авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Улучшение эффективных и экологических показателей автотракторных дизелей с наддувом путем подачи водо-метанольных смесей на впуске

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Копаев Егор Владимирович

улучшение эффективных и экологических показателей

автотракторных дизелей с наддувом путем подачи

водо-метанольных смесей на впуске

Специальность: 05.04.02 – «Тепловые двигатели»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Санкт – Петербург – Пушкин

2010

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тверская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Горбатенков Александр Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ложкин Владимир Николаевич

кандидат технических наук

Рыженков Анатолий Анатольевич

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный

политехнический университет»

Защита диссертации состоится « 28 » января 2011 г. в 15.30 часов на заседании диссертационного совета Д 220. 060. 05 при ФГОУ ВПО «Санкт – Петербургский государственный аграрный университет» по адресу 189620, Санкт – Петербург – Пушкин, Академический проспект, д. 23, ауд. 2.529, факс (812) 465-05-05, e-mail: uchsekr@spbgau.ru

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Санкт – Петербургского государственного аграрного университета и на сайте http://www.spbgau.ru/

Автореферат разослан и размешен на сайте http://www.spbgau.ru/

«23» декабря 2010 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Т.Ю. Салова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На современном этапе развития науки и техники двигатель внутреннего сгорания (ДВС) остается основной энергоустановкой для большинства мобильных и стационарных установок. На их долю приходится порядка 80% всей вырабатываемой в мире механической энергии, при этом ДВС являются одним из основных потребителей моторных нефтяных топлив, которые относятся к невозобновляемым ресурсам. Учитывая тенденции удорожания и увеличения потребления нефтепродуктов при сокращении запасов нефти на земле, особую остроту приобрела проблема традиционных топлив. Кроме того, ДВС являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды. В отработавших газах ДВС, выбрасываемых в атмосферу, содержится различные компоненты, многие из которых токсичны (окись углерода, оксиды азота, углеводороды и другие) и создают опасность для здоровья людей и, в частности, по исследованиям онкологов являются причиной возникновения онкологических заболеваний.

Принимая во внимание отмеченные факторы, проблемы экономии традиционных топлив и уменьшения загрязнения атмосферы токсичными веществами, выделяемыми ДВС, приобретают особую остроту и выходят за рамки частной задачи двигателестроения.

Существенного улучшения качества смесеобразования, сгорания, и, в целом, экономии топлив и уменьшения вредных выбросов дизеля, возможно достичь использованием альтернативных топлив и добавок к дизельному топливу. В связи с этим, проблематика улучшения эффективных и экологических показателей автотракторных дизелей с наддувом путем подачи водо-метанольных смесей (ВМС) на впуске является актуальной.



Связь с планами научных исследований. Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой № 17 «Улучшение энергетических, экономических, ресурсных и экологических показателей мобильных средств в сельском хозяйстве» плана НИР Тверской ГСХА 2006…2010 гг. (номер гос. регистрации 01.2.007 04619).

Целью исследований является улучшение эффективных и экологических показателей автотракторных дизелей с наддувом путем подачи ВМС на впуске.

Объект исследований. Дизель 6ЧН 13/11,5 (СМД – 62) жидкостного охлаждения, с тороидальной камерой сгорания в поршне при работе на дизельном топливе с дополнительной подачей ВМС на впуске.

Предмет исследования: мощностные, экономические и экологические показатели работы дизеля 6ЧН 13/11,5 (СМД – 62).

Методы исследования: в работе применяются как теоретические, так и экспериментальные классические методы исследования рабочего процесса, известные и апробированные на практике, а также специально разработанные для решения поставленных задач. Достоверность результатов подтверждается применением современных методов и средств измерений, соблюдением стандартов, периодической проверкой и тарировкой приборов, анализом и контролем погрешностей измерений, а для теоретических исследований – принятием обоснованных исходных данных и общепринятых закономерностей, сопоставлением результатов расчета и эксперимента, согласованием полученных результатов с известными.

Научную новизну работы представляют:

1. Математическая модель расчета параметров рабочего цикла и показателей работы наддувного дизеля с подачей ВМС на впуске.

2. Обоснованные регулировочные параметры системы подачи ВМС на впуске дизеля СМД – 62.

3. Количественные характеристики и закономерности изменения эффективных и экологических показателей дизеля СМД – 62 при работе с подачей ВМС на впуске.

Практическая значимость:

1. Способ работы дизеля и модернизированная система питания дизеля СМД – 62 для реализации рабочего цикла с подачей ВМС на впуске.

2. Обоснованные регулировочные параметры модернизированной системы питания дизеля СМД – 62 с подачей ВМС на впуске.

3. Рекомендации по применению ВМС в качестве альтернативной топливной добавки при подаче на впуске дизеля СМД – 62.

Реализация результатов исследований. Техническое описание модернизированного макетного образца системы впуска дизеля СМД – 62 передано в ЗАО «Научный инженерно-технический центр» (ЗАО «НИТЦентр») с целью создания конструкторской документации.

