Показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на дизельном топливе и этаноло-топливной эмульсии в зависимости от угла поворота коленчатого вала | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №15 (95) август-1 2015 г.

Дата публикации: 05.08.2015

Статья просмотрена: 5 раз

Библиографическое описание:

Россохин А. В. Показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на дизельном топливе и этаноло-топливной эмульсии в зависимости от угла поворота коленчатого вала // Молодой ученый. — 2015. — №15. — С. 168-171. — URL https://moluch.ru/archive/95/21450/ (дата обращения: 10.12.2018).

С помощью специальной программы для определения концентрации сажи в цилиндре дизеля нами были проведены расчеты массовой концентрации сажи С в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Также были проведены расчеты по определению количества частиц сажи N в единице объема в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от угла поворота коленчатого вала [192].

На рисунке 1, а представлено изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от угла п. к.в. на номинальном режиме (n = 2200 мин -1, ре = 0,64 МПа) при значении установочного УОВТ Θвпр = 20º до ВМТ.

В цилиндре дизеля начало видимого сгорания сопровождается началом сажевыделения. Результирующее сажесодержание определяется интенсивностью противоположно направленных процессов — образования и выгорания сажевых частиц. Преобладание какого-либо процесса ведет к изменению концентрации сажи в ту или иную сторону.

Анализ кривых показывает, что при работе на ДТ расчетная массовая концентрация сажи Сдт расч и количество частиц сажи Nдт расч в единице объема в цилиндре достигают своего максимального значения через φСmaxдт расч = 6,0º п. к.в. после ВМТ. Максимальная расчетная массовая концентрация сажи Сmaxдт расч имеет значение 2,673 г/м3, расчетное максимальное количество сажевых частиц Nmaxдт расч составляет 41,970∙106 мм-3. Затем процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования, происходит интенсивное окисление сажевых частиц. Этот процесс длится до открытия выпускного клапана. В результате концентрация сажи снижается до Свых дт расч = 0,203 г/м3, количество частиц до Nвых дт расч = 3,181∙106 мм-3Свых = 124,0º п. к.в. после ВМТ). За период выгорания концентрация и количество частиц снижаются на 92,4 % относительно максимального значения.

Осредненная температура цикла достигает своего максимального значения Tmax при φTmax = 9,5º п. к.в. после ВМТ и составляет 2076 К. Давление сгорания достигает своего максимального значения рzmax при φрzmax = 7,0º п. к.в. после ВМТ и составляет 7,90 МПа.

2200 20 град 150 к+50

а)

1700 20 град 150 к+50

б)

Рис. 1. Изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от угла п. к.в. при Θвпр = 20º до ВМТ: а) n = 2200 мин -1, ре = 0,64 МПа; б) n = 1700 мин -1, ре = 0,69 МПа; ¾ — ДТ; ― ― — ЭТЭ

При работе дизеля на ЭТЭ расчетная массовая концентрация сажи

Сэтэ расч и количество частиц сажи Nэтэ расч в единице объема достигают своего максимального значения через φСmaxэтэ расч = 12,0º п. к.в. после ВМТ. Максимальная расчетная массовая концентрация сажи Сmaxэтэ расч = 0,551 г/м3, расчетное максимальное количество сажевых частиц Nmaxэтэ расч = 8,651∙106 мм-3. Далее процесс выгорания сажевых частиц доминирует над процессом образования. Концентрация сажи снижается до Свых этэ расч = 0,047 г/м3, количество частиц до Nвых этэ расч = 0,745∙106 мм-3Свых = 124,0º п. к.в. после ВМТ). Концентрация и количество частиц снижаются на 91,5 %. Осредненная температура цикла достигает своего максимального значения Tmax = 2426 К при φTmax = 15,0º п. к.в. после ВМТ. Давление сгорания достигает своего максимального значения рzmax = 8,30 МПа при φрzmax = 13,0º п. к.в. после ВМТ.

Начало процесса сажевыделения в цилиндре дизеля совпадает с началом видимого сгорания, т. е. сажа образуется сразу же, как только появляется устойчивый фронт пламени. Испарение капли ЭТЭ в первый период времени протекает медленнее по сравнению с испарением чистого ДТ. Это происходит из-за увеличенной, по сравнению с ДТ, теплоты парообразования этанола. Испарение частиц спирта и их подготовка к окислению вызывает понижение температуры заряда. Поэтому добавление этанола приводит к увеличению периода задержки воспламенения. Но после наступления эффекта «микровзрыва» испарение протекает значительно быстрее и процесс горения ЭТЭ ускоряется. Это приводит к увеличению максимального давления процесса сгорания.

Из графиков видно, что при работе дизеля на ЭТЭ максимальные и выходные значения показателей сажесодержания в цилиндре значительно ниже, чем при работе на ДТ. Максимальные значения расчетной массовой концентрации сажи Сmaxрасч и расчетного количества частиц сажи Nmaxрасч в единице объема цилиндра дизеля при переходе с ДТ на ЭТЭ снижаются соответственно на 2,122 г/м3 и 33,319∙106 мм-3, или в 4,9 раза. Значения расчетной массовой концентрации сажи Свых расч и расчетного количества частиц сажи Nвых расч, соответствующие моменту открытия выпускного клапана, снижаются на 0,156 г/м3 и 2,436∙106 мм-3, или в 4,3 раза.

