
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

Оценка влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания бензинового ДВС на режиме холостого хода

Работа №	114430
Тип работы	Магистерская диссертация
Предмет	машиностроение
Объем работы	70
Год сдачи	2019
Стоимость	4915 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	79

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 Изучение литературы для выявления и оценка влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания бензинового ДВС 6
1.1 Обзор литературы по экспериментальным исследования
процесса сгорания в поршневых ДВС с добавкой водорода 8
1.1.1 Аномальное сгорание водорода в ДВС 8
1.1.2 Образование смеси 13
1.2 Способы управления нагрузкой при работе на водородном
топливе 15
1.3 Водородные двигатели с искровым зажиганием 17
1.4 Высокотемпературное окисление углеводородов 21
1.5 Механизмы влияния химически активных добавок на пламя 23
ГЛАВА 2 Описание экспериментальной части диссертационного исследования 27
2.1 Экспериментальная установка 27
2.2 Построение модели для моделирования влияния топлива на
скорость сгорания в бензиновом ДВС с промотирующими добавками водорода 32
2.2.1 Временные графики 33
2.2.2 Запрос наборов данных после обработки 35
2.2.2.1 Основные наборы данных 35
2.2.3 Создание разверток в WavePost 37
2.2.4 Графики и таблицы с результатами 38
ГЛАВА 3 Обзор проведенных экспериментальных исследований влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания бензинового ДВС с промотирующими добавками водорода 42
3.1 Результаты экспериментальных исследований 42
ГЛАВА 4 Оценка влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания
бензинового ДВС 48
4.1 Оценка влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания бензинового ДВС 48
4.2 Оценка влияния добавки водорода в ТВС бензинового двигателя
на скорость распространения пламени в условиях забалластированной остаточными газами 56
4.3 Оценка скорости сгорания в условиях ДВС забалластированной
остаточными газами 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 64

Введение

Актуальность работы. Использование альтернативных видов топлива позволяет снизить токсичность без значительных изменений конструкции ДВС. Характеристики горения водорода обеспечивают высокую скорость сгорания и минимальную энергию зажигания, что позволяет расширить пределы эффективного обеднения смеси. Также, интерес к водороду связан с тем, что водород может быть получен при электролизе воды. [1,2]
Наиболее часто приводится в исследованиях поверхностный механизм распространения фронта пламени, описанный в трудах [5, 6, 7]. При горении равномерно перемешанной смеси в турбулентном потоке, свежая смесь отделена от продуктов сгорания тонким искривленным фронтом пламени. В камере сгорания поршневого двигателя с внешним смесеобразованием имеет место тот же механизм.
Поэтому, целью работы является экспериментальное исследование влияния состава смеси, степени сжатия, угла опережения зажигания и частоты вращения на средние скорости распространения фронта пламени в различных фазах сгорания.
Целью работы является выявление оценка влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания бензинового ДВС на режиме холостого хода.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
1. провести оценка влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания бензинового ДВС на режиме холостого хода.
2. выявить возможности определения влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания бензинового ДВС на этапе проектирования.
Объект исследования: бензиновый ДВС с искровым зажиганием.
Предмет исследования: скорость сгорания бензинового ДВС с искровым зажиганием.
Методы исследования. Метод экспериментального исследования на одноцилиндровой установке и двигателе ВАЗ, и метод статистической обработки результатов эксперимента и моделирования рабочего процесса
Достоверность полученных результатов исследования обусловлена большим объемом экспериментов, применением методов статистической обработки данных.
Научная новизна исследования
Выявлены возможности определения влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания бензинового ДВС на этапе проектирования.
Практическая значимость работы:
Обобщены результаты экспериментальных исследований и сопоставлены с возможностью определения влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания бензинового ДВС на этапе проектирования.
На защиту выносятся:
Результаты входящие в задачи работы, а также входящие в практическую и теоретическую значимость работы.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных и обсуждались на семинарах кафедры «Энергетические машины и системы управления» и на конференции МНПК в 2018 г.
Публикации. По теме диссертации опубликована 1 печатная работа.
Структура и объем диссертации.
Диссертации состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 64 наименования. Работа изложена на 70 страницах машинописного текста, иллюстрированного 3 таблицей и 26 рисунками.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

К основным результатам следует отнести следующие выводы по работе:
1. проведенная оценка влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания бензинового ДВС на режиме холостого хода, показала, что увеличение скорости распространения пламени соответствует увеличению энергоемкости топливно-воздушной смеси в связи с добавкой водорода.
2. выявлена возможности определения влияния состава рабочей смеси на скорость сгорания бензинового ДВС на этапе проектирования, а именно на основании проведенного имитационного моделирования и анализа экспериментальных данных получены модели для расчета средней скорости распространения фронта пламени.
Также получено, что:
- добавка водорода в бензин в размере 0,02 и 0,03 кг/ч снижает расход топлива и на количестве подведенной энергии с топливом, при этом отмечено, что добавка 0,03 кг/ч полностью устраняет циклы с пропуском зажигания, возможно лишь наличие циклов с частичным сгоранием.
- характеристика активного тепловыделения на режиме холостого хода зависит в большей степени от межцикловой неравномерности работы двигателя.

