📄Работа №114984
Тема: Улучшение экономических показателей поршневого двигателя с искровым зажиганием за счет применения добавок водорода
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Машиностроение
Объем:
154 листов
Год:
2019
Просмотров:
281
4945
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 5
1 Состояние вопроса и задача исследования 12
1.1 Тепловой баланс поршневого двигателя внутреннего
сгорания с искровым зажиганием на режимах городского цикла 12
1.2 Показатели оценки процесса сгорания и эффективности рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием 15
1.2.1 Оценка процесса сгорания 15
1.2.2 Оценка эффективности рабочего процесса 17
1.3 Причины ухудшения рабочего процесса поршневого
двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием на режимах частичных нагрузок 20
1.3.1 Факторы, влияющие на эффективность рабочего процесса в период развития пламени 20
1.3.2 Факторы, влияющие на эффективность рабочего процесса в период быстрого сгорания 24
1.3.2.1 Влияние факторов на эффективность сгорания 26
1.3.2.2 Влияние факторов на термодинамическую эффективность 36
1.4 Межцикловая неравномерность рабочего процесса
ПДВС с искровым зажиганием 42
1.4.1 Причины межцикловой неравномерности 47
1.4.2 Факторы, влияющие на уровень межцикловой неравномерности 50
1.5 Направления совершенствования рабочего процесса с
целью улучшения показателей и мероприятия по уменьшению межцикловой неравномерности 51
1.5.1 Совершенствование системы зажигания 52
1.5.2 Повышение турбулентности заряда 54
1.5.3 Подогрев заряда на впуске 57
1.5.4 Применение клапанного механизма с изменяемым подъемом и фазами открытия клапана 58
1.5.5 Рециркуляция отработавших газов 58
1.5.6 Применение топлив с высокой ламинарной скоростью сгорания 59
Выводы по разделу 1 67
2 Задачи исследования 69
2.1 Снижение межцикловой неравномерности как фактор повышения эффективности рабочего процесса ПДВС с искровым зажиганием 71
2.1.1 Взаимосвязь показателя оценки межцикловой неравномерности с параметрами эффективности рабочего процесса ПДВС 75
Корреляционные модели показателя межцикловой неравномерности от ключевых параметров эффективного рабочего процесса 75
Взаимосвязь показателя межцикловой неравномерности с положением центральной линии сгорания 79
Взаимосвязь показателя межцикловой неравномерности с продолжительностью периода быстрого сгорания 80
Параметры рабочего процесса ПДВС и показателя межцикловой неравномерности на режимах частичных нагрузок 81
2.2.1 Режимы средних нагрузок 81
2.2.2 Режим холостого хода, как характерный режим малых нагрузок 84
Выводы по разделу 2 92
3 Анализ влияния добавок водорода к бензину на режимах низкой эффективности рабочего процесса ПДВС с искровым зажиганием
3.1 Концептуальное представление влияния водорода на эффективность рабочего процесса в ПДВС с искровым зажиганием
3.2 Механизм влияния водорода на период развития пламени
3.3 Механизм влияние водорода на период быстрого сгорания
3.4 Влияние добавок водорода к бензину на рабочий процесс ПДВС с искровым зажиганием на режиме холостого хода
3.5 Выводы по разделу 3
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список используемых источников
1 Состояние вопроса и задача исследования 12
1.1 Тепловой баланс поршневого двигателя внутреннего
сгорания с искровым зажиганием на режимах городского цикла 12
1.2 Показатели оценки процесса сгорания и эффективности рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием 15
1.2.1 Оценка процесса сгорания 15
1.2.2 Оценка эффективности рабочего процесса 17
1.3 Причины ухудшения рабочего процесса поршневого
двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием на режимах частичных нагрузок 20
1.3.1 Факторы, влияющие на эффективность рабочего процесса в период развития пламени 20
1.3.2 Факторы, влияющие на эффективность рабочего процесса в период быстрого сгорания 24
1.3.2.1 Влияние факторов на эффективность сгорания 26
1.3.2.2 Влияние факторов на термодинамическую эффективность 36
1.4 Межцикловая неравномерность рабочего процесса
ПДВС с искровым зажиганием 42
1.4.1 Причины межцикловой неравномерности 47
1.4.2 Факторы, влияющие на уровень межцикловой неравномерности 50
1.5 Направления совершенствования рабочего процесса с
целью улучшения показателей и мероприятия по уменьшению межцикловой неравномерности 51
1.5.1 Совершенствование системы зажигания 52
1.5.2 Повышение турбулентности заряда 54
1.5.3 Подогрев заряда на впуске 57
1.5.4 Применение клапанного механизма с изменяемым подъемом и фазами открытия клапана 58
1.5.5 Рециркуляция отработавших газов 58
1.5.6 Применение топлив с высокой ламинарной скоростью сгорания 59
Выводы по разделу 1 67
2 Задачи исследования 69
2.1 Снижение межцикловой неравномерности как фактор повышения эффективности рабочего процесса ПДВС с искровым зажиганием 71
2.1.1 Взаимосвязь показателя оценки межцикловой неравномерности с параметрами эффективности рабочего процесса ПДВС 75
Корреляционные модели показателя межцикловой неравномерности от ключевых параметров эффективного рабочего процесса 75
Взаимосвязь показателя межцикловой неравномерности с положением центральной линии сгорания 79
Взаимосвязь показателя межцикловой неравномерности с продолжительностью периода быстрого сгорания 80
Параметры рабочего процесса ПДВС и показателя межцикловой неравномерности на режимах частичных нагрузок 81
2.2.1 Режимы средних нагрузок 81
2.2.2 Режим холостого хода, как характерный режим малых нагрузок 84
Выводы по разделу 2 92
3 Анализ влияния добавок водорода к бензину на режимах низкой эффективности рабочего процесса ПДВС с искровым зажиганием
3.1 Концептуальное представление влияния водорода на эффективность рабочего процесса в ПДВС с искровым зажиганием
3.2 Механизм влияния водорода на период развития пламени
3.3 Механизм влияние водорода на период быстрого сгорания
3.4 Влияние добавок водорода к бензину на рабочий процесс ПДВС с искровым зажиганием на режиме холостого хода
3.5 Выводы по разделу 3
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список используемых источников
📖 Введение
За последние 115 лет (1901-2016 гг.) повышение температуры приземного воздуха на континентах и океанах составило примерно один градус. Этот исторический период является самым теплым в истории современной цивилизации, например, в Северном полушарии последние 30 лет, вероятно, были самыми теплыми за 1400 лет [1].
За последние 30 лет человеческая активность, с вероятностью ближе к 100%, стала причиной превышения примерно на один градус среднего уровня повышения температуры на планете, фиксировавшегося в доиндустриальный период 1850-1900 г.г. В последние несколько лет также были зафиксированы рекордные, связанные с климатом, экстремальные погодные явления, а 2013-2016 года были самыми теплыми за всю историю наблюдений для земного шара. Помимо потепления, тысячи исследований, проведенных по всему миру, зафиксировали изменения температуры поверхности, атмосферы и океана; тающие ледники; уменьшение снежного покрова; сокращение морского льда; повышение уровня моря; подкисление океана; увеличение атмосферного водяного пара [2-4].
На основании многочисленных данных, что весьма вероятно, человеческая деятельность, особенно связанная с выбросами парниковых газов, являются главной причиной наблюдаемого потепления.
Масштабы изменения климата в ближайшие несколько десятилетий будут зависеть главным образом от количества парниковых газов (особенно углекислого газа), выбрасываемых во всем мире. При этом, с наибольшей вероятностью, повышение средней температуры на планете достигнет 1,5°C за период 2032-2050 годы [5].
Без значительного сокращения выбросов повышение среднегодовой глобальной температуры по сравнению с доиндустриальным временем может достичь 5°C или более градусов к концу этого столетия. При противоположном сценарии регулирования выбросов увеличение среднегодовой глобальной температуры может быть ограничено 2°C или менее.
