Улучшение экологических и экономических показателей судовых дизельных энергетических установок за счет дополнительного возмущения газовой среды

• Автор: Науменко, Олег Федорович
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Уменьшение содержания твердых частиц в отработавших газах - составная часть задачи совершенствования

отечественных дизелей

1.2 Нормирование и контроль содержания загрязняющих

веществ в отработавших газах судовых дизелей

1.3 Влияние технического состояния дизеля на его экономические и экологические показатели. Анализ парка судовых дизелей ОАО «Амурское пароходство»
1.4 Обзор и анализ основных направлений уменьшения содержания твердых частиц в отработавших газах
1.5 Использование газодинамических колебаний для уменьшения дымности отработавших газов

1.6 Выводы по обзору. Постановка задач дальнейшего исследования

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ЧАСТИЦЫ ДИЗЕЛЬНОЙ САЖИ В ВОЗМУЩЕННОЙ СРЕДЕ

2.1 Химический состав твердых частиц

2.2 Анализ процесса горения твердого углеводородного топлива
2.3 Исследование процесса горения твердой частицы в невозмущенном пламени газовой горелки
2.4 Исследование влияния газодинамических колебаний на процесс горения неподвижной частицы дизельной сажи
2.5 Результаты исследования. Выводы

3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ ОСЦИЛЛЯЦИЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ НА ДИНАМИКУ
ДВИЖЕНИЯ И ОБДУВА ВЗВЕШЕННОЙ ТВЕРДОЙ ЧАСТИЦЫ
3.1 Амплитудно-частотные характеристики газодинамических колебаний рабочего тела в судовых дизелях
3.2 Структура и характеристики твердых частиц, содержащихся в отработавших газах дизеля
3.3 Численное исследование влияния газодинамических колебаний на движение и обдув частиц дизельной сажи
взвешенных в осциллирующей газовой среде
3.4 Основные результаты исследования. Выводы
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСЦИЛЛЯЦИЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ НА СОДЕРЖАНИЕ
ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ДИЗЕЛЯ
4.1 Экспериментальная установка. Методика проведения испытаний. Анализ погрешностей измерений
4.2 Исследование влияния газодинамических колебаний
в цилиндре дизеля на дымность отработавших газов
4.3 Исследование влияния осцилляций газа в выпускном коллекторе дизеля на дымность отработавших газов
4.4 Основные результаты исследования. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Энергетика является одной из основ существования и развития цивилизации на нашей планете.
Известно, что около 80% всей энергии на планете вырабатывают двигатели внутреннего сгорания [55]. Среди них самым экономичным является двигатель с воспламенением от сжатия - дизель. Эффективный КПД судовых дизелей превысил 50 % и перспективе ожидается создание двигателей с КПД 58% и даже 60 % [58].
Благодаря своим преимуществам дизели вытеснили другие типы энергетических установок на судах речного и морского флота.
Анализ перспектив развития судовых дизельных энергетических установок показывает, что в ближайшем будущем они сохранят доминирующее положение [54, 95].
Работающий дизель является интенсивным источником шумового, теплового и химического загрязнения окружающей среды.
На одну тонну сожженного топлива дизель выбрасывает с отработавшими газами 35 кг СО, 11 кг углеводородов, 51 кг оксидов азота и до 5 кг твердых частиц [80]. В ряде случаев выбросы твердых частиц дизелем достигают 1 % от массы сожженного топлива [24]. Эти частицы адсорбируют на своей поверхности оксиды серы и высокомолекулярные соединения углеводородов, включая канцерогенные. Дым вызывает нарушение работы дыхательных органов человека, способен поражать легкие, дыхательные пути, вызывать аллергию и болезнь кожи.
Образующиеся при сгорании топлива твердые частицы не только загрязняют атмосферный воздух, но и является причиной абразивного изнашивания деталей ЦПГ, газоабразивиого износа выпускных клапанов, увеличивают угар масла, снижает индикаторный КПД. С увеличениехм степени износа двигателей

процессы интенсивного образования частиц сажи.
Исследуем влияние содержания окислителя в пламени горелки на процесс сгорания твердой частицы в возмущенном пламени. Обеднение кислородом пламени осуществлялось посредством уменьшения подачи воздуха в корпус горелки.
d/d о 0,75 0,5
0,25
0 20 40 60 ВО 100 *,с
Рисунок 2.16 - Динамика горения твердой частицы в осциллирующем пламени содержащим различное количество кислорода. 1 — обогащенное окислителем пламя; 2 — обедненное пламя 1-140 дБ; 1=1000 Гц
На рисунке 2.16 приведены сравнительные диаграммы процесса изменения диаметра твердой частицы при ее горении в пульсирующем пламени, с различной концентрацией окислителя. Из рисунка видно, что при обеднении пламени кислородом, время существования частицы увеличилось более чем в три раза.
Из этого следует вывод, что концентрация кислорода в газовой среде в значительной степени определяет время горения частиц сажи.
Известно [93], что количество жидких фракций топлива и масла составляет до 50% массы частицы дизельной сажи. Концентрация этих компонентов