Снижение дымности отработавших газов дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливных эмульсий

• Автор: Шаромов, Иван Михайлович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Киров
• Количество страниц: 179 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1Л. Социально-экологические аспекты влияния автотракторных двигателей на окружающую среду

1.2. Использование топливного этанола в дизельных двигателях

1.3. Физико-химические основы образования сажи в дизелях

1.3.1. Физико-химические свойства частиц сажи

1.3.2. Теории образования сажи из углеводородов топлива

1.3.3. Выгорание сажи

1.3.4. Физико-химический механизм выделения сажи в дизеле
1.4. Образование бенз(а)пирена и зародышей сажи
1.5. Особенности смесеобразования и сгорания в дизелях при работе на этаноло-топливной эмульсии
1.6. Задачи исследований
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СНИЖЕНИЯ ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ 44 11,0/12,5 ПРИ РАБОТЕ НА ЭТАНОЛО-ТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ
2.1. Уточненный химизм процессов образования и выгорания частиц сажи в цилиндре дизеля 44 11,0/12,5 при работе на этаноло-топливной эмульсии
2.2. Уточненная математическая модель образования и выгорания частиц сажи в цилиндре дизеля 4411,0/12,5 при работе на этаноло-топливной эмульсии
2.3. Теоретические расчеты массовой концентрации сажи в цилиндре дизеля 44 11,0/12,5 при работе на дизельном топливе и этаноло-топливной эмульсии в зависимости от угла поворота коленчатого вала
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Объект испытаний
3.2. Методика проведения лабораторных исследований
3.3. Методика исследований свойств этаноло-топливных эмульсий
3.4. Экспериментальная установка, приборы и оборудование
3.5. Расчет выбросов вредных газообразных веществ
3.6. Методика обработки результатов исследований
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭТАНОЛО-ТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ 44 11,0/12
4.1. Результаты исследований влияния применения этаноло-топливной эмульсии на эффективные, экологические и показатели рабочего процесса дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от установочного УОВТ
4.1.1. Результаты исследований влияния применения этаноло-топливной эмульсии на эффективные показатели дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от установочного УОВТ

