Разработка и экспериментальная проверка метода расчета концентраций оксидов азота в дизелях на основе многозонной модели рабочего процесса

• Автор: Голосов, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МОДЕЛИ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В ДВС И
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ
1.1 .Токсичные компоненты ОГ дизелей
1.2. Образование оксидов азота в КС
1.2.1. Химизм процесса
1.2.2. Методы расчета процесса образования оксидов азота
1.2.3. Феноменологическая модель образования N0 в цилиндре дизеля
1.3. Методы улучшения экологических показателей
ДИЗЕЛЕЙ
1.4. Методы определения нестационарных локальных
ТЕМПЕРАТУР В ЦИЛИНДРЕ ДИЗЕЛЯ
1.4.1. Однозонная модель
1.4.2 Двухзонная модель
1.4.3. Многозонная модель
1.5. Заключение к главе 1 и постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. МНОГОЗОННАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ЛОКАЛЬНЫХ
ТЕМПЕРАТУР РАБОЧЕГО ТЕЛА В ЦИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВПРЫСКИВАНИЕМ ТОПЛИВА
2.1. Распределение впрыскиваемого топлива по объему
КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ДИЗЕЛЯ. ПОСТРОЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ топливного факела
2.2. Краткое описание алгоритма расчета распределения топлива по объему КС

2.3. Интенсивность вихревого движения воздуха в камере сгорания
2.4. Расчет локальных температур рабочего тела в объеме
КАМЕРЫ СГОРАНИЯ
Выводы к главе
ГЛАВА 3. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
3.1. Расчет равновесного состава продуктов сгорания
3.2. Модель для расчета парциальных давлений отдельных компонентов продуктов сгорания
3.3. Расчет образования оксидов азота на основе «расширенного» механизма Я.Б.Зельдовича
3.4. Экспериментальная установка для исследования концентрации оксидов азота в выпускных газах
ДИЗЕЛЯ
Выводы к главе
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТНОЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Определение содержания оксидов азота в продуктах сгорания быстроходных дизелей различной МОДИФИКАЦИИ
4.2. Особенности расчета оксидов азота в двигателе с непосредственным впрыскиванием бензина
4.3. Уменьшение содержания оксидов азота в продуктах сгорания путем воздействия на рабочий процесс
Выводы к главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СОКРАЩЕНИЯ:
ВВ - вредные вещества;
ВМТ - верхняя мертвая точка;
ВТЭ - водо-топливная эмульсия;
ДВС - двигатель внутреннего сгорания;
КО - контрольный объем;
КС - камера сгорания;
МКО - метод контрольных объемов;
МКЭ - метод конечных элементов;
ОВПОИ - обобщенная взаимная поверхность обмена излучением;
ОГ - отработавшие газы;
п.к.в. - поворот коленчатого вала;
ТЧ - твердые частицы;
ЦЧ - цетановое число;
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:
Ьь Ь2, Ьз - размеры реального сечения струи;
Ст, С0, Со2’Сщ’Сон’Сн ~ концентрация N0, О, И, 02, И2, ОН, Н;
Ст - средняя скорость поршня, м/с;
с!с - диаметр соплового отверстия;
ев - кинетическая энергия воздуха в цилиндре;
евт - кинетическая энергия топлива;
- скорость истечения топлива, м/с;
- давление впрыскивания, Мпа;
- длина соплового отверстия, м;
- давление смеси, МПа;

тела. В отличие от первой эту задачу можно назвать обратной задачей расчета рабочего процесса.
Основной недостаток однозонной модели состоит в том, что температура рабочего тела для всего объема КС принимается одинаковой и ее изменение рассматривается только по времени. На самом деле локальные температуры рабочего тела в КС различаются. Это, прежде всего, относится к процессу сгорания, при котором разница между температурами продуктов сгорания и несгоревшей смеси может превышать 1000...1500 К [31].
Очевидно, что осредненная по объему КС температура рабочего тела, определенная с помощью однозонной модели, сильно отклоняется от ее локальных значений. Это делает однозонную модель непригодной для достоверной оценки токсичности выпускных газов или лучистого теплообмена в КС.
1.4.2. Двухзонная модель
Известно, что соединение азота с кислородом, а следовательно, и образование N0 происходит при температуре выше 1800 К, при этом для их образования достаточно нескольких миллисекунд. Для некоторых двигателей, особенно с внутренним смесеобразованием, максимальное значение осредненной по объему КС температуры цикла находится именно в таких пределах, и, на первый взгляд, в выпускных газах таких двигателей не должны содержаться N0*.
Однако практика показывает обратное, и это объясняется тем, что в КС существуют локальные температуры рабочего тела, значительно превышающие их осредненное по объему значение, и именно эти высокие локальные температуры являются причиной образования N0*.
Ясно, что для изучения различных химических реакций образования вредных веществ необходимо знать максимальные значения локальных