Конвертирование рабочего процесса транспортных ДВС на природный газ и водород

• Автор: Галышев, Юрий Виталиевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 365 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТОПЛИВА, ИХ ПОЛУЧЕНИЕ, ХРАНЕНИЕ, МОТОРНЫЕ СВОЙСТВА
1Л. Твердые и жидкие топлива ненефтяного происхождения
1.1 Л. Угольное топливо
1Л .2. Синтетические жидкие топлива
1 Л.3. Спирты
1Л .4. Растительные масла
1.2. Газовые топлива для ДВС
1.2Л. Виды газовых топлив
1.2.2. Транспортировка, распределение и хранение газовых топлив
1.2.3. Схемы газовых и газодизельных двигателей
1.2.3.1. Г азовые двигатели с принудительным воспламенением смеси
1.2.3.2. Газодизели
1.2.4. Экономические показатели и токсичность отработавших газов при работе на газовом топливе
1.3. Водородное топливо
1.3.1. Перспективы применения водородного топлива
1.3.2. Получение и хранение водорода на транспортных установках
1.3.3. Моторные свойства водородного топлива и особенности сгорания
1.3.4. Системы питания и способы регулирования мощности водородных двигателей
1.4. Выводы по главе
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ДВИГАТЕЛЯХ ПРИ РАБОТЕ НА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ВИДАХ ТОПЛИВА
2.1. Методика расчета газодинамических процессов в цилиндре двигателя
2.1.1. Основные допущения физико-математической модели внутрицилиндровых процессов
2.1.2. Численный метод крупных частиц
2.1.3. Особенности реализации метода применительно к внутренним течениям газа в цилиндре двигателя
2.1.3.1. Постановка граничных условий
2.1.3.2. Расчёт подвижной границы
2.1.4. Методика расчета процесса впрыска газа в цилиндр двигателя

2.1.5. Начальные условия, алгоритм и блок-схема программы расчета движения рабочего тела в цилиндре ДВС
2.1.6. Программный комплекс расчёта движения рабочего тела в цилиндре двигателя
2.1.7. Проверка достоверности методики расчета нестационарного течения рабочего тела в цилиндре двигателя внутреннего сгорания
2.1.7.1. Тестирование методики расчёта подвижной границы
2.1.7.2. Одномерное решение задачи движения газа в цилиндре
2.1.7.3. Моделирование течения затопленной струи
2.1.7.4. Сравнительные расчеты местного сопротивления
2.1.7.5. Апробационные расчеты, проведенные с использованием комплекса STAR-CD
2.2. Математическое моделирование рабочего процесса двигателей на перспективных видах топлива
2.2.1. Термодинамическая модель рабочего цикла
2.2.2. Физическая и математическая модель сгорания
и тепловыделения
2.2.2.1. Скорость распространения пламени
2.2.22. Моделирование тепловыделения в цилиндре бензоводородного двигателя
2.2.2.3. Моделирование тепловыделения в цилиндре газодизеля
2.2.3. Расчет равновесного состава продуктов сгорания
2.2.4. Методика расчета процесса образования оксидов азота в цилиндре двигателя с искровым зажиганием
2.3. Математическое моделирование процессов в системе топливоподачи
2.3.1. Специальная форсунка для газодизеля
2.3.2. Анализ конструкции нагнетательного клапана
2.3.3. Уравнения движения.топлива в нагнетательном трубопроводе
2.3.4. Граничные условия у начала нагнетательного трубопровода
2.3.5. Граничные условия у конца нагнетательного трубопровода
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ДВИГАТЕЛЯХ ПРИ РАБОТЕ НА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ВИДАХ ТОПЛИВА
3.1. Расчетное исследование внутрицилиндровых процессов в четырехтактном двигателе с непосредственным впрыском газа
3.1.1. Влияние формы камеры сгорания на расслоение газовоздушной смеси.
3.1.2. Определение давления впрыска
3.1.3. Определение продолжительности впрыска
3.1.4. Исследование влияния опережения впрыска газа на характер и качество расслоения смеси на различных мощностных и скоростных режимах
3.2. Расчетное исследование процессов в модернизированной системе подачи жидкого топлива газодизеля
3.2.1. Задачи исследования и исходные данные
3.2.2. Особенности протекания процесса топливоподачи в новой системе впрыска топлива
3.2.3. Выбор настройки системы топливоподачи
3.2.4. Параметры впрыска в широком диапазоне режимов
3.3. Рациональный закон регулирования мощности газодизеля
3.4. Расчетное исследование мощностных, экономических и токсических характеристик двигателя при работе на бензопароводородовоздушных и водородовоздушных смесях
3.4.1. Принципы выбора состава бензопароводородовоздушной смеси на различных режимах работы двигателя
3.4.2. Определение рационального состава бензопароводородо -воздушной смеси при работе двигателя по внешней скоростной характеристике
3.4.3. Определение рационального состава бензопароводородо-воздушной смеси при работе двигателя на частичных нагрузках
3.4.3.1. Определение состава смеси при неограниченном расходе водорода
3.4.3.2. Определение состава смеси при заданном расходе водорода
3.4.4. Анализ возможных вариантов организации рабочего процесса водородного двигателя
3.5. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ВИДАХ ТОПЛИВА
4.1. Экспериментальное исследование газодизеля
4.1.1. Испытательный стенд
4.1.2. Информационно-измерительная система
4.2. Результаты экспериментального исследования газодизеля
4.2.1. Основные параметры и характеристики газодизеля
4.2.2. Особенности топливоподачи и рабочего цикла газодизеля
4.2.3. Задержка самовоспламенения топлива
возможностями сгорания. Эту часть нагрузок требуется обеспечивать изменением количества поступающей смеси.
Таблица 1.8 Характеристики некоторых газовых двигателей
Марка двигателя Диаметр цилиндра/ход поршня, мм Степень сжатия Номинальный коэффициент избытка воздуха Удельный расход тепла, кДж/кВтч
ГЧ 8,5/11 85/110 9,5 1,35 И
Д37МГ 105/120 7,5 1,4 11
ГДГА-48 120/140 11,5 1,4 10
КамАЗ 74119 ' 1,3 9
1Д12ВГ-300 150/180 10,5 1,5 10
М-623 Г 180/200 И 1,3 10
11ГД100 207/2x254 12,5 - 11
ГМ-8 220/225 10,5 - 9
64ГА 230/2x300 11 - 10
НУ-16 330/381 - - 9
6ГЧН 36/45 360/450 10,8 1,9 10
В выполненных двигателях (табл. 1.8) встречаются весьма различные алгоритмы изменения состава смеси в зависимости от нагрузки. Так, в двигателях типа 6ГЧ 12/14 и ГД37М коэффициент избытка воздуха, установленный для номинального режима на уровне 1,4, с уменьшением нагрузки снижается до 1,2. Напротив, у двигателя 1Д12ВГ-300 при приблизительно такой же регулировке номинального режима смесь при нагрузке около 0,4 от номинальной обедняется до 1,6, а к холостому ходу несколько обогащается. Двигатели, имеющие форкамерно-факельную систему воспламенения, могут работать со средними коэффициентами избытка воздуха порядка 1,6-1,8 на номинальном режиме при качественном регулировании на частичных нагрузках.
1.2.3.2. Газодизели
Газодизели, или двухтопливные двигатели, создаются только на базе дизелей. В таких двигателях подготовленная газовоздушная смесь поджигается при самовоспламенении «запального» жидкого топлива. Этот