Уточненная математическая модель образования и выгорания 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: 25 раз

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. — URL https://moluch.ru/archive/95/21452/ (дата обращения: 21.11.2018).

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.

Основные термины (генерируются автоматически): скорость образования сажи, цилиндр дизеля, область сгорания, полимеризация центра капель, коэффициент пропорциональности, выгорание частиц сажи, парциальное давление кислорода, коленчатый вал двигателя, скоростной режим, частота вращения.


Похожие статьи

Уточненный химизм процессов образования частиц сажи...

Особенности образования сажи при сгорании ДТ в цилиндре детально рассмотрены в трудах многих российских и зарубежных ученых.

Уточненная математическая модель образования и выгорания частиц сажи в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на этаноло-топливной...

Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания...

Совместное влияние на скорость выгорания сажи оказывают температура продуктов сгорания и концентрация в них кислорода. Принимая во внимание, что метан является наименее склонным к сажеобразованию углеводородом и наличие турбонаддува...

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 метанола на показатели процессов сгорания...

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

Показатели процессов сгорания и сажеобразования в цилиндре...

Эти условия приводят к тому, что процесс выгорания частиц сажи начинает преобладать над процессом образования частиц сажи. На третьем этапе процесс выгорания преобладает над процессом сажеобразования, поскольку сгорание основного заряда уже завершилось и...

Влияние применения метанола на показатели процесса сгорания...

работа дизеля, момент открытия, выпускной клапан, массовая концентрация сажи, работа, метанол, относительная концентрация сажи, цилиндр, максимальное давление сгорания, изменение частоты вращения.

Влияние применения этаноло-топливной эмульсии на показатели...

Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана Свых дт расч = 0,146 г/м3, расчетное количество частиц сажи в единице объема в

При работе на данном режиме температура Tmax = 2199 К, давления сгорания рzmax = 9,0 МПа.

Влияние применения альтернативных топлив на процессы...

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

7. Кузьмин В. А., Заграй И. А., Россохин А. В., Рукавишникова Р. В. Определение размеров частиц сажи на различных участках системы...

Показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре...

Затем процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования, происходит интенсивное окисление сажевых частиц.

Основные термины (генерируются автоматически): максимальное значение, цилиндр дизеля, частица сажи, расчетная массовая...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Уточненный химизм процессов образования частиц сажи...

Особенности образования сажи при сгорании ДТ в цилиндре детально рассмотрены в трудах многих российских и зарубежных ученых.

Уточненная математическая модель образования и выгорания частиц сажи в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на этаноло-топливной...

Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания...

Совместное влияние на скорость выгорания сажи оказывают температура продуктов сгорания и концентрация в них кислорода. Принимая во внимание, что метан является наименее склонным к сажеобразованию углеводородом и наличие турбонаддува...

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 метанола на показатели процессов сгорания...

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

Показатели процессов сгорания и сажеобразования в цилиндре...

Эти условия приводят к тому, что процесс выгорания частиц сажи начинает преобладать над процессом образования частиц сажи. На третьем этапе процесс выгорания преобладает над процессом сажеобразования, поскольку сгорание основного заряда уже завершилось и...

Влияние применения метанола на показатели процесса сгорания...

работа дизеля, момент открытия, выпускной клапан, массовая концентрация сажи, работа, метанол, относительная концентрация сажи, цилиндр, максимальное давление сгорания, изменение частоты вращения.

Влияние применения этаноло-топливной эмульсии на показатели...

Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана Свых дт расч = 0,146 г/м3, расчетное количество частиц сажи в единице объема в

При работе на данном режиме температура Tmax = 2199 К, давления сгорания рzmax = 9,0 МПа.

Влияние применения альтернативных топлив на процессы...

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

7. Кузьмин В. А., Заграй И. А., Россохин А. В., Рукавишникова Р. В. Определение размеров частиц сажи на различных участках системы...

Показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре...

Затем процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования, происходит интенсивное окисление сажевых частиц.

Основные термины (генерируются автоматически): максимальное значение, цилиндр дизеля, частица сажи, расчетная массовая...

Задать вопрос