Основы моделирования внутрицилиндровых процессов и токсичности дизелей тепловозов

• Автор: Булыгин, Юрий Игоревич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 328 с. : ил. + Прил. (220 с.: ил.)

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ГЛАВА I МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧНОСТИ
И ЭКОЛОГИЧНОСТИ ДИЗЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗОВ
1.1 Уточнение размеров санитарно-защитных зон предприятий,
эксплуатирующих маневровые и магистральные тепловозы
1.2 Исследования, направленные на повышение экономичности
и экологичности дизелей тепловозов
1.2.1. Совершенствование рабочего процесса двигателя
1.2.2. Применение новых перспективных конструкций
и схем работы ДВС
1.2.3. Регулирование углов опережения впрыска топлива
1.2.4. Использование новых или модернизованных
топливных систем
1.2.5. Использование альтернативных и комбинированных
видов топлив
1.2.6. Применение рециркуляции отработавших газов
1.2.7. Охлаждение свежего заряда и дросселирование
на впуске дизеля
1.2.8. Системы нейтрализации и очистки отработавших
газов дизелей тепловозов
1.3. О выборе критерия для выдачи разрешения на
эксплуатацию тепловозов
1.3.1. Экологический контроль дизелей тепловозов
1.3.2. Методика безразборной диагностики и регулировки
ттоо
1.4 Роль углубленного моделирования внутрицилиндровых
процессов дизелей локомотивов
1.4.1. Особенности различных подходов к моделированию рабочего процесса тепловозного ДВС
1.4.2. Идентификация моделей рабочего процесса тепловозных дизелей и моделей образования вредных веществ
ГЛАВА II ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ
МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ТОКСИЧНОСТИ ДВС
2.1. История развития различных методов расчета рабочих процессов в тепловых двигателях
2.2. Описание моделей рабочих процессов в цилиндре ДВС
2.2.1. Газодинамические модели в цилиндре
2.2.2. Модели теплообмена в двигателе
2.2.3. Модели процесса сгорания в двигателях
2.3. Модели образования вредных веществ в ДВС
2.3.1. Основные положения физической модели
образования окислов азота в цилиндре дизеля
2.3.2. Математическая модель образования термических
окислов азота в цилиндре дизеля по A.C. Лоскутову
2.3.3. Методы расчета концентраций оксидов азота в поршневых
ДВС на основе одно- и многозонных моделей
2.3.4. Модели сгорания топлива и образования вредных
веществ Н.Ф. Разлейцева
2.3.5. Многозонная модель образования NOx МГТУ им. Баумана
2.3.6. Математическая модель расчета продуктов сгорания
топлива в тепловозных дизелях Е.И. Сковородникова
2.3.7. Физико-химическая модель процесса
результирующего сажевыделения по P.M. Петриченко
2.4. Программные продукты, моделирующие рабочий процесс
и токсичность ДВС
ГЛАВА III УГЛУБЛЕННЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ И ТОКСИЧНОСТИ ДВС
3.1. Математическая модель химической кинетики:
общие положения
3.2. Математическая модель турбулентности
3.3. Математическая модель испарения топливных капель
3.4. Некоторые частные математические модели рабочих
процессов
3.5. Элементарные химические процессы в поршневых
ДВС (кинетическое описание)
3.5.1. Требования к кинетической схеме химических превращений
3.5.2. Принципы отбора кинетических данных
3.5.3. Получение недостающей кинетической информации
3.5.4. Образование окислов азота при горении моторных
топлив (кинетическая схема и константы реакций)
3.5.5. Химические реакции, определяющие кинетику горения в
дизеле
3.5.6. Специфика химизма горения в дизелях
3.6. Полуэмпирическая квазигазодинамическая модель
3.7. Статическая термодинамическая и термохимическая модели
3.8. Модель закаливания оксидов азота в камере сгорания
3.8.1. Кинетика образования оксида азота по Я.Б.Зельдовичу, модифицированная для учета гибели N0
3.8.2. Алгоритм идентификации брутто-модели токсичности ДВС
по окислам азота
3.8.3. Получение зависимостей динамики изменения выбросов N0 от угла поворота коленчатого вала тепловозного дизеля

размера капель топлива в 2-3 раза (за счет применения высокого давления распыла) на холостом ходу и малых нагрузках индикаторная мощность дизеля тепловоза повышается, примерно на 55-75 кВт и более, по сравнению с его паспортными данными. Удельные расходы топлива снижаются на 35-50 % по сравнению со штатной топливной системой.
1.2.5 Использование альтернативных и комбинированных видов
топлив
Одним из перспективных направлений улучшения энерго-экологических параметров дизелей тепловозов является использование альтернативных и комбинированных видов топлив. Способ достаточно перспективен, поскольку при использовании 10-20 % добавок к дизельному топливу можно практически не изменять конструкцию ДВС. Так, например, при впрыске воды в воздух на всасывании или при подготовке водотопливных эмульсий и содержание в ОГ окислов азота и углерода значительно снижается особенно на нагрузках близких к номинальным.
Как следует из результатов расчетов по газодинамической модели (табл. 1.4) и данных ряда экспериментальных работ наиболее перспективными добавками к дизельному топливу с точки зрения обеспечения экологической безопасности для тепловозов являются метанол и этанол. Причем, если применение метанола несколько более эффективно, чем этанола по степени снижения выбросов сажи и СО, то удельные расходы топлива ниже у этанола на 20...30 %. Существенный экологический эффект также можно получить при использовании диметилового эфира СН3ОСН3.
Что касается газообразных топлив, то вне конкуренции находится водород, использование которого на транспорте сопровождено лишь с незначительными выбросами ИОх . Однако здесь имеется ряд трудностей, связанных с его чрезвычайной взрывоопасностью и высокой стоимостью получения. Наиболее