Влияние метанола на оксиды азота при сгорании в цилиндре дизеля | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №9 (89) май-1 2015 г.

Дата публикации: 05.05.2015

Статья просмотрена: 10 раз

Библиографическое описание:

Анфилатов А. А. Влияние метанола на оксиды азота при сгорании в цилиндре дизеля // Молодой ученый. — 2015. — №9. — С. 151-154. — URL https://moluch.ru/archive/89/18207/ (дата обращения: 20.07.2018).

В работе приводятся результаты расчетов объемного содержания, массовой концентрации оксидов азота, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 выполненных по результатам экспериментальных данных при работе на дизельном топливе и на метаноле с двойной системой топливоподачи в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала на режиме максимального крутящего момента при частоте вращения 1400 мин-1.

Ключевые слова: дизель, альтернативное топливо, метанол, оксиды азота, объемное содержание и массовая концентрация оксидов азота, двойная система топливоподачи.

 

При проведении исследований по улучшению экологических показателей дизелей необходимо уделять внимание снижению содержания в отработавших газах (ОГ) оксидов азота NOx, поскольку они являются наиболее токсичными компонентами среди всего спектра загрязняющих химических соединений, содержащихся в ОГ, так как образуются в процессе горения, как результат химических реакций атмосферных кислорода и азота. Наиболее эффективным способом применения метанола в двигателях внутреннего сгорания в настоящее время является подача его непосредственно в цилиндр дизеля с использованием двойной системы топливоподачи (ДСТ), позволяющая замещать до 50…80 % нефтяного топлива. Воспламенение метанола при этом происходит за счет подачи запальной порции (пилотной) дизельного топлива (ДТ). Данный способ при некоторых изменениях и дополнениях в конструкцию дизеля может быть реализован на двигателях, уже находящихся в эксплуатации.

Результаты исследований по изучению влияния применения метанола на показатели процесса сгорания и содержание оксидов азота в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 воздушного охлаждения с полусферической КС в поршне при использовании ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала на различных установочных углах опережения впрыскивания топлива представлены в настоящей работе [1,2,3,4,5].

Графики объемного содержания r NOх, массовой концентрации С NOх оксидов азота, рассчитанных по результатам экспериментальных данных, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на ДТ и на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала для номинальной частоты вращения 1400 мин-1 при установочных УОВТ Θдт = 30º; Θм = 30º представлены на рисунке 1.

Если для дизеля при работе на ДТ и оптимальном установочном УОВТ максимальное давление цикла рzmax = 7,03 МПа и достигается при значении угла j Рzmax = 6,0º после в. м.т., то при работе дизеля на метаноле с ДСТ оно равно только рzmax = 6,52 МПа и достигается при j Рzmax = 10,5º после в. м.т. Максимальная осредненная температура цикла Тmax для дизеля при работе на ДТ составляет 1850 К и наблюдается при угле j iTmax = 16,0º после в. м.т., при работе дизеля на метаноле с ДСТ значение Тmax = 1860 К достигается при угле j iTmax = 21,0 º после в. м.т.

Из представленных на графиках кривых видно, что максимальное значение объемного содержания r NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ДТ составляет 664 ppm при φ = 19,0 º п. к.в. после в. м.т., а максимальное значение массовой концентрации СNOх оксидов азота при этом же значении угла составляет 0,96 г/м3.

Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ДТ при φ = 140,0 º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана) составляет соответственно 511 ppm и 0,73 г/м3.

 — дизельный процесс;  — метанол с запальным ДТ

Рис. 1. Влияние применения метанола в дизеле 2Ч 10,5/12,0 при работе с ДСТ на показатели процесса сгорания, объемное содержание и массовую концентрацию оксидов азота в цилиндре в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала двигателя при Θдт = 30 º; Θм = 30 º; n = 1400 мин-1:

 

Из представленных на графиках кривых видно, что максимальное значение объемного содержания r NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ составляет 429 ppm при φ = 24,0º п. к.в. после в. м.т., а максимальное значение массовой концентрации С NOх оксидов азота при этом же значении угла составляет 0,62 г/м3. Снижение составляет 36 % для каждого показателя.

Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ при φ = 140,0º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана) составляет соответственно 330 ppm и 0,47 г/м3. Снижение составляет также 36 % для каждого показателя.

Графики объемного содержания r NOх, массовой концентрации С NOх оксидов азота, рассчитанных по результатам экспериментальных данных, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала при работе по дизельному процессу и на метаноле с ДСТ для частоты вращения 1400 мин-1 при Θдт = 34 º; Θм = 34 º представлены на рисунке 2.

Если для дизеля при работе на ДТ и оптимальном установочном УОВТ максимальное давление цикла рzmax = 7,03 МПа и достигается при значении угла j Рzmax = 6,0º после в. м.т., то при работе дизеля на метаноле с ДСТ оно равно только рzmax = 7,34 МПа и достигается при j Рzmax = 7,8 º после в. м.т. Максимальная осредненная температура цикла Тmax для дизеля при работе на ДТ составляет 1850 К и наблюдается при угле j iTmax = 16,0º после в. м.т., при работе дизеля на метаноле с ДСТ значение Тmax = 1918 К достигается при угле j iTmax = 18,0 º после в. м.т.

