Повышение экономических и экологических показателей дизель-генераторных установок утилизацией теплоты отработавших газов в двигателе с внутренним объемным парообразованием

• Автор: Руднев, Валерий Валентинович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 180 с.

Принятые условные обозначения

Принятые сокращения

Глава 1 Повышение эффективных показателей дизель-генераторных установок за счет утилизации теплоты их отработавших газов

1.1 Требования, предъявляемые к силовым установкам

1.2 Анализ энергетических параметров теплоты выбрасываемой двигателем внутреннего сгорания в атмосферу

1.3 Системы утилизации тепловых потерь силовых установок

1.3.1 Паросиловые установки с внешним парообразованием

1.3.2 Термоэлектрические генераторы

1.3.3 Газовые турбины

1.3.4 Двигатели Стирлинга

1.3.5 Воздушные расширительные машины

1.3.6 Поршневые двигатели с внутренним парообразованием
1.3.6.1 Двигатели с поверхностным парообразованием
1.3.6.2 Двигатели с внутренним объемным парообразованием
1.4 Цель и задачи исследования
Глава 2 Структура физической модели силовой установки
2.1. Принципы системного анализа установок двухуровневого использования теплоты
2.2 Особенности исследуемой силовой установки как многоуровневой технической системы
2.3 Процессы способствующие обезвреживанию отработавших газов в утилизационном двигателе
2.4 Показатели для оценки эффективности силовой установки
Глава 3 Математическая модель силовой установки
3.1 Разработка конструкции утилизационного двигателя с внутренним объемным парообразованием

3.2 Математическая модель силовой установки с утилизационным поршневым двигателем с внутренним объемным парообразованием
Глава 4 Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента
4.1. Экспериментальная установка
4.1.1 Силовая установка
4.1.2 Оборудование экспериментальной установки
4.1.3 Оценка погрешности измерений
4.2 Методика экспериментального исследования
Глава 5 Результаты экспериментального исследования
5.1 Влияние регулировочных и эксплуатационных характеристик утилизационного двигателя на частоту вращения его коленчатого
вала, на характер процесса сжатия в нем, на дымность и токсичность отработавших газов силовой установки
5.2. Оценка адекватности математической модели двигателя с внутренним объемным парообразованием
5.3 Исследование рабочего процесса утилизационного двигателя
5.4 Изменение мощностных, экономических и экологических
показателей силовой установки с утилизационным двигателем
Заключение
Список использованной литературы
Приложение
Принятые условные обозначения
Ые Эффективная мощность
ц Коэффициент полезного действия
С) Количество теплоты
в Часовой расход
С, Концентрация ьго компонента в газах
п Частота вращения вала
0 Момент начала впрыскивания воды в цилиндр двигателя
Рвпр Давление впрыскивания воды в цилиндр утилизационного двигателя
фвпр Продолжительность впрыскивания воды в цилиндр
ре Эффективное давление
Тог Температура отработавших газов
Тех Температура стенок цилиндра утилизационного двигателя
псж Показатель политропы процесса сжатия
Принятые сокращения ВВ Вредные вещества
ВМТ Верхняя мертвая точка
ГТ Д Г азотурбинный двигатель
ДВС Двигатель внутреннего сгорания
ДВОП Двигатель с внутренним объемным парообразованием ДГУ Дизель-генераторная установка
КПД Коэффициент полезного действия
НМТ Нижняя мертвая точка
ОГ Отработавшие газы
ПД Первичный двигатель
ПДК Предельно-допустимая концентрация
ПКВ Поворот коленчатого вала
СУ Силовая установка
УД Утилизационный двигатель

Процессы, происходящие на четвертом ерархическом уровне в виде математической модели [27], будут описаны в третьей главе.
2.3 Процессы способствующие обезвреживанию отработавших газов в утилизационном двигателе
Кроме описанных выше процессов, связанных с парообразованием и производством полезной работы, при указанной выше температуре (порядка 1770 К) компоненты парогазовой смеси, находящиеся в цилиндре после впрыскивания в него воды, претерпевают сложные изменения. Имеющиеся литературные данные [98] позволяют предположить возможность протекания ряда процессов радикального характера.
Прежде всего, присутствие в системе паров воды при температуре 1770 К приведет к термической диссоциации ее молекул [98,108]:
1SOO°C
2Н20 о 2Н2 + 02.
Отметим, что в случае присутствия в цилиндре значительного количества кислорода и образования водорода при пиролизе углеводородов (см. ниже) возможно некоторое смещение равновесия влево. Тогда образование молекул воды из простых веществ будет протекать по радикальному механизму [109]:
Н2 + 02 = ОН + ОН I - Зарождение цепи;
ОН + Н2 = Н2 О + Н II - Развитие цепи;
II + 02 = ОН + О III - Разветвление цепи;
0 + Н2 = ОН + Н ит. д.;
ОН + ОН = Н2Ог IV - Обрыв цепи.
Углеводороды, содержащиеся в ОГ ДВС и поступившие в цилиндр утилизационного двигателя при температурах выше 1270 К, будут подвергаться пиролизу с образованием пиролитического углерода, водорода и частично ацетилена [109]: