Уточненный химизм процессов образования частиц сажи в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на этаноло-топливной эмульсии | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

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

Дата публикации: 05.08.2015

Статья просмотрена: 182 раза

Библиографическое описание:

Лиханов В. А., Россохин А. В. Уточненный химизм процессов образования частиц сажи в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на этаноло-топливной эмульсии // Молодой ученый. — 2015. — №15. — С. 103-106. — URL https://moluch.ru/archive/95/21451/ (дата обращения: 20.08.2018).

Механизм образования сажи связан с большим числом химических реакций и очень сложен. В общем случае он представляет собой последовательность процессов разложения углеводородных топлив, образования активных углеродных частиц в пламени, роста ядер сажи, агломерации частиц и окисления сажи. Содержание сажи в ОГ дизеля зависит от всех перечисленных процессов, из которых наиболее изучен только последний. Как показали исследования, частицы углерода образуются в центральной зоне топливной струи, где содержание кислорода недостаточно.

Содержание сажи в ОГ зависит от свойств топлива, структуры топливного факела, формы КС, температуры пламени и является результатом протекания двух определяющих процессов — образования и окисления. Эти процессы, в свою очередь, зависят от особенностей конструкции двигателя и режимов его работы.

В процессе исследований применялась ЭТЭ следующего состава:

ДТ — 67,5 %, этиловый спирт — 25 %, вода — 7 %, присадка — 0,5 % [1, 2].

На рисунке 1 представлен возможный химизм процесса образования сажи в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ.

Воспламенение топлива от сжатия в цилиндре дизеля носит сложный и многостадийный характер. Принято считать, что воспламенение перемешанных с воздухом углеводородов носит цепочно-тепловой характер. Скорость протекания подготовительных процессов зависит от склонности топлива к образованию активных частиц. При работе дизеля на ЭТЭ спирт и ДТ впрыскиваются в цилиндр одновременно. Пары спирта поджигаются пламенем ДТ, воспламенение которого происходит по традиционной схеме.

Поскольку сажа является метастабильным продуктом процесса горения, то нельзя исключать возможность существования нескольких путей перехода (механизмов) в это состояние в зависимости от условий реализации процесса горения. При работе дизеля на ЭТЭ основное количество сажи в составе ОГ образуется при сгорании ДТ [3, 4].

Особенности образования сажи при сгорании ДТ в цилиндре детально рассмотрены в трудах многих российских и зарубежных ученых. Полагаем, что основными механизмами, оказывающими наиболее весомый вклад в образование частиц сажи в цилиндре дизеля, являются низкотемпературный фенильный механизм (НТФМ), преобладающий при температурах менее 1500 К, и высокотемпературный ацетиленовый механизм (ВТАМ), который преобладает при температурах более 1500 К.

Химизм 4

Рис. 1. Химизм процесса образования сажи в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на этаноло-топливной эмульсии

 

Этанол оказывает существенное влияние на процессы горения, образования и окисления вредных веществ в цилиндре. Значительную роль играют особенности горения эмульгированных топлив и термическое разложение этанола с образованием значительного количества активных радикалов С2Н5 и ОН, которые способствуют интенсификации процессов горения.

Рассмотрим возможный механизм образования сажи из этанола.

Этанол — представитель гомологического ряда одноатомных спиртов. При сгорании этанола образуются углекислый газ и вода:

.                                                                                (1)

В цилиндре дизеля наблюдается значительная неоднородность заряда на всем протяжении процессов впрыска топлива, горения и расширения. Выделение в процессе сгорания твердого углерода в виде мелких сажевых частиц может происходить в результате пиролиза, а также окислительного крекинга молекул топлива в зонах сильно переобогащенной смеси при условии, что температуры в этих зонах достаточно высоки. Именно такие условия создаются в дизелях при горении капелек жидкого топлива, когда в одних зонах факела распыла местные значения состава смеси близки к стехиометрическим, и, соответственно, температуры пламени максимальны, в то время как в смежных зонах имеет место значительный недостаток кислорода. В таких условиях при распаде молекулы этанола возможно выделение углерода.

Спирты характеризуются более высокой активностью при горении по сравнению с углеводородами. Благодаря этому горение протекает устойчивее, а предел воспламенения смеси смещен в более бедную область. Основной причиной этого является диссоциация этанола в условиях высоких температур. Это ведет к образованию активных радикалов, облегчающих начало цепной реакции и ускоряющих процесс окисления топлива. В интервале температур 1000...2600 К молекула этанола подвергается термическому распаду:

.                                                                                               (2)

При окислении этанола происходит внедрение атомов кислорода между атомами углерода и водорода с образованием молекул, содержащих группу ОН. Это явление ускоряет процессы окисления сажевых зародышей и предотвращает коагуляцию. Вероятны следующие направления реакций:

;                                                                                      (3)

;                                                                                             (4)

;                                                                                                    (5)

;                                                                                      (6)

.                                                                                               (7)

Далее окисление идет через последовательность реакций образования промежуточных продуктов, осуществляющих переход реагирующей системы от исходного состояния к конечным продуктам. Такими промежуточными продуктами могут быть перекиси, молекулы и их осколки с группой ОН, атомы водорода и кислорода, свободные радикалы.

