Снижение вредных выбросов тракторного дизеля 4Ч 11/12,5 путем рециркуляции отработавших газов

• Автор: Петров, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.20.03, 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 220 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения, переменные и сокращения

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Воздействие ДВС мобильной сельскохозяйственной техники на природную среду

1.2. Состав отработавших газов и процесс образования основных токсичных веществ

1.3. Основные направления снижения вредных выбросов при эксплуатации дизелей.

1.3.1. Эксплуатационные факторы и их влияние на содержание вредных веществ в отработавших газах
1.3.2. Совершенствование конструкций двигателя и организация малотоксичных рабочих процессов.

1.3.3. Альтернативные виды топлива и антидымные присадки

1.3.4. Очистка отработавших газов в выпускной системе дизеля

1.3.5. Рециркуляция отработавших газов
1.4. Выводы. Цель и задачи исследования.
2. ПРОГРАММА И МЕТОДИКИ ПРОВОДИМОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Программные научноисследовательские мероприятия.
2.2. Методы и задачи теоретического исследования процессов в системе рециркуляции отработавших газов дизеля
2.3. Методы экспериментального исследования процессов в системе рециркуляции
2.3.1. Задачи экспериментального исследования.
2.3.2. Методика экспериментальных исследований
2.3.3. Оборудование, используемое для стендовых и эксплуатационных исследований системы рециркуляции отработавших газов
2.3.4. Обработка результатов, оценка точности и ошибок экспериментальных исследований
2.4. Выводы.
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ДИЗЕЛЕ И ЭЛЕМЕНТАХ СИСТЕМЫ РЕЦИРКУЛЯЦИИ
3.1. Структурная и функциональная схемы моделируемой системы рециркуляции отработавших газов дизеля.
3.2. Рабочий процесс дизеля с системой рециркуляции отработавших газов.
3.3. Движение газодинамического потока отработавших газов в элементах системы рециркуляции
3.4. Газодинамическое сопротивление потоку отработавших газов в элементах системы рециркуляции
3.5. Динамика движения, сепарации и улавливания частиц сажи в элементах системы рециркуляции отработавших газов
3.6. Динамика разогрева устройства рециркуляции
3.7. Диффузия и кинетика химических реакций образования основных токсичных компонентов в цилиндре дизеля и в потоке отработавших газов системы рециркуляции.
3.8. Статистические оценки эффективности работы машиннотракторного агрегата на базе МТЗ с системой рециркуляции отработавших газов
3.9. Идентификация параметров математических моделей процессов в системе рециркуляции отработавших газов дизеля.
3 Параметрическая оптимизация системы рециркуляции отработавших газов
3 Выводы.
4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ
РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ.
4.1 Результаты исследования рабочего процесса дизеля ,5 с системой рециркуляции отработавших газов.
4.1.1. Модели молекулярных теплоемкостей.
4.1.2. Результаты уточненного теплового расчета дизеля ,
4.2. Результаты исследования особенностей распределения и неравномерности потока отработавших газов в зоне за закручивающим устройством системы рециркуляции.
4.2.1. Результаты исследования газодинамических сопротивлений элементов системы рециркуляции отработавших газов дизеля.
4.2.2. Исследование динамики движения частиц сажи в элементах системы рецирку ляции отработавших газов.
4.2.3. Результаты исследования разогрева системы рециркуляции дизеля.
4.3. Исследование математической модели образования оксидов азота и других токсичных компонентов дизеля с системой рециркуляции отработавших газов.
4.3.1. Концентрации оксидов азота
4.3.2. Концентрации оксида углерода
4.3.3. Концентрации углеводородов
4.4. Исследование показателей и характеристик эффективности работы системы рециркуляции отработавших газов дизеля на различных скоростных и нагрузочных режимах
4.5. Исследование математических моделей статистических оценок эффективности работы машиннотракторного агрегата на базе МТЗ с системой рециркуляции отработавших газов.
4.6. Результаты параметрической оптимизации настроек системы рециркуляции.
4.7. Закон управления системой рециркуляции отработавших газов дизеля ,