На рисунке 1, б представлено изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от угла п. к.в. на режиме максимального крутящего момента (n = 1700 мин -1, ре = 0,69 МПа) при значении установочного УОВТ Θвпр = 20º до ВМТ.

Основные зависимости изменения показателей сохраняются. При работе на ДТ расчетная массовая концентрация сажи Сдт расч и количество частиц сажи Nдт расч в единице объема достигают своего максимального значения через φСmaxдт расч = 2,0º п. к.в. после ВМТ. Максимальная расчетная массовая концентрация сажи Сmaxдт расч имеет значение 2,020 г/м3, расчетное максимальное количество сажевых частиц Nmaxдт расч составляет 31,714∙106 мм-3. Затем процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования. В результате к моменту открытия выпускного клапана концентрация сажи снижается до Свых дт расч = 0,153 г/м3, количество частиц до Nвых дт расч = 2,405∙106 мм-3. Показатели снижаются на 92,4 %.

При работе на ЭТЭ расчетная массовая концентрация сажи Сэтэ расч и количество частиц сажи Nэтэ расч в единице объема достигают своего максимального значения через φСmaxэтэ расч = 8,0º п. к.в. после ВМТ. Максимальная расчетная массовая концентрация сажи Сmaxэтэ расч составляет 0,426 г/м3, расчетное максимальное количество сажевых частиц Nmaxэтэ расч составляет 6,680∙106 мм-3. Далее при увеличении угла поворота коленчатого вала происходит интенсивное окисление сажевых частиц. Концентрация сажи снижается до Свых этэ расч = 0,035 г/м3, количество частиц сажи снижается до Nвых этэ расч = 0,547∙106 мм-3Свых = 124,0º п. к.в. после ВМТ). Концентрация и количество частиц в цилиндре снижаются на 91,8 %.

Давление сгорания при работе на ДТ достигает своего максимального значения рzmax при φрzmax = 3,5º п. к.в. после ВМТ и составляет 8,50 МПа. При работе на ЭТЭ давление сгорания в цилиндре достигает своего максимального значения рzmax = 9,0 МПа при φрzmax = 8,5º п. к.в. после ВМТ.

Осредненная температура цикла при работе на ДТ достигает своего максимального значения Tmax при φTmax = 5,0º п. к.в. после ВМТ и равна 2103 К. При работе на ЭТЭ Tmax = 2480 К при φTmax = 10,0º п. к.в. после ВМТ.

При переходе с дизельного на альтернативное топливо происходит снижение показателей сажесодержания. Максимальные значения расчетной массовой концентрации сажи Сmaxрасч и расчетного количества частиц сажи Nmaxрасч в единице объема цилиндра дизеля снижаются соответственно на 1,594 г/м3 и 25,034∙106 мм-3, или в 4,7 раза. Значения расчетной массовой концентрации сажи Свых расч и расчетного количества частиц сажи Nвых расч, наблюдаемые в момент открытия выпускного клапана, снижаются соответственно на 0,118 г/м3 и 1,858∙106 мм-3, или в 4,4 раза.

Снижение результирующего сажесодержания в ОГ дизеля при работе на ДТ и ЭТЭ на режиме максимального крутящего момента можно объяснить увеличением времени, отводимым на выгорание сажевых частиц при снижении частоты вращения коленчатого вала, поскольку временной фактор является определяющим для результирующего сажевыделения в дизелях. Уменьшение сажесодержания при переходе с ДТ на ЭТЭ определяется особенностями сгорания ЭТЭ в цилиндре дизеля.

 

Литература

 

1.       Лиханов, В.А., Россохин, А. В. Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания в цилиндре быстроходного дизеля с турбонаддувом Д-245.12С при работе на компримированном природном газе // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 223–226.

2.       Лиханов В. А., Россохин А. В. Оценка влияния режимов работы дизеля Д-245.12С на дымность отработавших газов при работе на нефтяном и альтернативных топливах // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 226–229.

3.       Софронов М. В., Россохин А. В. Влияние применения этаноло-топливной эмульсии на экологические показатели дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 104–107.

4.       Софронов М. В., Тимшин Д. И., Россохин А. В. Влияние применения ЭТЭ на эффективные показатели дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от частоты вращения коленчатого вала // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 107–109.

5.       Россохин А. В. Показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от угла поворота коленчатого вала // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 98–101.

6.       Лиханов В. А., Россохин А. В. Особенности теплообмена излучением в цилиндре дизелей при работе на газомоторном топливе // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 10–1. с. 14–17.

7.       Кузьмин В. А., Заграй И. А., Россохин А. В., Рукавишникова Р. В. Определение размеров частиц сажи на различных участках системы выпуска дизеля // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2013. № 11–12. с. 3–10.

8.       Лиханов В. А., Россохин А. В., Чупраков А. И. Снижение выбросов сажи с отработавшими газами дизелей путем применения альтернативных топлив // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 9. с. 13–16.