После образования физических зародышей происходит коагуляция первичных сажевых частиц, сопровождающаяся гетерогенным процессом поверхностного роста частиц до характерных размеров 10...30 нм. Подавляющая часть массы частиц сажи (> 95 %) образуется за счет поверхностного роста, а не за счет процесса образования зародышей. Процесс коагуляции заключается в столкновении двух частиц, которые затем «слипаются» друг с другом с образованием общей внешней оболочки. Химизм процесса роста частиц заключается в разложении молекул углеводородов и радикалов на поверхности частицы. При быстром охлаждении часть высокомолекулярных углеводородов, образовавшихся при распаде молекул ДТ, не успевает пройти все стадии превращений и адсорбируется поверхностью сажевых частиц, что определяет канцерогенную опасность сажи.

 

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.

Основные термины (генерируются автоматически): цилиндр дизеля, образование, работа дизеля, содержание сажи, температура пламени, процесс, частица.


Похожие статьи

Уточненная математическая модель образования и выгорания...

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...

Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания...

цилиндр дизеля, процесс образования, этап процесса, температура газов, содержание сажи, скорость выгорания сажи, концентрация сажи, изменение показателей, максимальное значение, время.

Показатели процессов сгорания и сажеобразования в цилиндре...

При работе дизеля на ДТ массовая и относительная концентрации сажи достигают своего максимального значения через φCmax дт расч = 12º п. к.в. после ВМТ.

Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и...

Влияние применения альтернативных топлив на процессы...

При работе по дизельному процессу при изменении нагрузки от 0,13 до 0,92 МПа содержание NOx в ОГ возрастает от 169 до 230 ppm, т. е. на

1. Лиханов, В.А., Россохин, А. В. Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания в цилиндре быстроходного дизеля с...

Влияние применения метанола на показатели процессов...

При работе дизеля на ДТ массовая и относительная концентрации сажи достигают своего максимального значения через φCmax дт расч = 12º п. к.в. после ВМТ.

Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и...

Показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре...

максимальное значение, цилиндр дизеля, частица сажи, расчетная массовая концентрация, работа, частица, коленчатый вал, единица объема, концентрация сажи, выпускной клапан.

Теория процесса сажевыделения дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе...

При сгорании топлива в цилиндре дизеля образуется большое количество сажи.

Выгорание сажи в свою очередь зависит от скорости процесса окисления сажевых частиц и от времени, отводимого на этот процесс [11–18].

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

Поэтому массовую концентрацию С сажи в цилиндре дизеля на момент открытия выпускного клапана необходимо сопоставлять с уровнем

Выгорание сажи в свою очередь зависит от скорости процесса окисления сажевых частиц и от времени, отводимого на этот процесс.

К вопросу о составе отработавших газов дизелей

- - - Сажа, С.

Высокое содержание сажевых частиц в атмосфере снижает прозрачность воздуха непосредственно на транспортных магистралях, влияет на состояние нервной

Исследование дымности отработавших газов дизелей при работе на альтернативном топливе.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Уточненная математическая модель образования и выгорания...

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...

Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания...

цилиндр дизеля, процесс образования, этап процесса, температура газов, содержание сажи, скорость выгорания сажи, концентрация сажи, изменение показателей, максимальное значение, время.

Показатели процессов сгорания и сажеобразования в цилиндре...

При работе дизеля на ДТ массовая и относительная концентрации сажи достигают своего максимального значения через φCmax дт расч = 12º п. к.в. после ВМТ.

Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и...

Влияние применения альтернативных топлив на процессы...

При работе по дизельному процессу при изменении нагрузки от 0,13 до 0,92 МПа содержание NOx в ОГ возрастает от 169 до 230 ppm, т. е. на

1. Лиханов, В.А., Россохин, А. В. Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания в цилиндре быстроходного дизеля с...

Влияние применения метанола на показатели процессов...

При работе дизеля на ДТ массовая и относительная концентрации сажи достигают своего максимального значения через φCmax дт расч = 12º п. к.в. после ВМТ.

Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и...

Показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре...

максимальное значение, цилиндр дизеля, частица сажи, расчетная массовая концентрация, работа, частица, коленчатый вал, единица объема, концентрация сажи, выпускной клапан.

Теория процесса сажевыделения дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе...

При сгорании топлива в цилиндре дизеля образуется большое количество сажи.

Выгорание сажи в свою очередь зависит от скорости процесса окисления сажевых частиц и от времени, отводимого на этот процесс [11–18].

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

Поэтому массовую концентрацию С сажи в цилиндре дизеля на момент открытия выпускного клапана необходимо сопоставлять с уровнем

Выгорание сажи в свою очередь зависит от скорости процесса окисления сажевых частиц и от времени, отводимого на этот процесс.

К вопросу о составе отработавших газов дизелей

- - - Сажа, С.

Высокое содержание сажевых частиц в атмосфере снижает прозрачность воздуха непосредственно на транспортных магистралях, влияет на состояние нервной

Исследование дымности отработавших газов дизелей при работе на альтернативном топливе.

Задать вопрос