 — дизельный процесс;  — метанол с запальным ДТ

Рис. 2. Влияние применения метанола в дизеле 2Ч 10,5/12,0 при работе с ДСТ на показатели процесса сгорания, объемное содержание и массовую концентрацию оксидов азота в цилиндре в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала двигателя при Θдт = 34 º; Θм = 34 º; n = 1400 мин-1

 

Из представленных на графиках кривых видно, что максимальное значение объемного содержания r NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ДТ составляет 664 ppm при φ = 19,0 º п. к.в. после в. м.т., а максимальное значение массовой концентрации С NOх оксидов азота при этом же значении угла составляет 0,96 г/м3.

Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ДТ при φ = 140,0 º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана) составляет соответственно 511 ppm и 0,73 г/м3.

Из представленных на графиках кривых видно, что максимальное значение объемного содержания r NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ составляет 426 ppm при φ = 21,0º п. к.в. после в. м.т., а максимальное значение массовой концентрации С NOх оксидов азота при этом же значении угла составляет 0,61 г/м3. Снижение составляет 35,9 % для каждого показателя.

Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ при φ = 140,0º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана) составляет соответственно 328 ppm и 0,47 г/м3. Снижение составляет также 35,9 % для каждого показателя.

Графики объемного содержания r NOх, массовой концентрации С NOх оксидов азота, рассчитанных по результатам экспериментальных данных, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала при работе по дизельному процессу и на метаноле с ДСТ для частоты вращения 1400 мин-1 при Θдт = 38 º; Θм = 38 º представлены на рисунке 3.

Если для дизеля при работе на ДТ и оптимальном установочном УОВТ максимальное давление цикла рzmax = 7,03 МПа и достигается при значении угла j Рzmax = 6,0º после в. м.т., то при работе дизеля на метаноле с ДСТ оно равно только рzmax = 7,76 МПа и достигается при j Рzmax = 7,0 º после в. м.т. Максимальная осредненная температура цикла Тmax для дизеля при работе на ДТ составляет 1850 К и наблюдается при угле j iTzmax = 16,0 º после в. м.т., при работе дизеля на метаноле с ДСТ значение Тmax = 2025 К достигается при угле j iTzmax = 16,0 º после в. м.т.

Из представленных на графиках кривых видно, что максимальное значение объемного содержания r NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ДТ составляет 664 ppm при φ = 19,0 º п. к.в. после в. м.т., а максимальное значение массовой концентрации С NOх оксидов азота при этом же значении угла составляет 0,96 г/м3.

 — дизельный процесс;  — метанол с запальным ДТ

Рис. 3. Влияние применения метанола в дизеле 2Ч 10,5/12,0 при работе с ДСТ на показатели процесса сгорания, объемное содержание и массовую концентрацию оксидов азота в цилиндре в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала двигателя при Θдт = 38º; Θм = 38 º; n = 1400 мин-1

 

Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ДТ при φ = 140,0 º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана) составляет соответственно 511 ppm и 0,73 г/м3.

Из представленных на графиках кривых видно, что максимальное значение объемного содержания rNOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ составляет 447 ppm при φ = 19,0º п. к.в. после в. м.т., а максимальное значение массовой концентрации СNOх оксидов азота при этом же значении угла составляет 0,64 г/м3. Снижение составляет 32,7 % для каждого показателя. Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ при φ = 140,0º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана) составляет соответственно 344 ppm и 0,49 г/м3. Снижение составляет также 32,7 % для каждого показателя.

Расчетами по результатам экспериментальных исследований для снижения объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ на режиме максимального крутящего момента определены значения оптимальных установочных УОВТ: для ДТ — 34 º п. к.в., для метанола — 34 º п. к.в. для сохранения мощностных показателей на уровне серийного дизеля на номинальном режиме при подачах запальной порции ДТ в количестве 7 % и метанола — 93 %. При этом достигается экономия ДТ до 87 % путем замены его метанолом.

Таким образом, при горении в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 двух видов топлива — метанола и дизельного топлива, можно достичь существенного снижения в цилиндре объемного содержания rNOх расч и массовой концентрации СNOх расч оксидов азота, что подтверждается их значениями в зависимости от изменения от угла поворота коленчатого вала двигателя. Максимальные значения рzmax и Тmax сдвигаются существенно вправо от в. м.т. на линию расширения, что не может не сказаться на характере изменения кривых rNOх и СNOх и их максимальных значениях, а также углах φ при которых они достигаются. Экспериментально и расчетным путем подтверждается, что образование и разложение оксидов азота происходит в увеличивающемся объеме при расширении газов в цилиндре дизеля, что объясняет существенное снижение их содержания в отработавших газах при работе на метаноле с ДСТ.

 

Литература:

 

1.         Анфилатов А. А., Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование процессов образования и разложения оксидов азота в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 путем применения метанола с двойной системой топливоподачи: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2008. — 154 с.

2.         Изменение образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле / В. А. Лиханов, А. А. Анфилатов // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 4. С. 3–5.

3.         Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путём применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи / В. А. Лиханов, О. П. Лопатин, А. А. Анфилатов // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. С. 5–8.

4.         Анфилатов А. А., Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование процессов образования и разложения оксидов азота в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 путем применения метанола с двойной системой топливоподачи: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2008. — 154 с.

5.         Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле / В. А. Лиханов, А. Н. Чувашев, А. А. Глухов, А. А. Анфилатов // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 3. С. 4–5.

Основные термины (генерируются автоматически): оксид азота, объемное содержание, цилиндр дизеля, массовая концентрация С, максимальное значение, работа, метанол, значение угла, изменение угла поворота, выпускной клапан.


Похожие статьи

Теоретические расчеты объемного содержания оксидов азота...

Максимальное теоретическое значение объемного содержания оксидов азота rNOх мах теор в цилиндре при работе дизеля на ДТ при n = 2400 мин -1, ре = 0,947 МПа составляет 892 ppm, максимальная массовая концентрация СNOх мах теор составляет 1,284 г/м3...

Теоретические расчеты объемного содержания оксидов азота...

Значение теоретического расчетного объемного содержания r NOх расч оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ при φ = 140,0 º п. к.в. после в. м.т. (выходное расчетное значение r NOх вых расч в момент открытия выпускного клапана)...

Образование оксидов азота при работе дизеля на метаноле

Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ при φ = 140,0º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана)...

Результаты объемного содержания оксидов азота в цилиндре...

Рис. 1. Результаты теоретических расчетов по изменению объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от угла п. к.в. при n = 1400 мин — 1: ¾ — дизельный процесс

Влияние применения природного газа на массовую...

оксид азота, объемное содержание, массовая концентрация, цилиндр дизеля, мах, массовая концентрация оксидов азота, максимальное значение, коленчатый вал, выпускной клапан...

Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на показатели...

максимальное значение, массовая концентрация, объемное содержание оксидов азота, оксид азота, объемное содержание, момент открытия, выпускной клапан, мах...

Воздействие метанола на оксиды азота при сгорании в дизеле

Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ при φ = 140,0º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана)...

Выделение оксидов азота в цилиндре дизеля | Статья в журнале...

Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ при φ = 140,0º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана)...

Влияние применения метанола на содержание оксидов азота...

При работе дизеля на МТЭ максимальное значение объемного содержания оксидов азота rNOх мах расч в цилиндре составляет 1061 ppm, максимальное значение массовой концентрации СNOх мах расч составляет 1,53 г/м3, при φNOх мах расч = 19,5º п. к.в. после в...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Теоретические расчеты объемного содержания оксидов азота...

Максимальное теоретическое значение объемного содержания оксидов азота rNOх мах теор в цилиндре при работе дизеля на ДТ при n = 2400 мин -1, ре = 0,947 МПа составляет 892 ppm, максимальная массовая концентрация СNOх мах теор составляет 1,284 г/м3...

Теоретические расчеты объемного содержания оксидов азота...

Значение теоретического расчетного объемного содержания r NOх расч оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ при φ = 140,0 º п. к.в. после в. м.т. (выходное расчетное значение r NOх вых расч в момент открытия выпускного клапана)...

Образование оксидов азота при работе дизеля на метаноле

Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ при φ = 140,0º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана)...

Результаты объемного содержания оксидов азота в цилиндре...

Рис. 1. Результаты теоретических расчетов по изменению объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от угла п. к.в. при n = 1400 мин — 1: ¾ — дизельный процесс

Влияние применения природного газа на массовую...

оксид азота, объемное содержание, массовая концентрация, цилиндр дизеля, мах, массовая концентрация оксидов азота, максимальное значение, коленчатый вал, выпускной клапан...

Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на показатели...

максимальное значение, массовая концентрация, объемное содержание оксидов азота, оксид азота, объемное содержание, момент открытия, выпускной клапан, мах...

Воздействие метанола на оксиды азота при сгорании в дизеле

Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ при φ = 140,0º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана)...

Выделение оксидов азота в цилиндре дизеля | Статья в журнале...

Значение объемного содержания r NOх и массовой концентрации С NOх оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ при φ = 140,0º п. к.в. после в. м.т. (выходное значение r NOх и С NOх в момент открытия выпускного клапана)...

Влияние применения метанола на содержание оксидов азота...

При работе дизеля на МТЭ максимальное значение объемного содержания оксидов азота rNOх мах расч в цилиндре составляет 1061 ppm, максимальное значение массовой концентрации СNOх мах расч составляет 1,53 г/м3, при φNOх мах расч = 19,5º п. к.в. после в...

Задать вопрос