырьём не только для производства моторных топлив, но и для химической промышленности, а разведанные ресурсы нефти ограничены и, следовательно, ограничены возможности получения топлив за счёт переработки нефтяного сырья.

Нельзя не учитывать, что поддержание и тем более увеличение добычи сырьевых и топливно-энергетических ресурсов обходится всё дороже. Для обеспечения потребностей в них приходится идти в малообжитые и труднодоступные районы Севера и Востока. Эффект от экономии каждой тонны нефти становится всё более весомым.

В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года сказано, что за годы новой пятилетки необходимо обеспечить экономию топлива и энергетических ресурсов в народном хозяйстве в количестве 160-170 млн. тонн условного топлива.

Необходимо снижать долю нефти как топлива, заменять её новыми источниками энергии.

Отсюда совершенно очевиден повышенный интерес к использованию в автомобильных дизелях новых видов топлив - нетрадиционных топлив. В данном понимании - это такие топлива, которые могут быть получены из различных источников сырья, кроме нефти и использованы в качестве моторного топлива.

В СССР широкое развитие получают исследования, направленные на уменьшение потребления нефтяных видов топлив, постепенное вытеснение их нетрадиционными топливами. У нас в стране и за рубежом топлива, получаемые из горючих сланцев и углей, в том числе метанол, а также природный газ и газовые конденсаты, рассматриваются как перспективные.

Сегодня нетрадиционные топлива достаточно хорошо известны. Ещё в 1876 году, когда был изобретён двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, то в качестве топлива для двигателя использовались спирты [76,100,105,114| .

В 1902 году на Интернациональном конкурсе в Париже демонстрировалось свыше 70 разнообразных двигателей, работающих на спиртах и их смесях. Спиртовые двигатели исследовались Н.Р.Брилингоы и в работах других русский учёных, которые в начале века указывали на перспективность спиртовых топлив в связи с неизбежным истощением нефтяных ресурсов [21] .

Достаточно сказать, что в настоящее время нетрадиционные топлива производятся в 31 стране, а 8 стран имеют специальную программу их производства [¡88] .

Применение нетрадиционных топлив ставит ряд серьёзных проблем. Одна из них связана с невозможностью производства нетрадиционных топлив с такими физическими и химическими свойствами, которые могли бы осуществить рабочий процесс двигателя близкий к рабочему процессу на стандартном дизельном топливе с приемлемыми экономичностью и токсичностью. Это в первую очередь связано с отличающимися у нетрадиционных топлив характеристиками воспламенения. Поэтому ставится задача изменения рабочего процесса дизеля с тем, чтобы использовать топлива с различными физико-химическими свойствами, а так как основные нетрадиционные топлива отличаются по теплоте испарения, низшей теплотворной способности, концентрационному пределу воспламенения с воздухом, цетановому числу, но самое главное, они все отличаются низкой склонностью к воспламенению, следовательно, исследование механизма воспламенения и влияния отдельных физико-химических факторов на воспламенение, а также выявления "оптимальных" условий организации процесса воспламенения в дизеле на нетрадиционных топливах представляется весьма актуальным для двигателестроения.

Работа выполнена на кафедре "Автотракторные двигатели" Московского ордена Трудового Красного Знамени автодорожного института, согласно Целевой комплексной программе 0.Ц.045 "Расширение ресурсов топлив для ДВС за счёт применения сжатого и сниженного природного га8а, метанола и синтетических добавок".

Цель работы. Целью диссертационной работы являлось: разработка методики экспериментальных исследований влияния отдельных физико-химических факторов на воспламенение не0 традиционных топлив; экспериментальное исследование воспламенения нестационарной топливной струи в двух температурных областях -низкотемпературной и высокотемпературной; получение количественных данных по воспламенению топливной струи дизельного топлива, двух типов газовых конденсатов, этанола, метанола; разработка путей улучшения воспламенения нетрадиционных топлив.

Научная новизна. Разработана методика экспериментального исследования, отличающаяся сохранением постоянной величины концентрации окислителя Ссог) » путём компенсации уменьшения плотности при росте температуры соответствующим подбором Ра (С(ог) — ^ (7а. Ра)) * чт0 позволяет повысить точность определения эффективной энергии активации процесса воспламенения.

Экспериментально подтверждено теоретическое положение о наличии двух температурных областей при воспламенении нестационарной топливной струи: теплового взрыва в низкотемперач турной области, поджигания в высокотемпературной.

Показано различное влияние теплопроводности на период задержки воспламенения при тепловом взрыве и поджигании, а также изменение значения эффективной энергии активации в режиме поджигания.

Определены характеристики воспламеняемости двух типов газовых конденсатов, этанола, метанола.

Предложен метод снижения задержки воспламенения топлив в режиме поджигания уменьшением времени прогрева топливной струи.

Практическая ценность. Разработана и обоснована методика исследования, которая позволяет прогнозировать на установке импульсного сжатия воспламенение нетрадиционных топлив и определять соответствующие характеристики воспламенения. Полученная закономерность изменения температуры в процессе воспламенения может быть использована при разработке расчётных моделей воспламенения и сгорания в дизеле. Рекомендованный путь улучшения воспламенения в дизеле может быть использован при разработке процессов на нетрадиционных топливах, в частности на метаноле.

Реализация работы. Результаты работы приняты к использованию в научно-исследовательском институте тракторных и комбайновых двигателей (г. Владимир).

Апробация работы. Основные разделы диссертационной работы докладывались на научно-исследовательских конференциях МАДЙ в 1983-1984 годах, научно-исследовательской конференции Могилевского машиностроительного института в 1984 году.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 2 статьи.

На защиту выносятся:

1. Методика определения периода задержки воспламенения и видимого значения эффективной энергии активации различных топ-лив, отличающаяся сохранением постоянной величины концентрации окислителя при изменении температуры,

2. Физическая модель различного влияния теплопроводности на воспламенение нестационарной топливной струи в режимах поджигания и теплового взрыва по экспериментальным данным.

3. Рекомендации по осуществлению устойчивого воспламенения некоторых нетрадиционных топлив в режиме поджигания путём уменьшения времени прогрева топливной струи.

Заключение диссертации

по теме "Тепловые двигатели", Фадеева, Тамара Фёдоровна

ВЫВОДЫ

1, Теоретически получена зависимость, позволяющая произвести расчёт температуры на изостехиометрической поверхности в процессе воспламенения.

2. На основании экспериментальных данных подтверждается теоретическое положение о наличии двух температурных областей при воспламенении топливной струи диэельного топлива: в низкотемпературной области - тепловой взрыв, в высокотемпературной -поджигание.

3. Экспериментально проверено влияние теплоотвода в различных областях и установлено, что увеличение теплопроводности, а соответственно и теплоотвода в области теплового взрыва ухудшает воспламенение топливной струи, тогда как в режиме поджигания - снижает время достижения критического значения теплоотвода, улучшая таким образом воспламенение.

4. Температура пересечения кривых по влиянию теплоотвода может быть принята в первом приближении за температурную границу режимов теплового взрыва и поджигания.

5. Разработанным методом экспериментального исследования при сохранении постоянной концентрации окислителя получены численные значения эффективной энергии активации для ряда топлив: газовых конденсатов - ГК 2 и ГК "РХ", этанола, метанола.

6. При увеличении цикловой подачи дизельного топлива период задержки воспламенения наиболее сильно увеличивается в зоне низких температур, то есть в режиме теплового взрыва, экспоненциально зависящего от температуры, устанавливающейся после прогрева и испарения струи.

7. Предложены пути улучшения воспламеняемости спиртов: а) уменьшение в области поджигания времени прогрева струи (применение распылителей с большим числом распиливающих отверстий). Конструктивно это может быть реализовано увеличением степени сжатия с одновременным применением распылителей с большим числом раопыливающих отверстий; б) подача спирта в воздушный заряд с последующим впрыском его через форсунку.

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 163; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!