Прогнозирование параметров рабочего процесса дизеля при использовании спирто-дизельных топлив
Год:
2005
Автор научной работы:
Жозе Антонио Хичика
Ученая cтепень:
кандидат технических наук
Место защиты диссертации:
Барнаул
Код cпециальности ВАК:
05.04.02
Специальность:
Тепловые двигатели
Количество cтраниц:
151
Оглавление диссертации
кандидат технических наук Жозе Антонио Хичика
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
Глава I. ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ
ТОПЛИВ В ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ.
1. Проблемы применения альтернативных топлив в дизельных двигателях.
1.1. Альтернативные топлива на основе невозобновляемых источников энергии.
1.2. Альтернативные топлива на основе возобновляемых источников энергии.
1.3. Обзор способов подачи спиртового топлива в дизельных двигателях.
1.4. Характеристики спиртовых топлив для дизелей.
1.5. Выводы по главе. Цель и задачи исследований.
Глава II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.
2. Экспериментальная установка. Методика исследования.
2.1. Описание экспериментальной установки.
2.2. Методика эксперимента, измерение и обработка опытных данных.
2.3. Анализ погрешностей измерения и обработки опытных данных.
Глава III. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА.
3. Математическое моделирование рабочего процесса.
3.1. Расчётные методики математической модели.
|
|
|
3.1.1. Основы математической модели.
3.1.2. Расчёт физико-химических свойств композиционных топлив.
3.1.3. Расчёт периода задержки самовоспламенения и процесса тепловыделения.
3.1.4. Расчёт образования и выгорания сажи и образования окислов азота.
3.2. Выводы по главе.
Глава IV. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
РАСЧЁТНОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ИССЛЕДОВАНИЯ ДИЗЕЛЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СПИРТО-ДИЗЕЛЬНЫХ
ТОПЛИВ.
4. Сопоставление результатов расчётного и экспериментального исследования дизеля при использовании спирто-дизельных топлив.
4.1. Оптимизация состава композиционных топлив.
4.2. Сравнительное исследование параметров рабочего процесса и анализ индикаторного кпд при использовании композиционных топлив.
4.3. Исследование экологических показателей при работе на композиционных топливах Результаты оптического индицирования.
4.4. Мероприятия по улучшению параметров рабочего процесса и экологических характеристик.
4.5. Выводы по главе.
Введение диссертации (часть автореферата)
На тему "Прогнозирование параметров рабочего процесса дизеля при использовании спирто-дизельных топлив"
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время все большую актуальность приобретает вопрос энергетического обеспечения жизнедеятельности общества.
Энергетические потребности практически полностью удовлетворяются за счёт ископаемых топлив, главным образом нефтяных. Основы транспортной энергетики — дизельные двигатели, имеющие достаточно хорошие технические, экономические и экологические характеристики, широко применяющиеся в различных отраслях народного хозяйства, (см. приложение 1 рис. 1 - 9). Запасы нефтяных топлив ограничены, а потребление их растёт от года к году, цены постоянно подвержены колебаниям, вызываемым политическими и спекулятивными мотивами, средняя кривая цен неуклонно идёт вверх, и это вполне естественно, поскольку добыча и переработка нефти становятся дороже, а спрос Ф растёт быстрее, чем предложение. В связи с этим возникает вопрос использования альтернативных и, в особенности, возобновляемых, экологически безопасных видов топлива. Однако использование ряда альтернативных топлив из невозобновляемых и из возобновляемых источников ставят ряд проблем технологического, экономического, экологического, и прочего характера.
|
|
|
В последнее время обозначились три основных направления в развитии и разработке малотоксичных и высокоэффективных А рабочих процессов энергетических установок с ДВС: 1- дальнейшее совершенствование традиционных способов организации рабочего цикла двигателя; 2- разработка новых модификаций рабочих процессов и систем рационального управления их параметрами; 3- формирование рабочих процессов с использованием нетрадиционных (альтернативных) видов топлива без переделки ft двигателя, при сгорании которых минимизируются выбросы токсичных продуктов, а в ряде случаев возрастает термодинамическая эффективность рабочего цикла. Последнее направление - одно из наиболее перспективных, так как связано с ресурсосбережением традиционного топлива. Из числа известных энергоносителей несомненный интерес представляет топлива из возобновляемых источников, в т.ч. из биомассы (отходов пищевой и деревообрабатывающей промышленности и др.).