Литература

I. Verhelst, S. A study of the combustion in hydrogen- fuelled internal combustion engines: PhD thesis / S. Verhelst // Gent: Gent University, 2005. - С.222
2. Gosselink J.W. Pathways to a more sustainable production of energy: sustainable hydrogen - a research objective for Shell. Int. J. Hydrogen Energy, 27:1125-1129, 2002.
3. Segal L. Transition infrastructure for hydrogen fuel. 14th World Hydrogen Energy Conference, plenary session on hydrogen infrastructure, Montreal, June 2002.
4. Schulte I., Hart D., and van der Vorst R. Issues affecting the acceptance of hydrogen fuel. Int. J. Hydrogen Energy, 29:677-685, 2004.
5. Kazuyuki N. et al. Study on fuel cell poisoning resulting from hydrogen fuel containing impurities. Fisita World Automotive Congress, paper nr F2004F397, 2004.
6. Tang X. et al. Ford P2000 hydrogen engine dynamometer development. SAE, paper nr 2002-01-0242, 2002.
7. Akagawa H. et al. Development of hydrogen injection clean engine. 15th World Hydrogen Energy Conference, paper nr 28J-05, Yokohama, Japan, July 2004.
8. Lutz A.E., Larson R.S., and Keller J.O. Thermodynamic comparison of fuel cells to the Carnot cycle. Int. J. Hydrogen Energy, 27:1103-1111, 2002.
9. Das L.M. Hydrogen engines: a view of the past and a look into the future. Int. J. Hydrogen Energy, 15:425-443, 1990.
10. Das L.M. Hydrogen-oxygen reaction mechanism and its implication to hydrogen engine combustion. Int. J. Hydrogen Energy, 21:703-715, 1996.
II. Karim G.A. Hydrogen as a spark ignition engine fuel. Int. J. Hydrogen Energy, 28:569-577, 2003.
12. Bardon M.F. and Haycock R.G. The hydrogen research of R.O. King. 14th World Hydrogen Energy Conference, invited paper, Montreal, Canada, 2002.
13. MacCarley C.A. A study of factors influencing thermally induced backfiring in hydrogen fuelled engines, and methods for backfire control. 16th IECEC conference, Atlanta, USA, 1981.
14. Das L.M. Near-term introduction of hydrogen engines for automotive and agricultural application. Int. J. Hydrogen Energy, 27:479-487, 2002.
15. Lucas G.G. and Morris L.E. The backfire problem of the hydrogen engine. Symposium organized by the university’s internal combustion engine group, King’s College, London, UK, 1980.
16. Berckmu"ller M. et al. Potentials of a charged SI-hydrogen engine. SAE, paper nr 2003-01-3210, 2003.
17.Stockhausen W.F. et al. Ford P2000 hydrogen engine design and vehicle development program. SAE, paper nr 2002-01-0240, 2002.
18.Swain M.R., Swain M.N., and Adt R.R. Consideration in the design of an inexpensive hydrogen-fueled engine. SAE, paper nr 881630, 1988.
19.Smolenskaya N.M., Smolenskii V.V, Bobrovskij I., Research of polytropic exponent changing for influence evaluation of actual mixture composition on hydrocarbons concentration decreasing on deep throttling operation, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 50 (2017) 012016
doi:10.1088/1755-1315/50/1/012016.
20. Warnatz J., Maas U., Dibble R.W., Combustion. Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation, 4th Edition, ISBN-13 978-3-540-25992-3 4th ed. Springer Berlin Heidelberg New York, 2006 - 378 p.
21. Law C.K. Combustion physics, Cambridge: Cambridge university press, 2006. - 722 p.
22. Verhelst S. A study of the combustion in hydrogen-fuelled internal combustion engines, PhD thesis, Gent: Gent University, 2005. - 278 p.
23.Smolenskaya N.M. Improving the efficiency of spark ignition engines through the use of composite gas fuels, dissertation of the candidate of technical sciences, Moscow: MAMI University, 2015. - 165 p.
24.Suwanchotchoung N. Performance of a spark ignition dual-fueled engine using split-injection timing: Ph.D. Thesis.Vanderbilt University, 2003. - 197 с.
25.The composition of combustion products formed from gasoline-hydrogen-air mixtures in a constant-volume spherical chamber / L.N. Bortnikov, D.A. Pavlov, M.M. Rusakov, A.P. Shaikin // Russian Journal of Physical Chemistry B, 5(1) (2011) 75-83. DOI: 10.1134/ S1990793111010039.
26.Influence of fuel hydrogen additives on the characteristics of a gas-piston engine under changes of an ignition advance angle / Y.F. Gortyshov, V.M. Gureev, R.S. Misbakhov, I.F. Gumerov, A.P.Shaikin // Russian Aeronautics 52(4) (2009) 488-490. DOI: 10.3103/S1068799809040199.
27. Кавтарадзе, Р.З. Теория поршневых двигателей. Спец. главы: учебник для вузов / Р.З. Кавтарадзе. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, - 2008. - 720 с.
28. Fu J.Q. et al. Energy and exergy analysis on gasoline engine based on mapping characteristics experiment. Appl Energy 2013;102:622-30. https://doi.org/10.1016Zj.apenergy.2012.08.013
29. Coney M.W., Linnemann C., Abdallah H.S. A thermodynamic analysis of a
novel high efficiency reciprocating internal combustion engine - the isoengine. Energy 2004;29(12-15):2585-600.
https://doi.org/10.1016/j.energy.2004.05.014
30.Smolenskaya N.M., Smolenskii V.V, Bobrovskij I., Research of polytropic exponent changing for influence evaluation of actual mixture composition on hydrocarbons concentration decreasing on deep throttling operation, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 50 (2017) 012016
doi:10.1088/1755-1315/50/1/012016.
31. Вибе, И. И. Новое о рабочем цикле двигателей. Скорость сгорания и рабочий цикл двигателя / И.И. Вибе. - Свердловск : Машгиз, - 1962. - 271 с.
32. Heywood J.B., Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, - New York : McGraw-Hill, - 1988. - 931 p.
33.Smolenskaya N.M., Korneev N.V. Modelling of the combustion velocity in UIT-85 on sustainable alternative gas fuel, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 66 (2017) 012016 doi:10.1088/1755-
1315/66/1/012016.
34. Кутенёв, В.Ф. Улучшение эффективности работы двигателя с
искровым зажиганием в период холодного пуска и прогрева путем использования химически активных веществ/ В.Ф. Кутенёв, В.М. Фомин, В.Ф. Каменев // Труды НАМИ. - 2013. - № 252. - С. 42-61.
35. Корнеев, Н.В. Модель средней скорости распространения фронта пламени природного газа с добавками водорода для одноцилиндровой установки УИТ-85 имитирующей режимы холостого хода / Н.В. Корнеев, Н.М. Смоленская // Естественные и технические науки. - 2014. - № 9-10. - С.167-171.
36. Применение водорода для повышения полноты сгорания ТВС на режимах пуска и прогрева / Л.Н. Бортников, Д.А. Павлов, М.М. Русаков, В.В. Смоленский // Естественные и технические науки. - 2013. - №1. - С. 346-350
37. Numerical investigation of the effect of injection timing under various
equivalence ratios on energy and exergy terms in a direct injection SIhydrogen fueled engine/ Nemati, A., Fathi, V., Barzegar, R., Khalilarya, S. // International Journal of Hydrogen Energy. - 2013. - 38 (2), - P.
1189-1199. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.10.083
38.Sipeng Zhu, Kangyao Deng, Shuan Qu Thermodynamic analysis of an in-cylinder waste heat recovery system for internal combustion engines //
Energy. Volume 67, 1 April 2014, P. 548-556.
https:ZZdoi.org/10.1016Zj.energy.2014.02.006
39. Chintala V., Subramanian K.A. Assessment of maximum available work of
a hydrogen fueled compression ignition engine using exergy analysis ZZ Energy. - 2014. - №67. - P. 162-175.
https :ZZdoi.orgZ 10.1016Zj.energy.2014.01.094
40. Thermodynamic energy and exergy analysis of three different engine
combustion regimesZ Li Y., Jia M., Chang Y., Kokjohn S.L., Reitz R.D.ZZ Applied Energy. - 2016. - №180. - P. 849-858.
https:ZZdoi.orgZ 10.1016Zj.apenergy.2016.08.038
41. Thermodynamic and energy saving benefits of hydraulic free-piston enginesZZhao Z., Wang S., Zhang S., Zhang F.ZZEnergy. - 2016. - №102. - P. 650-659. https:ZZdoi.orgZ10.1016Zj.energy.2016.02.018
42. Смоленский, В.В. Исследование влияния водорода на неравномерность протекания процесса сгорания СПГ в ДВС на режимах холостого хода / В.В. Смоленский, Н.М. Смоленская, Д.А. Павлов // Вектор науки ТГУ. - 2016. - № 4 (38). - С. 52-59
43. Исследования энергетических и экологических показателей работы автомобильного двигателя на бензоводородных топливных композициях/ В.Ф. Каменев, В.М. Фомин, Н.А. Хрипач, Л.Ю. Лежнев // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2005. - № 9. - С. 16-23.
44. Термодинамический анализ рабочего цикла двигателя с
термохимическим генерированием водородного топлива/ Н.А. Хрипач, В.Ф. Каменев, В.М. Фомин, С.В. Алешин // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2006. - № 4. - С. 45-50.
45. Warnatz J., Maas U., Dibble R.W. Combustion: Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation: 4th ed. Springer Berlin Heidelberg New York: 2006. - 388 p.
46.Smolenskaya N.M., Korneev N.V. Modelling of the combustion velocity in UIT-85 on sustainable alternative gas fuel, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 66 (2017) 012016 doi:10.1088/1755-
1315/66/1/012016.
47.Shaikin A.P., Galiev I.R. On the effect of temperature and the width of the turbulent combustion zone on the ionization detector readings, Technical Physics, 61(8) (2016) 1206-1208. DOI: 10.1134/S1063784216080247.
48. Kuznetsov V.R., Sabelnikov V.A. Turbulence and burning, Moscow: Science, 1986. - 288 p.
49. Hitrin L.N. Physics of Combustion and Explosion, Moscow: MGU, 1957. - 442 p.
50. Law C.K. Combustion physics, Cambridge: Cambridge university press, 2006. - 722 p.
51.5. Byttner, T. Rognvaldsson, and N. Wickstrom. Estimation of combustion variability using in-cylinder ionization measurements. SAE, 2001-01-3485, 2001.
52.5. Byttner, T. Rognvaldsson, and N. Wickstrom. Strategies for handling the fuel additive problem in neural network based ion current interpretation. SAE, 2001-01-0560, 2001.
53.I. Andersson and L. Eriksson. Ion sensing for combustion stability control of a spark ignited direct injected engine. SAE, 2000-01-0552, 2000.
54. L. Eriksson, L. Nielsen, and J. Nytomt. Ignition control by ionization current interpretation. SAE, 960045, 1996.
55. Улыбышев, К.Е. Расчёт влияния постоянного электрического поля на газодинамику и эмиссию окислов азота в ламинарном диффузионном пламени [Текст] / К.Е. Улыбышев // МЖГ. №1, 2000. - С.55-71.
56. Проскурин, В.Ф. Цепно-тепловой взрыв и степень ионизации
водородовоздушного пламени [Текст] / В.Ф. Проскурин, П.Г. Бережко, Е.Н. Николаев, В.Н. Тараканов, П.Е. Половинкин, А.Г. Лещинская // Физика горения и взрыва. 2005. № 1. С.15-23.
57. Сеначин, П.К. Моделирование процесса горения гомогенной смеси в двигателе с искровым зажиганием [Текст] / П.К. Сеначин, М.А. Ильина, Д.Д. Матиевский, М.Ю. Свердлов //Тез. XII симпозиума по горению и взрыву, 11-15 сентября 2000 г. Черноголовка: РАН, 2000.- ч.3. - с.155-157.
58. Daniels, C. F. The comparison of mass fraction burned obtained from the cylinder pressure signal and spark plug ion signal [Text] / SAE paper № 980140, 1998.
59. Eriksson, L. Requirements for and a systematic method for identifying heat release model parameters. Modeling of SI and Diesel Engines [Text] / SAE Paper № 980626, 1998.
60. Franke, A. Employing an ionization sensor for combustion diagnostics in a learn burn natural gas engine [Text] / A. Franke, P. Einewall, B. Johansson, R. Reinmann // SAE paper № 2001-01-0992, 2001.
61. Grill, M. Objektorientierte Prozessrechnung von Verbrennungsmotoren [Текст] / M.Grill // Stuttgart, Universitat, Dissertation. 2006a.
62. Gulder, O. L. Turbulent Premixed Combustion Modelling using Fractal Geometry [Текст] / O.L. Gulder // in: 23. Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute. 1990.
63. Herdin, G. Emissionsproblematik bei Biogasmotoren [Текст] / G.Herdin // in: 11. Tagung Der Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors. Graz. 2007.
64. Heywood, J. B. Fluid Motion Within the Cylinder of Internal Combustion Engines - The 1986 Freeman Scholar Lecture [Текст] / J. B. Heywood // Journal of Fluids Engineering Vol. 109 / 3. 1987.