4.8. Выводы.
5. ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
СИСТЕМЫ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Их преимущества более высокий коэффициент полезного действия КПД до возможность работать на более дешевом топливе. Таблица 1. Выбросы мобильной с. Загрязняющие вещества В целом, тыс. По данным исследования, проведенного шведскими учеными и опубликованного в журнале i ii, отработавшие газы от дизелей существенно повышают риск рака легких. Продукты сгорания дизельного топлива по канцерогенности не уступают асбесту. Американские исследователи из университета Цинциннати установили, что отработавшие газы дизелей нарушают работу иммунной системы. Они подавляют активность ряда веществ, важных для правильного и своевременного реагирования иммунной системы на проникновение инфекционного агента ,. Вдыхание сажи содержащейся в отработавших газах вызывает болезнетворные изменения в системе дыхательных органов человека аллергию. Однако большая опасность связана со свойством сажи накапливать на поверхности своих частиц канцерогенный бензапирен. Длительное воздействие сажи на организм человека, таким образом, может привести к онкологическим заболеваниям. Углеводороды в отработавших газах состоят из исходных или распавшихся молекул топлива, которые не принимали участия в сгорании. Особое значение имеют выбросы бензола, толуола, полициклических ароматических углеводородов и в первую очередь бснзапирена. Все они относятся к группе канцерогенных веществ, не выводятся из организма человека, а со временем, накапливаясь в нем, способствуют образованию злокачественных опухолей , . Для большинства двигателей Европы и США нормы на выбросы в ОГ оксидов азота назначаются в зависимости от частоты вращения двигателя ,9. В ближайшее время в России будут вводиться более жесткие требования для дизелей. По данным ЦНИДИ в перспективе отечественные и зарубежные нормы ужесточаться до 3 раз, в сравнении с существующими в настоящее время . Таким образом, намечается большое поле деятельности по снижению вредных выбросов дизелей, что и определяет высокую актуальность данной проблемы. Резюмируя выше изложенное, отметим, что главным наиболее опасным токсичным компонентом в ОГ дизеля являются оксиды азота, которые как и частицы сажи, в раз более опаснее, продуктов неполного сгорания СО и СН. Поэтому работа посвящена вопросам снижения выбросов оксидов азота ЫОх, содержащихся в ОГ дизелей. Отработавшие газы это основной источник токсичных выбросов, представляющих собой, смесь газообразных продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного кислорода и различных микропримесей, поступающих из цилиндров двигателя в его выпускную систему ,,. Таким образом, в состав ОГ, в результате различных химических реакций входят следующие продукты неполного сгорания оксиды углерода СО, углеводороды СН, альдегиды, твердые частицы, перекисные соединения, диоксиды серы БОг, формальдегиды, бензол, сульфиды водорода, оксиды азота ИОх 2,,. Рассмотрим процесс образования некоторых продуктов неполного сгорания. АОН 2 СО 2 С 2 Я 2, 1. Н, 1. УГЛЕВОДОРОДЫ СН это исходные промежуточные соединения топливных углеводородов, образующихся в зоне гашения пламени, а также в зонах срыва пламени, ядре, хвосте струи, на топливной пленке и стенках цилиндров. АЛЬДЕГИДЫ это продукты, образующиеся в результате предпламенных реакций с выделением тепла. Процесс образования альдегидов происходит при низких температурах. ОКСИДЫ АЗОТА x продукты, образующиеся в результате реакций, имеющих термическую природу, и определяются совершенством процесса сгорания в отношении эффективности использования энергии. Оксиды азота образуются из азота и кислорода при высоком давлении и температуре в цилиндре двигателя, и не зависят от химических свойств топлива. Семенова, Я. Б. Зельдовича и Д. А. ФранкКаменецкого ,3. Диссоциация молекул кислорода необходимое условие окисления
0 0АкДжмоль. Дж0ль 1. Реакция 1. Атомы азота не начинают цепной реакции изза малой их равновесной концентрации. Как уже отмечалось, из многих возможных оксидов азота главное значение имеет 0, составляющие более оксидов азота. Распад окиси азота может происходить двумя путями. Я.Б. М 0Э2 ЛГ, 1.