Библиографическое описание:

Лиханов В. А., Россохин А. В. Уточненная математическая модель образования и выгорания частиц сажи в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на этаноло-топливной эмульсии // Молодой ученый. — 2015. — №15. — С. 106-109.

Рациональное сочетание расчета и эксперимента позволяет повысить эффективность работ по улучшению экологических показателей дизелей и расширить границы исследования.

Математическая модель образования и выгорания частиц сажи в цилиндре дизеля должна быть адекватна описываемому физико-химическому явлению, включать в себя основные влияющие факторы, обладать определенностью выбора коэффициентов расчетных уравнений и быть достаточно простой для использования. Этим требованиям отвечает предложенная модель образования и выгорания частиц сажи в цилиндре по кинетическим уравнениям испарения и горения распыленного топлива. При разработке математической модели учтены особенности динамики, структуры и испарения топливных факелов в цилиндре дизеля, структуры пламени и кинетики цепных химических реакций в неоднородной смеси. В предложенной модели предполагается, что сажевые частицы в цилиндре дизеля образуются преимущественно двумя путями:

1)      в результате распада молекул топлива в процессе диффузии с поверхности капель топлива в передний фронт пламени;

2)      вследствие высокотемпературной термической полимеризации и дегидрогенизации парожидкостного ядра испаряющихся капель.

Параллельно этому происходит процесс выгорания частиц сажи и снижение их объемной концентрации.

Скорость изменения концентрации сажи в объеме цилиндра:

,                                                 (1)

где U — коэффициент для учета скоростного режима;

 — скорость образования сажи в области сгорания;

 — скорость образования сажи при полимеризации центра капель;

 — скорость выгорания сажи;

 — скорость уменьшения концентрации сажи при расширении.

Коэффициент U в уравнении сажевыделения вводится для учета скоростного режима при расчете динамики образования сажевых частиц:

,                                                                                                             (2)

где n — частота вращения коленчатого вала двигателя;

nном — частота вращения коленчатого вала двигателя на номинальном режиме работы;

A, m — эмпирические коэффициенты.

Для описания скорости образования сажи в области сгорания воспользуемся кинетическими уравнениями разветвленных цепных реакций.

Скорость расходования топлива:

,                                                                                 (3)

где [A]0, [A] — начальная и текущая концентрация топлива;

 — скорость тепловыделения;

k — константа скорости реакции;

n — концентрация активных центров (атомов и свободных радикалов).

Изменение концентрации активных центров зависит от фактора φ автоускорения химических реакций при высоком давлении среды:

,                                                                                                            (2.27)

где  — коэффициент, зависящий от текущей концентрации топлива.

Скорость образования сажи в области сгорания в общем виде:

,                                                                                                       (4)

где В1 — коэффициент пропорциональности.

С учетом (2.26) и (2.27), выражение для скорости образования сажи в области сгорания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 имеет следующий вид:

,                                                                                              (5)

где qс — цикловая подача топлива;

V — текущий объем цилиндра.

Скорость образования сажи при полимеризации центра капель пропорциональна скорости испарения жидких капель:

,                                                                                               (6)

где В2 — коэффициент пропорциональности;

δ — доля массы капли, превращающаяся в сажевую частицу;

S –массовая доля капель диаметром менее dk;

dk — начальный диаметр капель, испаряющихся полностью за время τ.

,                                                                                                                   (7)

где К — константа испарения.

Дисперсность распыливания топлива оценивают с помощью характеристик распределения капель по размерам. В теории испарения и горения струй распыленного топлива используется формула Розина — Раммлера [3]:

,                                                                                                             (8)

где d32 — средний диаметр капель;

n' — коэффициент распределения, для дизельных форсунок n' = 2...4.

Полагаем, что при работе дизеля 4Ч 11,0/12,5 на ЭТЭ количество частиц сажи, образующихся при полимеризации центра капель, значительно меньше, чем при работе на ДТ. Это связано с разрывом капель эмульгированного топлива при горении. При дроблении капель увеличивается скорость их испарения и улучшается перемешивание топлива с воздухом.

На разных стадиях процесса расчет ведется по разным уравнениям.

Выражение для скорости образования сажи при полимеризации центра капель в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в период впрыска:

,                                                                      (9)

где τ1 — текущее время с начала впрыска;

τвпр — продолжительность впрыска.

Для периода после окончания впрыска топлива выражение имеет вид:

,                           (10)

где χквпр — доля теплоты, выделившаяся к моменту окончания впрыска;

τ2 — текущее время после окончания впрыска.

Скорость горения углеродных сфер в движущемся воздухе зависит от скорости химических реакций на поверхности углерода, а также от скорости взаимной диффузии кислорода и продуктов сгорания возле поверхности сферы. Если температура поверхности горящей углеродной частицы Тs превышает 1600 К, лимитирующим процессом является диффузия. В этих условиях скорость реакции мало зависит от температуры поверхности частицы Тs, она пропорциональна парциальному давлению кислорода в окружающем газе и существенно зависит от скорости газового потока U:

,                                                                                                 (11)

где d — диаметр частицы;

 — парциальное давление кислорода в окружающем газе.

 

Литература:

 

1.      Анфилатов А. А. Результаты объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 226–229.

2.      Анфилатов А. А. Особенности расчета периода задержки воспламенения при работе дизеля на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 229–232.

3.      Анфилатов А. А. Теоретические расчеты содержания оксидов азота в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 232–235.

4.      Анфилатов А. А. Расчет содержания оксидов азота в цилиндре дизеля с воздушным охлаждением при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 235–238.

5.      Анфилатов А. А. Изменение экономических показателей дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 238–241.

6.      Анфилатов А. А. Влияние метанола на максимальное давление сгорания в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 117–120.

7.      Анфилатов А. А. Влияние метанола на максимальную осредненную температуру цикла в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 120–123.

8.      Анфилатов А. А. Влияние применения метанола на содержание оксидов азота в дизеле при изменении установочных УОВТ // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 123–125.

9.      Анфилатов А. А. Изменение объемного содержания оксидов азота в дизеле при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 125–128.

10.  Анфилатов А. А. Индицирование тепловыделения в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 128–131.

11.  Анфилатов А. А. Методика исследований дизеля 2Ч 10,5/12,0 по снижению содержания оксидов азота при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 131–134.

12.  Анфилатов А. А. Обработка полученных результатов исследований дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 134–136.

13.  Анфилатов А. А. Объемное содержание оксидов азота в дизеле при работе на дизельном топливе и метаноле // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 136–139.

14.  Анфилатов А. А. Расчет выбросов вредных газообразных веществ с отработавшими газами дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 139–141.

15.  Анфилатов А. А. Содержание оксидов азота в дизеле при работе на метаноле в зависимости от изменения установочных УОВТ // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 141–144.

16.  Анфилатов А. А. Влияние применения метанола на мощностные и экономические показатели дизеля // Молодой ученый. 2015. № 13 (93). с. 73–76.

17.  Анфилатов А. А. Изменение массовой концентрации оксидов азота в дизеле при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 13 (93). с. 76–79.

18.  Анфилатов А. А. Изменение мощностных и экономических показателей дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 13 (93). с. 79–82.

19.  Анфилатов А. А. Массовая концентрация оксидов азота в дизеле при работе на дизельном топливе и метаноле // Молодой ученый. 2015. № 13 (93). с. 82–85.

20.  Анфилатов А. А. Мощностные и экономические показатели дизеля при работе на дизельном топливе и метаноле // Молодой ученый. 2015. № 13 (93). с. 85–87.

21.  Анфилатов А. А. Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 13 (93). с. 87–90.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle