Улучшение экологических показателей автотракторных дизелей путем применения нейтрализаторов отработавших газов

• Автор: Гришин, Антон Павлович
• Шифр специальности: 05.20.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 192 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Социально - экологические аспекты воздействия 10 мобильной сельскохозяйственной техники на окружающую среду
1.2. Состав и токсичность компонентов ОГ дизеля
1.3. Образование токсичных веществ в камере сгорания дизеля
1.4. Оценка и нормирование вредных выбросов
1.4.1. Нормы на вредные выбросы дизелей
1.4.2. Методы и приборы для анализа токсичности ОГ
1.5. Методы снижения токсичных выбросов дизелей
1.5.1. Совершенствование конструкции и рабочих процессов ДВС
1.5.2. Применение альтернативных видов топлива
1.5.3. Очистка ОГ в выпускной системе дизеля
1.5.4. Влияние эксплуатационных факторов
1.6. Теоретические методы исследования процессов, протекающих в электротермокаталитических нейтрализаторах (ЭТКН)
1.7. Выводы. Цель и задачи исследования
2. РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКИХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ (ММ) ПРОЦЕССОВ ИССЛЕДУЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ ЭТКН ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ (ОГ) ДИЗЕЛЯ
2.1. Выбор схемы ЭТКН и обоснование его конструкции
2.2. Функциональная схема ЭТКН для математического моделирования
2.3. Газодинамика движения потока ОГ в лопаточном закручивающем 53 устройстве с конусным отражателем и осевым подводом
потока ОГ
2.4. Толщина пограничного слоя в коническом диффузоре с кольцевым 57 сечением (по характеристикам пограничного слоя)
2.5. Газодинамика движения потока ОГ в зоне термического нейтрализатора, рециркуляционная зона, прецессирующее вихревое ядро
2.6. Динамика движения закрученного потока ОГ в 64 цилиндрическом слое катализатора с осевым подводом потока ОГ
2.7. Газодинамические потери в элементах ЭТКН
2.8 Динамика движения и сепарации частиц сажи в струе

закручивающего устройства с конусным отражателем в ЭТКН
2.9. Диффузия и кинетика химических каталитических реакций в ОГ термической и каталитической зонах ЭТКН
2.10. Тепловые потоки в ЭТКН
2.11. Оценивание параметров точности и адекватности математических моделей процессов в ЭТКН
2.12. Разработка критериев качества и ММ рабочих процессов ЭТКН для параметрической оптимизации
2.13. Математическая модель параметрической оптимизации Критерии оптимальности конструкции (Кэ - критерий эффективности процессов, конструкции)
3. РЕЗУЛЬТАТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭТКН
3.1. Исследование газодинамических потерь (сопротивления трения) в ЭТКН
3.2. Исследование динамики движения частиц сажи в лопаточном закручивающем устройстве с конусным отражателем и осевым подводом ОГ и в зоне пограничного слоя электрического нагревателя
3.3. Исследование ММ зависимости показателя степени очистки ТК в ОГ от ее параметров
3.4. Исследование температурных полей и потоков тепла в ЗУ ЭТКН с применением метода конечных элементов (МКЭ)
3.5. Исследование динамики изменения температур в конечных элементах поперечного сечения ЗУ на основе МКЭ
3.6. Исследование температурных полей и тепловых потоков в деталях ЭТКН и в потоке ОГ внутри ЭТКН на основе МКЭ
3.7. Параметрическая оптимизация конструкции ЭТКН
3.8. Результаты исследования динамических ММ, выводы и предложения по их совершенствованию
4. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Экспериментальные методы исследования технико-экономических и токсических характеристик дизеля с нейтрализатором ТК ОГ
4.2. Задачи экспериментального исследования
4.3. Программа и методика экспериментального исследования
4.3.1. Основание для проведения экспериментальных исследований, место проведения испытаний

4.3.2. Технические характеристики объектов экспериментальных 114 исследований (испытаний)
4.3.3. Условия и порядок проведения экспериментальных 117 исследований (испытаний)
4.3.4. Объем испытаний
4.4. Используемая аппаратура и приборы в исследованиях
4.5.Особенности тарировок применяемых измерительных приборов
4.6 Методика эксплуатационных испытаний
4.7. Исследование мощностных и топливно-экономических показателей 126 характеристик дизеля Д-240 с ЭТКН
4.8.Исследование показателей и характеристик концентраций токсичных 132 компонентов и сажи в ОГ дизеля Д-240 с ЭТКН
4.9.Исследование показателей и характеристик эффективности ЭТКН
4.10. Обработка результатов испытаний, оценка точности и ошибок 136 экспериментального исследования
4.11. Выводы
4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
ПРИМЕНЕНИЯ ЭТКН
6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

• снижение механических (газодинамических) и тепловых потерь при движении потока ОГ внутри ЭТКН;
• совершенствование массообменных процессов, процессов перемешивания компонентов ОГ, увеличение турбулизации потока ОГ, интенсифицирующих протекание химических каталитических реакций.
С целью выбора направлений теоретических и экспериментальных методов исследования перечисленных процессов проведен анализ отечественной и зарубежной научной и технической литературы.
Вопросам интенсификации в газовых потоках химически реагирующих процессов аэродинамической закруткой потоков посвящен ряд работ [5, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63].
Автор работы [51] приводит систематизированный анализ и обобщение по большому количеству научных публикаций различных идей и проблем, сопутствующих разнообразным способам и устройствам, обеспечивающих закрутку потоков газов. Однако описание нейтрализаторов токсических компонентов (ТК) в ОГ ДВС и/или вопросы исследования процессов их очистки в этой работе отсутствуют. Авторами этих работ отмечается, что закрученные струи получили широкое распространение в различных технических устройствах для повышения устойчивости воспламенения и интенсификации горения (окисления). В отличии от прямоточных, закрученные струи обладают большей интенсивностью смешения и, соответственно, большим углом раскрытия струи, меньшей дальнобойностью, повышенной эжектирующей способностью. По мере удаления струи от сопла расширяются ее границы, возрастает ширина струи, уменьшается средняя скорость в сечении и увеличивается расход газа. Количество движения в струе остается постоянным, а энергия ее падает.
Различают два подхода в формировании и изучении закрученных газовых струй [51, 64, 65]. Струи со слабой закруткой потока (параметр закрутки Ф < 0,5) и сильно закрученные струи с большими значениями параметра закрутки (Ф >0,5). При формализованном описании этих течений используют математические модели (ММ) в виде эллиптических дифференциальных уравнений (при слабой закрутке) или параболических - для сильно закрученных струйных потоков газа. Первые имеют меньшую трудоемкость в использовании численных методов исследования и допускают применение теории пограничного слоя [66, 67], поэтому они наиболее удобны в теоретическом исследовании.