9.       Лиханов В. А., Россохин А. В., Чупраков А. И. Особенности работы автотранспортного дизеля на этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 9. с. 16–19.

10.   Лиханов В. А., Россохин А. В., Полевщиков А. С. Влияние этанола на показатели дизеля Д21А1 // Автомобильная промышленность. 2011. № 12. с. 26–27.

11.   Россохин А. В. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения дымности отработавших газов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2006.

12.   Россохин А. В. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения дымности отработавших газов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киров, 2006.

13.   Лиханов В. А., Лопарев А. А., Рудаков Л. В., Россохин А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с турбонаддувом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 12. с. 15–19.

14.   Лиханов В. А., Россохин А. В., Олейник М. А., Рудаков Л. В. Улучшение экологических показателей дизеля с турбонaддyвом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 9. с. 8–10.

Основные термины (генерируются автоматически): максимальное значение, цилиндр дизеля, частица сажи, расчетная массовая концентрация, работа, частица, коленчатый вал, единица объема, концентрация сажи, выпускной клапан.


Похожие статьи

Влияние применения этаноло-топливной эмульсии на показатели...

Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана Свых этэ расч = 0,043 г/м3, расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра Nвых этэ расч = 0,675∙106 мм-3.

Уточненная математическая модель образования и выгорания...

Скорость изменения концентрации сажи в объеме цилиндра

— скорость уменьшения концентрации сажи при расширении. Коэффициент U в уравнении сажевыделения вводится для учета скоростного режима при расчете динамики образования сажевых частиц

Уточненный химизм процессов образования частиц сажи...

цилиндр дизеля, образование, работа дизеля, содержание сажи, температура пламени, процесс, частица.

Результаты исследований влияния применения этаноло-топливной...

Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана Свых этэ расч возрастает с 0,0020 г/м3 при ре = 0,38 МПа до 0,078 г/м3 при ре = 0,69 МПа, т. е. увеличивается в 39 раз.

Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания...

Значительный интерес при этом представляет определение массовой С и относительной r концентрации сажи в цилиндре дизеля, а также количество частиц сажи в единице объема цилиндра.

Показатели процессов сгорания и сажеобразования в цилиндре...

максимальное значение, относительная концентрация, концентрация сажи, метанол, работа дизеля, процесс образования сажи, процесс выгорания, максимальная осредненная температура, коленчатый вал, угол поворота.

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...

Теория процесса сажевыделения в дизеле 2Ч 10,5/12...

- Сmax — максимальное значение массовой концентрации сажи.

- Свых — значение массовой концентрации сажи в момент начала открытия выпускного клапана.

Выгорание сажи в свою очередь зависит от скорости процесса окисления сажевых частиц и от времени...

Влияние применения метанола на показатели процессов сгорания...

При работе дизеля на ДТ массовая и относительная концентрации сажи достигают своего максимального значения через φCmax дт расч = 12º п. к.в. после ВМТ. Сmax дт расч. имеет значение 4,2 г/м3, а rmax дт расч.= 2,95г/кг. Далее процесс выгорания сажевых частиц...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Влияние применения этаноло-топливной эмульсии на показатели...

Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана Свых этэ расч = 0,043 г/м3, расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра Nвых этэ расч = 0,675∙106 мм-3.

Уточненная математическая модель образования и выгорания...

Скорость изменения концентрации сажи в объеме цилиндра

— скорость уменьшения концентрации сажи при расширении. Коэффициент U в уравнении сажевыделения вводится для учета скоростного режима при расчете динамики образования сажевых частиц

Уточненный химизм процессов образования частиц сажи...

цилиндр дизеля, образование, работа дизеля, содержание сажи, температура пламени, процесс, частица.

Результаты исследований влияния применения этаноло-топливной...

Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана Свых этэ расч возрастает с 0,0020 г/м3 при ре = 0,38 МПа до 0,078 г/м3 при ре = 0,69 МПа, т. е. увеличивается в 39 раз.

Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания...

Значительный интерес при этом представляет определение массовой С и относительной r концентрации сажи в цилиндре дизеля, а также количество частиц сажи в единице объема цилиндра.

Показатели процессов сгорания и сажеобразования в цилиндре...

максимальное значение, относительная концентрация, концентрация сажи, метанол, работа дизеля, процесс образования сажи, процесс выгорания, максимальная осредненная температура, коленчатый вал, угол поворота.

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...

Теория процесса сажевыделения в дизеле 2Ч 10,5/12...

- Сmax — максимальное значение массовой концентрации сажи.

- Свых — значение массовой концентрации сажи в момент начала открытия выпускного клапана.

Выгорание сажи в свою очередь зависит от скорости процесса окисления сажевых частиц и от времени...

Влияние применения метанола на показатели процессов сгорания...

При работе дизеля на ДТ массовая и относительная концентрации сажи достигают своего максимального значения через φCmax дт расч = 12º п. к.в. после ВМТ. Сmax дт расч. имеет значение 4,2 г/м3, а rmax дт расч.= 2,95г/кг. Далее процесс выгорания сажевых частиц...

Задать вопрос