Таким образом, настоящая диссертация относится к решению проблемы использования в дизелях альтернативных топлив, а прежде всего спиртов в виде композиционных топлив, полученных из возобновляемых источников. Основным компонентом композиционных топлив является этанол, полученный на основе переработки продуктов сельского хозяйства, что позволит не только сберечь ресурсы нефтяных топлив, но и улучшить экологическую
|
|
|
•4 обстановку на транспорте.
Цель работы - анализ возможности работы и получение расчётных данных рабочего процесса дизельного двигателя при работе на спирто-дизельных композиционных топливах при обеспечении высоких мощностных, экономических и экологических показателей.
Задача исследования: разработка математических моделей ♦ адекватно описывающих внутрицилиндровые процессы при использовании альтернативных топлив и позволяющих прогнозировать экономические и экологические показатели при использовании альтернативных топлив различного состава.
Научная новизна. Составлена модель рабочего процесса дизеля, работающего на спирто-дизельных композиционных топливах, позволяющая учитывать изменение физико-химических свойств топлива, предпламенных процессов, кинетики горения и условий образования вредных веществ. Данная модель реализована на алгоритмическом языке PASCAL и доведена до практического инженерного использования.
Получены данные по оптимизации состава спирто-дизельных композиционных топлив при применении различных растворителей и проведены расчётные исследования показателей рабочего процесса и экологических показателей при изменении режимных параметров.
Методы исследований. В работе нашли применение теоретические методы, базирующиеся на экспериментальных исследованиях. Достоверность результатов достигнута выбором современных методов и средств измерений, соблюдением стандартов, периодической проверкой и тарировкой приборов, анализом и контролем погрешностей, а для теоретических исследований - принятием обоснованных исходных данных и закономерностей и сопоставлением результатов расчёта и эксперимента.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Предлагаемые расчётные методы, реализованные в виде программы для ЭВМ на алгоритмическом языке PASCAL позволяют, в зависимости от состава топлива, режимов работы ДВС, вести расчёт физико-химических свойств композиционных топлив, изменение предпламенных процессов и кинетики сгорания, условий образования и количества вредных выбросов.
Рассмотрены различные составы композиционных спирто-дизельных топлив и рекомендованы оптимальные соотношения дизтоплива, этанола и растворителя.
Проведено расчётное исследование параметров рабочего процесса и экологических показателей при работе на выбранных топливах.
Адекватность полученных расчётных данных была проверена экспериментальными исследованиями, проведёнными на установке с двигателем 14 13/14 в лаборатории кафедры "Двигатели внутреннего сгорания" Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.
Результаты работы использованы в учебном процессе и НИРС АлтГТУ им. И.И. Ползунова.
Апробация работы. Материалы исследований, теоретических разработок по теме диссертации доложены на:
- 3~ международной научно-практической конференции "Наука и практика организации производства и управления", г. Барнаул, АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 28-30 мая 2003 г.;
- Зш семинаре вузов Сибири и Дальнего Востока по "Теплофизике и теплоэнергетике", г. Барнаул, АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 18-20 сентября 2003 г.;
- 5~ и 6~ городской научно-практической конференции молодых учёных "Молодёжь - Барнаулу", мероприятие было организовано Советом ректоров ВУЗов Алтая при Комитете по делам молодёжи, г. Барнаул, АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 20-21 ноября 2003 г. и 15-16 ноября 2004 г.
Публикации. Все основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных статях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, списка литературы, приложения. Список литературы, содержит 146 источников. Работа содержит 152 страницы машинописного текста и включает 7 таблиц, 40 рисунков.
Заключение диссертации
по теме "Тепловые двигатели", Жозе Антонио Хичика
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.