Материалы исследований используются в учебном процессе на кафедре «Тракторы и автомобили» и «Техническая эксплуатация автомобилей» Тверской ГСХА при подготовке студентов по специальности 110301 и 190601.

Апробация результатов работы. Основные результаты и материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международных научных конференциях Тверской ГСХА 2006…2010 г., на Международных научно-практических конференциях «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей» 2008, 2009 СПбГАУ, г. Санкт – Петербург – Пушкин, на II Всероссийской научно-практической конференции «Наука-Технология-Ресурсосбережение» 2008 г. Вятская ГСХА, г. Киров.

Публикации результатов исследований. Основные положения диссертационной работы изложены в 8 печатных работах, в. т. числе одна в издании, указанном в «Перечне … ВАК Минобразования и науки РФ». Получен патент РФ на изобретение № 2338077.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

1. Расчётно-теоретическая модель параметров рабочего цикла и показателей работы дизеля с подачей ВМС на впуске.

2. Способ работы и модернизированная система питания дизеля СМД – 62 для реализации рабочего цикла с подачей ВМС на впуске.

3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния подачи ВМС на впуске на эффективные и экологические показатели дизеля, обоснованные регулировочные параметры модернизированной системы питания дизеля СМД – 62 с подачей ВМС на впуске.

4. Рекомендации по применению ВМС в качестве моторного топлива при подаче на впуске дизеля СМД – 62.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов и 7 приложений. Работа изложена на 155 страницах основного текста, включает 85 рисунков, 5 таблиц, содержит список литературы из 96 наименований, в том числе 6 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены основные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первом разделе проведён анализ работ выполненных по тематике рассматриваемой проблемы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по применению альтернативных топлив и добавок к нефтяным топливам отражены в работах Абрамова С.А., Азева В.С., Алексеева Д.Г., Алейникова Ю.П., Арсенова Е.Е., Балакина В.И., Гладких В.А., Гущина С.Н., Данилова А.М., Емельянова В.Е., Звонова В.А., Зуева А.А., Капустина А.А., Ксенофонтова И.В., Лебедева С.Р., Лернера М.О., Лиханова В.А., Луканина В.М, Ложкина В.Н., Луневой В.В., Лукшо В.А., Льотко В., Малова Р.В., Махова В.З., Николаенко А.В., Попова В.М., Ратьковой М.Ю., Саловой Т.Ю., Смаля В.Ф., Терентьева Г.А., Тюкова В.М., Хачияна А.С. и других.

На основании анализа современных исследований по применению альтернативных топлив и добавок к дизельному топливу установлено, что их использование получает все большее распространение, решая задачи улучшения эффективных, экологических и экономических показателей и вопросы по частичному или полному замещению дизельного топлива. Для двигателей в качестве перспективных добавок к традиционному топливу нефтяного происхождения также рассматриваются метанол и вода. Метанол является спиртовым топливом и уступает нефтяным топливам по теплосодержанию. При этом спиртовые топлива имеют важное преимущество – относятся к категории возобновляемых ресурсов и при их использовании имеется возможность замещения дизельного топлива (ДТ). Вода при использовании в двигателях оказывает значительное влияние на экологические показатели. Анализ способов подачи воды и метанола позволяет сделать вывод, что одним из перспективных способов является их подача в жидком виде во впускной тракт двигателя. При этом не требуется внесение значительных конструкционных изменений в двигатель. Эффект от данного способа возрастает при его применении для испарительного охлаждения наддувочного воздуха. Вместе с тем, вопросы совместного влияния метанола и воды при использовании ВМС на рабочие процессы дизеля изучены недостаточно. Таким образом, исследования эксплуатационных показателей автотракторных дизелей с наддувом при подаче ВМС на впуске являются перспективным научным направлением, требующим дальнейшего изучения.

В связи с этим, целью настоящих исследований является улучшение эффективных и экологических показателей автотракторных дизелей с наддувом путём подачи водо-метанольных смесей на впуске.

На основании поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:

  • разработать способ работы дизеля и модернизировать систему питания для организации рабочего процесса дизеля с наддувом при подаче ВМС на впуске;
  • разработать методику и математическую модель расчёта параметров рабочего цикла и показателей работы дизеля с подачей ВМС на впуске;
  • провести расчётно-теоретический анализ параметров рабочего цикла и показателей работы дизеля с подачей ВМС на впуске, обосновать регулировочные параметры системы для подачи ВМС;
  • разработать методику экспериментальных исследований дизеля и сформировать экспериментальную моторную установку;
  • выполнить стендовые моторные исследования параметров рабочего цикла, эффективных показателей работы и показателей токсичности отработавших газов (ОГ) дизеля при подаче ВМС на впуске и уточнить регулировочные параметры подачи ВМС на впуске;
  • разработать рекомендации по применению ВМС в качестве моторного топлива при подаче на впуске дизеля СМД – 62;
  • оценить технико-экономическую эффективность дизеля с подачей ВМС на впуске.

