Результаты исследований влияния применения этаноло-топливной эмульсии на показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и отработавших газах дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки

Изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от нагрузки на номинальной частоте вращения (n = 2200 мин ^-1) при значении установочного УОВТ Θ_впр = 23º до ВМТ представлено на рисунке 1, а [4].

Анализ зависимостей показывает, что при работе дизеля на ДТ увеличение нагрузки сопровождается ростом величин максимального давления сгорания р_{z max} и максимальной осредненной температуры цикла T_max. При р_е = 0,13 МПа величина р_zmax составляет 7,2 МПа. При р_е = 0,69 МПа величина р_zmax равна 8,48 МПа. Происходит увеличение р_{z max} на 1,28 МПа, или 17,8 %. Максимальная осредненная температура цикла T_max возрастает с 1485 К при р_е = 0,13 МПа до 2180 К при р_е = 0,69 МПа. Происходит увеличение Т_max на 695 К, или 46,8 %. При увеличении нагрузки на номинальной частоте вращения происходит увеличение содержания сажи в ОГ. Проведенные расчеты показывают, что расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых дт расч} возрастает с 0,011 г/м³ при р_е = 0,13 МПа до 0,217 г/м³ при р_е = 0,69 МПа, т. е. увеличивается в 19,7 раза. Расчетное количество частиц сажи в единице объема в цилиндре дизеля на момент открытия выпускного клапана (φ_Свых = 124,0º п. к.в. после ВМТ) возрастает с N_{вых дт расч} = 0,174∙10⁶ мм^-3 при р_е = 0,13 МПа до N_{вых дт расч} = 3,413∙10⁶ мм^-3 при р_е = 0,69 МПа. Массовая концентрация сажи в момент открытия выпускного клапана, полученная опытным путем, С_{вых дт опыт} возрастает с 0,012 г/м³ при р_е = 0,13 МПа до 0,242 г/м³ при р_е = 0,69 МПа. Происходит увеличение на 0,23 г/м³, или в 20,2 раза. Разница между расчетными и экспериментальными значениями массовой концентрации сажи составляет от 7 % при р_е = 0,13 МПа до 10 % при р_е = 0,69 МПа.

Отсутствие значений показателей процесса сгорания при р_е < 0,38 МПа связано с нестабильностью горения. При р_е = 0,38 МПа величина р_{z max} составляет 6,3 МПа, при р_е = 0,69 МПа величина р_{z max} = 9,1 МПа. Рост р_{z max} составляет 2,8 МПа, или 44,4 %. Максимальная осредненная температура цикла T_max возрастает с 2233 К при р_е = 0,38 МПа до 2530 К при р_е = 0,69 МПа. Рост температуры составляет 297 К, или 13,3 %.

а)

б)

Рис. 1. Изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от нагрузки при Θ_впр = 23º до ВМТ:а) n = 2200 мин ^-1; б) n = 1700 мин^-1; ¾ — ДТ; ― ― — ЭТЭ

Показатели сажесодержания при увеличении нагрузки возрастают. Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых этэ расч} возрастает с 0,0020 г/м³ при р_е = 0,38 МПа до 0,078 г/м³ при р_е = 0,69 МПа, т. е. увеличивается в 39 раз. Расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра в момент открытия выпускного клапана (φ_Свых = 124,0º п. к.в. после ВМТ) увеличивается с N_{вых этэ расч} = 0,031∙10⁶ мм^-3 при р_е = 0,38 МПа до N_{вых этэ расч} = 1,221∙10⁶ мм^-3 при р_е = 0,69 МПа. Массовая концентрация сажи в момент открытия выпускного клапана, полученная опытным путем, С_{вых этэ опыт} возрастает с 0,0022 г/м³ при р_е = 0,38 МПа до 0,086 г/м³ при р_е = 0,69 МПа. Увеличение составляет 0,084 г/м³. Разница между расчетными и экспериментальными значениями массовой концентрации сажи составляет от 9 % до 10 %.

Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана снижается c С_{вых дт расч} = 0,146 г/м³ при работе на ДТ до С_{вых этэ расч} = 0,043 г/м³ при работе на ЭТЭ. Происходит снижение в 3,4 раза. Расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра в момент открытия выпускного клапана при работе на ЭТЭ также ниже, чем при работе на ДТ: 0,675∙10⁶ мм^-3 и 2,291∙10⁶ мм^-3 соответственно. Массовая концентрация сажи в момент открытия выпускного клапана, полученная опытным путем, при работе на альтернативном топливе ЭТЭ значительно ниже, чем при работе на ДТ. Так, при р_е = 0,64 МПа значение С_{вых опыт} снижается с 0,155 г/м³ при работе на ДТ до 0,047 г/м³ при работе на ЭТЭ. Наблюдается снижение опытной концентрации сажи в 3,3 раза.

Изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от нагрузки при значении установочного УОВТ Θ_впр = 23º до ВМТ на частоте вращения n = 1700 мин^-1 представлено на рисунке 1, б.

Анализируя кривые показателей сгорания, видим, что при работе на ДТ увеличение нагрузки от р_е = 0,13 МПа до р_е = 0,76 МПа сопровождается ростом величин р_{z max} и T_max. При р_е = 0,13 МПа величина р_{z max} составляет 7,0 МПа, а при р_е = 0,76 МПа величина р_{z max} равна 8,84 МПа. Происходит увеличение р_{z max} на 1,84 МПа, или 26,3 %. Максимальная осредненная температура цикла возрастает с T_max = 1720 К при р_е = 0,13 МПа до 2183 К при р_е = 0,76 МПа. Рост значения Т_max составляет 463 К, или 26,9 %.

Результаты расчетов показывают, что массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых дт расч} возрастает с 0,0047 г/м³ при р_е = 0,13 МПа до 0,296 г/м³ при р_е = 0,76 МПа, т. е. увеличивается в 63,0 раза. Расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра на момент открытия выпускного клапана возрастает от N_{вых дт расч} = 0,074∙10⁶ мм^-3 при р_е = 0,13 МПа до N_{вых дт расч} = 4,651∙10⁶ мм^-3 при р_е = 0,76 МПа. Массовая концентрация сажи в момент открытия выпускного клапана, полученная опытным путем, С_{вых дт опыт} возрастает с 0,005 г/м³ при р_е = 0,13 МПа до 0,315 г/м³ при р_е = 0,76 МПа. Происходит увеличение на 0,31 г/м³, или в 61,7 раза. Разница между расчетными и экспериментальными значениями массовой концентрации сажи не превышает 8 %.

На частоте вращения n = 1700 мин^-1 зависимости показателей сгорания и сажесодержания от изменения нагрузки сохраняются. Для анализа полученных данных рассмотрим значения показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля при работе на ДТ и ЭТЭ на режиме максимального крутящего момента (n = 1700 мин ^-1, р_е = 0,69 МПа). При работе на ДТ максимальное давление сгорания р_{z max} = 8,69 МПа, при работе на ЭТЭ р_{z max} = 9,2 МПа. Увеличение при переходе на ЭТЭ составляет 0,51 МПа, или 5,9 %. Максимальная осредненная температура цикла T_max при работе на ДТ составляет 2145 К, а при работе на ЭТЭ T_max = 2542 К. Происходит увеличение на 18,5 %.

Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана снижается c С_{вых дт расч} = 0,125 г/м³ при работе на ДТ до С_{вых этэ расч} = 0,031 г/м³ при работе на ЭТЭ. Происходит снижение в 4,1 раза. Расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра в момент открытия выпускного клапана при работе на ЭТЭ также ниже, чем при работе на ДТ: 0,484∙10⁶ мм^-3 и 1,961∙10⁶ мм^-3 соответственно. Массовая концентрация сажи в момент открытия выпускного клапана, полученная опытным путем, при работе на альтернативном топливе ЭТЭ значительно ниже, чем при работе на ДТ. На режиме максимального крутящего момента значение концентрации С_{вых опыт} снижается с 0,133 г/м³ при работе на ДТ до 0,033 г/м³ при работе на ЭТЭ. Концентрация сажи снижается в 4,1 раза.

Таким образом, применение ЭТЭ позволяет значительно снизить показатели сажесодержания в ОГ во всем диапазоне изменения нагрузки.

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.