4.1.2. Результаты исследований влияния применения этаноло-
топливной эмульсии на экологические показатели дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от установочного УОВТ
4.1.3. Результаты исследований влияния применения этаноло-
топливной эмульсии на показатели процесса сгорания и сажесодержа-ния в цилиндре и отработавших газах дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от установочного УОВТ
4.2. Результаты исследований влияния применения этаноло-топливной эмульсии на эффективные и экологические показатели дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от режимов работы
4.2.1. Результаты исследований влияния применения этаноло-
топливной эмульсии на эффективные показатели дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от частоты вращения коленчатого вала
4.2.2. Результаты исследований влияния применения этаноло-
топливной эмульсии на экологические показатели дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки
4.3. Результаты исследований влияния применения этаноло-топливной эмульсии на показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 44 11,0/12
4.3.1. Изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 44 11,0/12,5 при работе на дизельном топливе и этаноло-топливной эмульсии в зависимости от угла поворота коленчатого вала
4.3.2. Изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 44 11,0/12,5 при работе на дизельном топливе и этаноло-топливной эмульсии в зависимости от угла поворота коленчатого вала при оптимальных установочных УОВТ
4.4. Результаты исследований влияния применения этаноло-топливной эмульсии на показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и отработавших газах дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от режимов работы
4.4.1. Результаты исследований влияния применения этаноло-топливной эмульсии на показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и отработавших дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки
4.4.2. Результаты исследований влияния применения этаноло-топливной эмульсии на показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и отработавших газах дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от частоты вращения коленчатого вала
5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИ4ЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭТАНОЛО-ТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ В КА4ЕСТВЕ МОТОРНОГО ТОПЛИВА ДЛЯ ДИЗЕЛЯ 44 11,0/12,5 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ЛИТЕРАТУРА ПРИЛОЖЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
1. Ке - эффективная мощность дизеля, кВт
2. Мк - крутящий момент дизеля, Н-м
3. п - частота вращения коленчатого вала дизеля, мин'1
4. ре - среднее эффективное давление, МПа
5. Ов - часовой расход воздуха, кг/ч
6. От - часовой расход топлива, кг/ч
7. Охдтприв - часовой расход ДТ в составе эмульсии, кг/ч
8. а - коэффициент избытка воздуха
9. ge - удельный эффективный расход топлива, г/(кВт-ч)
Ю. дТ прив, - удельный эффективный расход ДТ в составе эмульсии, г/(кВт-ч)
11. Т|е " эффективный коэффициент полезного действия
12. Т - температура отработавших газов, °С
13. ф - угол поворота коленчатого вала, градус
14. Фтшах - угол, соответствующий максимальной температуре цикла, градус
15. фРг шах угол, соответствующий максимальному давлению цикла, градус
16. фсвых - угол поворота коленчатого вала, соответствующий значению массовой концентрации сажи в момент открытия выпускного клапана, градус
17. Фстахдттеор, фсшах этэ теор - угол поворота коленчатого вала,
соответствующий максимальному теоретическому значению массовой концентрации сажи при работе на ДТ и ЭТЭ соответственно, градус
18. фСгпахдтрасч, фСшахэтэрасч “ УГОЛ ПОВОрОТД КОЛеНЧВТОГО Вала,
соответствующий максимальному значению расчетной массовой концентрации сажи при работе на ДТ и ЭТЭ соответственно, градус
19. ©впр - установочный угол опережения впрыскивания топлива, градус
20. ©впр дт? ©впр этэ - установочный угол опережения впрыскивания ДТ и ЭТЭ соответственно, градус
21 Ргшах - максимальное давление сгорания в цилиндре, МПа
22. Т - осредненная температура цикла в цилиндре, К
23. Ттах - максимальная осредненная температура цикла в цилиндре, К
24. Сдт, Сэтэ - массовая концентрация сажи при работе на ДТ и ЭТЭ соответственно, г/м3
25. Сдх хеор, Сэтэ теор - теоретическая массовая концентрация сажи при работе на ДТ и ЭТЭ соответственно, г/м3
26. Сдт опыт, Сэтэ опыт - массовая концентрация сажи, полученная опытным путем, при работе на ДТ и ЭТЭ соответственно, г/м3
27. Сдт Расч, Сэтэ расч - расчетная массовая концентрация сажи при работе на ДТ и ЭТЭ соответственно, г/м3
28. С щах дт теор, Стах этэ теор - максимальное теоретическое значение массовой концентрации сажи при работе на ДТ и ЭТЭ соответственно, г/м3

По мере роста частиц сажи постепенно утрачиваются их радикальные свойства, одновременно в пламени уменьшается концентрация углеводородов газовой фазы, и рост частиц замедляется. На этой стадии коалесценции приводит к образованию цепочечных и хлопьевидных структур из сажевых частиц с размерами цепей от нескольких сотен нанометров до нескольких микрометров [133, 201, 207, 214, 220, 230].
Процесс образования разветвленных или неразветвленных цепочечных структур называют агрегацией или агломерацией. Для процесса агрегации потребное время составляет величину порядка 100 мс. Из-за относительно малого времени пребывания (5...40 мс) процессы агрегации сажистых частиц в цилиндре дизеля маловероятны [88, 92, 170, 236, 241]. Это подтверждается тем, что цепочечные структуры не обнаружены в дизельной саже, пробы которой взяты непосредственно из цилиндра дизеля.
Скорость процесса коагуляции рассчитывают при следующих основных допущениях:
1) все частицы имеют сферическую форму;
2) результатом каждого столкновения частиц является их коагуляция.
Явление коагуляции сопровождает процесс образования зародышей
время 0,05 мс численная плотность частиц снижается в 10...30 раз. По истечении этого времени частицы принимают сферическую форму. Рост частиц прекращается, когда происходит выгорание начального количества углеводородов газовой фазы, после чего возможен процесс агрегации частиц. Однако существуют некоторые свидетельства, что к концу сажеобразования в системах с пониженным давлением соударения частиц происходят без прилипания вследствие потери радикальных свойств частицами сажи из-за насыщения их поверхностных связей адсорбированными углеводородами. Подобное явление может иметь место и для дизельной сажи. Анализ структуры частиц сажи показывает, что в частице содержится примерно 103 кристаллитов. Из-за этого можно заключить, что в дизеле имеет место 1000-кратная коагуляция за время 1...2 мс после локального образования зародышей.