Во втором разделе представлен способ работы дизеля с подачей ВМС на впуске, приведена методика расчета количества подаваемых во впускной тракт ВМС, математическая модель и результаты расчёта параметров рабочего цикла и показателей работы дизеля с подачей ВМС.

На рисунке 1 представлена упрощенная схема предлагаемого способа организации работы дизеля с подачей ВМС на впуске.





Во впускной тракт перед турбокомпрессором установлена пневматическая форсунка. Подача и регулирование расхода ВМС производится устройством для подачи ВМС. Распыливание ВМС осуществляется форсункой с помощью сжатого воздуха, подаваемого штатным компрессором. На нагрев и испарение ВМС затрачивается часть теплоты наддувочного воздуха, в результате чего снижается его температура и увеличивается плотность свежего заряда на впуске, что создаёт предпосылки для улучшения эффективных показателей и уменьшения выбросов вредных веществ с ОГ и возможность замещения ДТ метанолом, входящим в состав ВМС.

Рисунок 1 – Схема организации работы дизеля при подаче ВМС на впуске

Особенностями расчёта рабочего цикла дизеля с подачей ВМС на впуске являются то, что: во-первых – часть теплоты наддувочного воздуха расходуется на нагрев и испарение ВМС, во-вторых – непосредственное участие метанола, содержащегося в ВМС, в процессе сгорания. Свежий заряд, представляющий собой смесь воздуха, водяного пара и паров метанола при невысоких давлениях без особой погрешности можно рассматривать как идеальные газы. В этом случае к ним применимы закономерности, сформулированные для смеси идеальных газов. При подаче ВМС на впуске происходит снижение температуры наддувочного воздуха, вследствие затрат тепла на нагрев и испарение ВМС. В идеальном случае энтальпия воздуха (h), затраченная на испарение ВМС, полностью возвращается с парами ВМС в воздух, поэтому процесс можно рассматривать при условии h=const. Температура воздуха при подаче ВМС на впуске определяется с использованием следующих выражений.

Уравнение смешения воздуха с парами ВМС может быть выражено

, (1)

где и – массовая доля паров ВМС и воздуха в смеси;

и – энтальпия ВМС до и после смешения, кДж/кг;

и – энтальпия воздуха до и после смешения, кДж/кг.

Так как разность энтальпий воздуха до и после смешения

, (2)

то температура охлажденного воздуха определяется

, К,(3)

где – средняя удельная теплоёмкость воздуха при постоянном давлении, кДж/(кгК).

При условии полного испарения ВМС и образования перегретого пара разность энтальпий паров ВМС и жидких ВМС можно представить в виде

, (4)

где и – температура впрыскиваемых ВМС, и температура насыщения парами ВМС в свежем заряде, К;

– теплота парообразования ВМС, кДж/кг;

и – средние удельные теплоёмкости жидких ВМС и паров ВМС при постоянном давлении, кДж/(кгК).

В данной формуле первое слагаемое представляет количество теплоты, затрачиваемое на нагрев впрыснутых ВМС, второе – количество теплоты, затрачиваемое на парообразование, третье – количество теплоты, затрачиваемое на перегрев пара. Поскольку и << r, то в небольшом интервале изменения температур первым и последним слагаемым можно пренебречь.

В результате температура охлажденного воздуха определяется выражением

, К, (5)

где: – удельная теплота парообразования ВМС, кДж/кг;

, кДж/кг (6)

где К – концентрация метанола в ВМС, ;

– удельная теплота парообразования метанола, кДж/кг;

– удельная теплота парообразования воды, кДж/кг.

Следует отметить, что теплоёмкость воздуха и скрытая теплота парообразования не являются постоянными величинами, но в небольшом интервале температур их изменением также можно пренебречь.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания рабочей смеси в цилиндре двигателя, содержащей 1 кг ДТ и метанола, содержащегося в ВМС К–ой концентрации определяется

, кг, (7)

где – отношение подачи ВМС к ДТ

, (8)

, и – суммарная доля углерода, водорода и кислорода в дизельном топливе;

, и – суммарная доля углерода, водорода и кислорода в метаноле;

GВМС, GДТ – подача, соответственно ВМС и ДТ, кг/ч.

Количество свежего заряда определяется по формуле:

, кмоль (9)

где – коэффициент избытка воздуха;

– молярная масса ВМС, кг.

Общее количество продуктов сгорания рассчитывается:

, кмоль (10)

где – количество воды поступающей на впуске, кмоль.

Полная удельная использованная теплота сгорания

, кДж/кг (11)

где – коэффициент использования теплоты;

– низшая теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг;

– низшая теплота сгорания метанола, кДж/кг;

– коэффициент остаточных газов.

Энергетический удельный расход топлив определяется

, МДж/(кВтч) (12)

где Ne – эффективная мощность, кВт.

Далее тепловой расчёт параметров рабочего цикла производится согласно известной методике с расчетом процесса сгорания с учетом динамики выгорания топлив.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.