Уменьшение содержания оксидов азота в отработавших газах судовых дизелей посредством использования водородосодержащего газа

• Автор: Титов, Сергей Владиленович
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 114 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ УМЕНЬШЕНИЯ
СОДЕРЖАНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Актуальность проблемы уменьшения количества вредных выбросов
с отработавшими газами дизеля

1.2 Нормирование и анализ содержания токсичных компонентов в отработавших газах дизелей
1.3 Основные направления сокращения содержания загрязняющих веществ в отработавших газах дизелей
1.4 Анализ рабочего процесса дизеля при использовании водорода и
водородосодержащих присадок
1.5 Выводы по обзору. Постановка задач дальнейшего
исследования
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА
АКУСТИЧЕСКОЙ ВНУТРИКАПЕЛЬНОЙ КАВИТАЦИИ
2.1 Применение процесса внутрикапельной кавитации для газификации дизельного топлива
2.2 Численное исследование процесса паровой внутрикапельной кавитации
2.3 Анализ результатов численного исследования
2.4 Основные результаты исследования. Выводы
3 ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССА ВНУТРИКАПЕЛЬНОЙ
КАВИТАЦИИ ДЛЯ ГАЗИФИКАЦИИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
3.1 Анализ известных способов и устройств предназначенных для получения водорода и водородо содержащих газов
3.2 Исследование процесса испарения единичной капли дизельного то-
плива в возмущенной воздушной среде
3.3 Исследование процесса газификации конгломерата капель распыленного дизельного топлива в осциллирующей газовой среде
3.4 Основные результаты исследования. Выводы
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СУДОВОГО
ГАЗОВОГО ГЕНЕРАТОРА
4.1 Основные требования, предъявляемые к конструкции судового
газового генератора
4.2 Конструкция термического судового газового генератора
4.3 Исследование работы газового генератора
4.4 Основные результаты исследования. Выводы
5 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕЙ ГАЗОВОЙ ПРИСАДКИ НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ
5.1 Описание опытной установки и методики проведения эксперимента. Анализ погрешностей измерений
5.2 Экспериментальное исследование влияния присадки водородосодержащего газа на концентрацию оксидов азота в отработавших газах судового дизеля
5.3 Численное исследование влияния газовой присадки на образование загрязняющих веществ в камере сгорания дизеля
5.4 Основные результаты исследования. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время энергетика является одной из основ существования и развития цивилизации на нашей планете.
Известно, что более 70% всей энергии на планете вырабатывается поршневыми двигателями внутреннего сгорания [55]. Самым экономичным среди них является двигатель с воспламенением от сжатия - дизель. На судах морского и речного флота дизели представляют основной вид судовых энергетических установок, как главных, так и вспомогательных. Такое доминирующее положение по оценкам специалистов сохранится и на обозримую перспективу [54].
К наиболее существенным недостаткам дизеля относится проблема загрязнения атмосферного воздуха токсичными химическими соединениями, содержащимися в отработавших газах.
Наносимый окружающей среде работающим дизелем ущерб в 1,7 раза больше чем ущерб от бензинового двигателя [115]. В настоящее время в отработавших газах обнаружено более 1200 различных химических соединений [77]. Пока среди них нормированию подлежат 4 компонента. Это оксиды азота, оксид углерода, суммарные углеводороды и твердые частицы. Однако со временем их количество будет увеличиваться. Наибольшую опасность для человека представляют оксиды азота, которые поражают дыхательные пути, вызывают отек легких, различные болезни кожи, глаз и других органов. Поэтому этот компонент стоит на первом месте.
Сейчас проблема уменьшения выбросов загрязняющих веществ работающим дизелем является одной из важнейших задач двигателестроения, от решения которой зависит состояние здоровья и сохранение генофонда человечества. Поэтому, исследования связанные с улучшением экологических показателей судовых дизелей являются актуальными.
Цель работы. Уменьшение концентрации оксидов азота в отработавших

При увеличении давления вязкость дизельного топлива возрастает в десятки и сотни раз [16, 19, 64], а при нагреве до 550 °К уменьшается в 5-10 раз и в дальнейшем, при повышении температуры остается постоянной [19, 53, 68, 89, 90, 114].
Поверхностное натяжение с повышением температуры быстро падает, а с ростом давления постепенно увеличивается [13, 35, 121].
Начало развития процесса кавитации в жидкостях определяется порогом кавитационной прочности. Численное значение этого порога для частот 10-44 кГц экспериментально установить оказалось практически невозможно как из-за несовершенства приборов и методов измерения, так и вследствие влияния на него множества различных факторов. Можно, лишь достаточно корректно утверждать, что для дизельного топлива в обычных условиях при частоте 20 -22 кГц для преодоления этого порога необходима интенсивность пульсаций в 2,3-3 Вт/см2, а для хорошо очищенных моторного ДТ, газотурбинного и флотского мазута Ф-5 примерно 1 Вт/см2 [44].
При повышении температуры и при увеличении концентрации примесей в жидкости кавитационный порог снижается.
Процесс кавитации в жидкостях находящихся в состоянии кипения существенно отличается от кавитации в обычных условиях и является, как правило, чисто паровой кавитацией [2].
Если в обычных условиях увеличение размера кавитационных пузырьков является результатом процесса диффузии газов растворенных в жидкости, то в кипящих жидкостях их рост обусловлен процессами парообразования.
В кипящих жидкостях значения статического давления и давления насыщенных паров близки и поэтому даже при незначительных перепадах давления в газовой среде, в них возможно появление новых паровых пузырьков, и следовательно возможен процесс паровой кавитации [1]. При этом порог кавитационной прочности значительно снизится.