1. Представленная работа посвящена решению важнейшей научно-технической проблемы - использованию нетрадиционных перспективных альтернативных видов топлив на основе возобновляемых источников энергии в дизелях. Проведенный анализ, на основе литературных источников, показал, что в настоящее время рост двигателей внутреннего сгорания требует увеличения производства топлив. Наиболее реальным энергоносителем в будущем будет растительность и её производные.
Для ДВС наиболее предпочтительным являются спирты (главным образом этанол, полученный в результате переработки продуктов сельского хозяйства). К преимуществам этанола следует отнести низкую стоимость получения, обширную сырьевую базу и возможность снижения токсичных выбросов с отработавшими газами. К недостаткам - крайне плохие моторные свойства при применении в чистом виде в качестве топлива для дизелей. На основе анализа литературы был выбран способ подачи смеси дизельного топлива, этанола и растворителя как наиболее полно удовлетворяющий вопросам сохранения экономичности и минимальной переделки двигателей (позволяет обойтись только перерегулировкой топливной аппаратуры).
2. Применение специальных методов экспериментальных исследований позволило сопоставить экспериментальные данные и результаты расчётных методик и сделать вывод об адекватности результатов расчёта и экспериментальных данных. Это позволяет проводить прогнозирование экологических характеристик при хорошем совпадении.
3. Для прогнозирования экономических и экологических характеристик дизеля разработана математическая модель рабочего процесса дизеля и образования токсичных веществ в зависимости от изменения физико-химических свойств альтернативных топлив.
За основу при разработке модели принят алгоритм расчётов, предложенный Н.Ф. Разлейцевым, в который также входят разработанные В.Ю. Русаковым другие расчётные блоки.
Так как в этой работе рассматривается исследование рабочего процесса дизеля при использовании альтернативных композиционных нетрадиционных видов топлив для данного двигателя, то для учёта различий физико-химических свойств, процессов смесеобразования, сгорания и образования вредных веществ при использовании альтернативных топлив на основе спиртов были дополнительно разработаны или модернизированы следующие блоки: 1. учёта различий физико-химических свойств композиционных топлив и стандартного ДТ, учитывающее изменение количества этанола (или метанола) в топливе, вид и количества третьего компонента; 2. расчёта периода задержки воспламенения для композиционных топлив и изменение кинетики сгорания топливо-воздушной смеси связанное с различием физико-химических свойств; 3. расчёта образования сажи и окислов азота при изменении состава рабочего тела и кинетики сгорания при работе на альтернативных спиртовых топливах.
4. Вышеизложенная методика позволяет оценить пригодность классов веществ и соединений в качестве растворителя для создания композиционных топлив и рекомендовать состав топлив наиболее приемлемых с точки зрения рабочего процесса.
5. Результаты расчетов текущего содержания сажи в цилиндре дизеля 1413/14 по углу поворота коленчатого вала сравнивались с результатами оптического индицирования двигателя 1413/14, проведенного на кафедре ДВС АлтГТУ.
Моделирование показало, что принятая за основу физическая модель сгорания в цилиндре и разработанный алгоритм расчета дает удовлетворительную сходимость результатов расчета, при соответствующей настройке модели, с индикаторными диаграммами реальных дизелей, полученными при индицировании и результатами измерения дымности и токсичности отработавших газов.
6. Предложные методики оценки вредных выбросов позволяют на стадии проектирования провести оценку конструктивных мероприятий по снижению токсичных составляющих (сажи и окислов азота) для обеспечения соответствия нормам выбросов (EURO-2, EURO-3). Суммарные экологические показатели при работе на композиционных топливах улучшаются в сравнении с традиционным дизельным топливом.
7. При использовании композиционного топлива не требуется никакой переделки двигателя, однако необходима корректировка угла начала подачи топлива.
8. В заключении следует отметить, что использование в дизельных двигателях исследуемых композиционных альтернативных топлив из возобновляемых источников имеет удовлетворительные экономические и экологические показатели и обеспечивает решение основной задачи — снижение доли моторных топлив, производимых из нефтяного сырья, и постепенный переход на альтернативные топлива из возобновляемых ресурсов.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 215; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!