Транспортная отрасль является основным потребителем нефтяных топлив (более 50% добываемой нефти), источником выбросов углекислого газа и загрязнения окружающей среды вредными веществами.
По данным Международного энергетического агентства в 2009 году на транспортный сектор приходилось примерно одна пятая мирового потребления первичной энергии и около 25% (в США - до 33% [6]) выбросов углекислого газа (CO2), связанных с ее преобразованием. Эти процентные соотношения немного уменьшились в 2010 году и, по прогнозам специалистов, стабилизируются на этих уровнях в ближайшие десятилетия, если не будут предприняты значительные усилия к их снижению. Транспортный сектор использует энергию нефтяных топлив более чем в 93% (по итогам 2017 года в США - 91,8% [6]) преобразуемой энергии и ожидается, что нефть останется основным источником для транспортных топлив в обозримом будущем [7].
В настоящее время поршневой двигатель внутреннего сгорания (ПДВС) является одним из основных источников механической энергии. Общая мощность ПДВС составляет 80-85% мощности всех энергетиче¬ских установок в мировой энергетики. Доминирующее положение ПДВС занимают на транспорте, так, например, на долю поршневой авиации при¬ходится - около 70% техники, на автомобильном транспорте - более 95%.
Мировой парк автомобильной техники превысил 1 млрд. единиц в 2010 году, при этом на автомобили, находящиеся в частной собственности, приходилось немногим менее 800 млн. единиц техники [8]. В то же самое время, продажи новой автомобильной техники с каждым годом продолжают возрастать, так на 2012 год продажи легковых и легких коммерческих автомобилей составляли около 75 млн. единиц, а в 2017 году уже немногим меньше 95 млн. единиц.
Бензин является основным топливом для легкового транспорта. При этом бензиновые двигатели с искровым зажиганием, используемые на легковом транспорте, определяют около 65% выбросов СО2 всего транспортного сектора [9], и, следовательно, около 16-25% выбросов от преобразования первичной энергии.
Дальнейшее развитие человечества, по признанию большинства экспертов и политиков, напрямую должно быть связано с повышением эффективности мировой энергетики и транспорта, в частности, в первую очередь снижением использования углеводородного топлива с высоким содержанием углерода в химической формуле при производстве энергии [10, 11].
Повышение эффективности использования энергии с одной стороны обеспечит в будущем энергетическую безопасность страны и мира в целом, с другой - является самым дешевым, быстрым и экологичным способом решения проблем, связанных с нехваткой энергии. Меры по повышению эффективности использования жидких видов топлива могут позволить сэкономить объем топлива, равный половине мирового потребления нефти в настоящий момент (по состоянию на 2006 год). Это обеспечит компенсацию около 56% роста потребления нефти в базовом (прогнозном) сценарии развития мировой экономики [10].
Возможные изменения в национальных транспортных системах - т.е. как будет путешествовать население, какими транспортными средствами, какое топливо при этом будет использоваться - предполагают дополнительный значительный потенциал для существенного сокращения выбросов парниковых газов [12].
По прогнозам авторитетной на автомобильном рынке американской компании «Delphi», представленным на рисунке В.1, структура выпускаемых новых автомобилей будет меняться по типу используемого топлива, применяемым энергетическим установкам, принципам их регулирования и т.д. [13].
642 "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации" утвержден перечень стратегических направлений научно-технологического развития Российской Федерации и в их число вошло направление: «переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии».
По состоянию на 2015 г. транспортный сектор России ежегодно потреблял порядка 65 млн. тонн н. э. энергии, из них 99% приходилось на нефтяные топлива (сжиженные углеводородные газы, бензин, дизельное топливо), 60% которых в свою очередь составляли автомобильные бензины [14, 15].
По состоянию на 1 января 2018 г. в России было зарегистрировано 59,7 млн. транспортных средств. Ежегодный прирост парка транспортных средств составляет - 1-1,5 млн. единиц и к 2040 году российский парк автомобилей приблизится к 100 млн. единиц и, как можно видеть из рисунка В.2, он в основном будет состоять из легковых автомобилей. В общем парке транспортных средств на 1 января 2018 года доля легковых автомобилей составляла - 78,4%, среди которых автомобили старше 10 лет - 47,5%, старше 5 лет - 24%. Такое соотношение по возрастной категории транспортных средств фактически не изменилось за последнее десятилетие, например, для 2010 года доля автомобилей старше 10 лет составляла - 48,2%, и, с учетом экономического кризиса, мало изменится и в будущие 7-10 лет.
Такой парк легковых автомобилей старше 5 лет в количестве 30-35 млн. единиц представляет преобладающую часть транспортного сектора. Повышение его энергоэффективности, экологической безопасности в условиях эксплуатации при городском движении, где двигатель в основном работает на режимах частичной нагрузки, является значимой научно-технической задачей в свете обозначенного руководством страны стратегического направления научно-технологического развития.
Распоряжением Правительства РФ от 22 ноября 2008 г. N 1734-р утверждена Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года. В данном документе особа роль отведена приоритету развития транспортного сектора - формированию и реализации экологической политики в сфере транспорта, который выражается в цели стратегии «Снижение негативного воздействия транспортной системы на окружающую среду».
Индикатором первого уровня для оценки успешности развития транспортного сектора определен - объем выбросов углекислого газа на один приведенный тонно-километр по видам транспорта.
К индикаторам второго уровня, наряду с другими, также относятся:
- доля альтернативных видов топлива в общем топливопотреблении автотранспортных средств;
- доля парка транспортных средств с гибридными, электрическими двигателями и двигателями на альтернативных видах топлива в общей численности парка транспортных средств;
- средний удельный расход топлива (электроэнергии) на единицу транспортной работы, выполненной транспортными средствами по видам транспорта (к уровню 2010 года).
Можно также отметить, что в настоящее время в структурах Правительства РФ проходит согласование подпрограмма развития использования газомоторного топлива на транспорте государственной программы Российской Федерации "Энергоэффективность и развитие энергетики". Данная подпрограмма направлена на стимулирование развития рынка газомоторного топлива в России. В планах Правительства РФ к 2030 году реализация строительства 2300 газозаправочных комплексов для транспорта на природном газе в соответствии с данной инициативой.
Расширение использования природного газа в транспортном секторе является первым шагом к развитию водородной энергетики на транспорте и быту. Драйвером в этом движении уже сейчас в мире становятся топлив¬ные элементы, так, по заключению консалтинговой компании Navigant Research, количество транспортных средств с водородными топливными элементами по всему миру вырастет к 2030 году — до 1,5 млн. единиц [16, 17]. В Японии действует целая государственная программа ENE-FARM создания бытовых автономных водородных когенерационных установок — в настоящий момент в стране их уже несколько тысяч.
На рисунках В.3, В.4 представлены концептуальные элементы модели будущей безуглеродной водородной энергетики: транспортировка водорода по трубопроводам совместно с метаном и водородные (метано-водородные) заправки транспортных средств.
В планах корпорации ПАО «Газпром» разработка инновационного блочно-комплектного исполнения оборудования по производству метано-водородного топлива (его унификация) для серийного производства и последующего его использования в первую очередь на собственных газоперекачивающих агрегатах, а затем и в других областях энергетики [19].
Прослеживаемые тенденции в векторе развития отечественной энергетической отрасли страны, а именно, в направлении формирования энергоэффективной малоуглеродной энергетики, глобальное потепление на планете, в значительной степени связанное с выбросами углекислого газа, определяет целесообразность проведения глубоких научно-исследовательских работ в этой области. Данный факт определил цель настоящих исследований в рамках выполнения магистерской работы - ис-следование путей и возможностей повышения экономических показателей поршневых двигателей внутреннего сгорания на режимах частичных нагрузок применением бензоводородовоздушных смесей.
