В данной статье рассмотрена математическая модель расчета содержания оксидов азота в цилиндре дизеля 4 ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на природном газе.
Ключевые слова: дизель, альтернативное топливо, природный газ, дизельное топливо.
Скорость горения распыленного дизельного топлива (ДТ) в потоке метано-воздушной смеси (МВС) в общем случае определяется скоростями различных «элементарных» процессов. К ним относятся: прогрев, испарение, разгон и дробление капель ДТ, смешение паров ДТ и природного газа (ПГ) с окислителем, химические реакции и т. п. [1–12].
Примем, что капли ДТ и МВС равномерно распределены по сечению КС и все параметры процесса в силу этого зависят только от продольной координаты х. Таким образом, рассматривается одномерная постановка задачи. Она позволяет исследовать низкочастотные и продольные акустические колебания.
Рассмотрим элементарные процессы, определяющие скорость испарения капель ДТ, поскольку они существенным образом определяют процессы в газовой фазе МВС. Увеличение температуры и массы МВС за счет горения и испарения капель ДТ вызывает ее ускоренное движение. Возникающая вследствие этого разность скоростей МВС и капель ДТ порождает аэродинамические силы, действующие на каплю ДТ, которые при определенных условиях могут приводить к разрушению капель ДТ [13–26].
При нагреве капли ДТ происходит ее испарение. Вначале при температуре ниже температуры кипения топлива испаряются наиболее легкие фракции. По мере повышения температуры начинается испарение более тяжелых соединений. На скорость испарения капли ДТ оказывает влияние разность парциальных давлений паров испаряемых фракций в капле и в окружающей среде. Скорость образования пара резко возрастает, когда температура частицы достигает температуры кипения ДТ.
На рис 1 показана схема горения капли ДТ в турбулентном потоке МВВ с избытком окислителя. При испарении топлива вокруг капли ДТ 1 образуется зона паров горючего 2, навстречу которой из среды диффундирует окислитель 5. В результате вокруг капли образуется горючая смесь. Горение полученной смеси происходит в тонком слое 3, концентрация горючего в котором близка к стехиометрической. Толщина слоя 3, называемого фронтом горения, обычно составляет несколько долей миллиметра. Продукты сгорания 6 и 7, образующиеся в зоне горения 3, диффундируют в двух направлениях: в сторону капли — в зону паров горючего 2 и в противоположную сторону — в зону их догорания 4. Таким образом, объем, занимаемый факелом, делится на две части: внутреннюю, состоящую из паров топлива и продуктов сгорания, диффундирующих из фронта горения в сторону капли ДТ, и внешнюю, состоящую из продуктов сгорания и диффундирующего навстречу им воздуха. При турбулентном режиме горения МВС скорость диффузии МВС в зону горения капли ДТ выше скорости ее испарения. Поэтому фактором, возможно определяющим скорость горения капли, является продолжительность испарения.
Рис. 1. Схема горения капли ДТ в турбулентном потоке МВС с избытком окислителя: 1 — капля ДТ; 2 — пары горючего; 3 — фронт горения; 4 — зона догорания; 5 — окислитель; 6,7 — продукты сгорания; 8 — турбулентный поток МВВ
Дробление капель ДТ в основном определяется двумя видами сил: силой, определяемой скоростным напором, действующим на каплю ДТ, и касательными силами трения.
Так как единичный форсуночный элемент создает пучок капель ДТ, то их распределение по сечению КС газодизеля с ПОНВ неравномерно. Пучки капель ДТ обладают аэродинамическим сопротивлением, поэтому МВВ их частично обтекает. В связи с этим скорость газа внутри пучка меньше его средней скорости. Последнее затрудняет процесс дробления капель ДТ, что подтверждается многочисленными экспериментами [17–34].
Литература:
1. Гребнев А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем совершенствования процессов сгорания и тепловыделения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2009. — 211 с.
2. Гребнев А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем совершенствования процессов сгорания и тепловыделения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2009. — 18 с.
3. Лиханов В. А., Гребнев А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем совершенствования процессов сгорания и тепловыделения: Монография. — Киров, 2008. — 154 с.
4. Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 2Ч 10,5/12,0 путём применения метанола с двойной системы топливоподачи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук/Киров, 2009. — 184с.
5. 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, 2008. — 156 с.
6. Лиханов В. А., Анфилатов А. А. Изменение образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 4. с. 3–5.
7. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путём применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. с. 5–8.
8. Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 2Ч 10,5/12,0 путём применения метанола с двойной системы топливоподачи. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2009. — 18 с.
9. Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 3. с. 4–5.
10. Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 4. с. 10–13.
11. Анфилатов А. А. Влияние метанола на оксиды азота при сгорании в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). с. 151–154.
12. Анфилатов А. А. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). с. 139–142.
13. Анфилатов А. А. Теоретические расчеты объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле для номинальной частоты вращения // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). с. 142–145.
14. Лиханов В. А., Анфилатов А. А. Исследование применения метанола в дизеле на оптимальных установочных углах // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 42–44.
15. Анфилатов А. А. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре дизеля с воздушным охлаждением // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 45–47.
16. Анфилатов А. А. Исследование токсичности на скоростном режиме дизеля при работе на метаноле // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 47–50.
17. Анфилатов А. А. Исследование дымности в отработавших газах дизеля при работе на метаноле // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 50–53.
18. Анфилатов А. А. Особенности экспериментальной установки для исследования рабочего процесса дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 223–225.
19. Анфилатов А. А. Результаты объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 226–228.
20. Анфилатов А. А. Особенности расчета периода задержки воспламенения при работе дизеля на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 229–231.
21. Анфилатов А. А. Теоретические расчеты содержания оксидов азота в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 232–234.
22. Анфилатов А. А. Расчет содержания оксидов азота в цилиндре дизеля с воздушным охлаждением при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 235–237.
23. Анфилатов А. А. Изменение экономических показателей дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 238–240.
24. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Образование и нейтрализация оксидов азота в цилиндре газодизеля: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2004. -106 с
25. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения природного газа и рециркуляции // Транспорт на альтернативном топливе. 2014. № 4 (40). С. 21–25.
26. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Применение природного газа и рециркуляции на тракторном дизеле 4Ч 11,0/12,5 // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 6. С. 7–9.
27. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля путем применения этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 2. С. 6–7.
28. Лопатин О. П. Применение природного газа и рециркуляции отработавших газов для снижения токсичности тракторного дизеля // Молодой ученый. 2015. № 6–5 (86). С. 11–13.
29. Лопатин О. П. Зонная модель процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля с турбонаддувом // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 261–265.
30. Лопатин О. П. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля с турбонаддувом // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 265–268.
31. Лиханов В. А. Улучшение эксплуатационных показателей тракторных дизелей путем применения альтернативных топлив. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Киров, 1999.
32. Лиханов В. А., Полевщиков А. С. Определение оптимальных углов опережения впрыскивания топлив при работе дизеля на этаноле // Транспорт на альтернативном топливе. 2014. № 5 (41). С. 62–64.
33. Лиханов В. А., Полевщиков А. С. Особенности развития топливных факелов в цилиндре дизеля при работе дизеля на этаноле // Транспорт на альтернативном топливе. 2013. № 1 (31). С. 62–65.
34. Скрябин М. Л. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2009. — 202 с.