За последние 30 лет человеческая активность, с вероятностью ближе к 100%, стала причиной превышения примерно на один градус среднего уровня повышения температуры на планете, фиксировавшегося в доиндустриальный период 1850-1900 г.г. В последние несколько лет также были зафиксированы рекордные, связанные с климатом, экстремальные погодные явления, а 2013-2016 года были самыми теплыми за всю историю наблюдений для земного шара. Помимо потепления, тысячи исследований, проведенных по всему миру, зафиксировали изменения температуры поверхности, атмосферы и океана; тающие ледники; уменьшение снежного покрова; сокращение морского льда; повышение уровня моря; подкисление океана; увеличение атмосферного водяного пара [2-4].
На основании многочисленных данных, что весьма вероятно, человеческая деятельность, особенно связанная с выбросами парниковых газов, являются главной причиной наблюдаемого потепления.
Масштабы изменения климата в ближайшие несколько десятилетий будут зависеть главным образом от количества парниковых газов (особенно углекислого газа), выбрасываемых во всем мире. При этом, с наибольшей вероятностью, повышение средней температуры на планете достигнет 1,5°C за период 2032-2050 годы [5].
Без значительного сокращения выбросов повышение среднегодовой глобальной температуры по сравнению с доиндустриальным временем может достичь 5°C или более градусов к концу этого столетия. При противоположном сценарии регулирования выбросов увеличение среднегодовой глобальной температуры может быть ограничено 2°C или менее.
Транспортная отрасль является основным потребителем нефтяных топлив (более 50% добываемой нефти), источником выбросов углекислого газа и загрязнения окружающей среды вредными веществами.
По данным Международного энергетического агентства в 2009 году на транспортный сектор приходилось примерно одна пятая мирового потребления первичной энергии и около 25% (в США - до 33% [6]) выбросов углекислого газа (CO2), связанных с ее преобразованием. Эти процентные соотношения немного уменьшились в 2010 году и, по прогнозам специалистов, стабилизируются на этих уровнях в ближайшие десятилетия, если не будут предприняты значительные усилия к их снижению. Транспортный сектор использует энергию нефтяных топлив более чем в 93% (по итогам 2017 года в США - 91,8% [6]) преобразуемой энергии и ожидается, что нефть останется основным источником для транспортных топлив в обозримом будущем [7].
В настоящее время поршневой двигатель внутреннего сгорания (ПДВС) является одним из основных источников механической энергии. Общая мощность ПДВС составляет 80-85% мощности всех энергетиче¬ских установок в мировой энергетики. Доминирующее положение ПДВС занимают на транспорте, так, например, на долю поршневой авиации при¬ходится - около 70% техники, на автомобильном транспорте - более 95%.
Мировой парк автомобильной техники превысил 1 млрд. единиц в 2010 году, при этом на автомобили, находящиеся в частной собственности, приходилось немногим менее 800 млн. единиц техники [8]. В то же самое время, продажи новой автомобильной техники с каждым годом продолжают возрастать, так на 2012 год продажи легковых и легких коммерческих автомобилей составляли около 75 млн. единиц, а в 2017 году уже немногим меньше 95 млн. единиц.
Бензин является основным топливом для легкового транспорта. При этом бензиновые двигатели с искровым зажиганием, используемые на легковом транспорте, определяют около 65% выбросов СО2 всего транспортного сектора [9], и, следовательно, около 16-25% выбросов от преобразования первичной энергии.
Дальнейшее развитие человечества, по признанию большинства экспертов и политиков, напрямую должно быть связано с повышением эффективности мировой энергетики и транспорта, в частности, в первую очередь снижением использования углеводородного топлива с высоким содержанием углерода в химической формуле при производстве энергии [10, 11].
Повышение эффективности использования энергии с одной стороны обеспечит в будущем энергетическую безопасность страны и мира в целом, с другой - является самым дешевым, быстрым и экологичным способом решения проблем, связанных с нехваткой энергии. Меры по повышению эффективности использования жидких видов топлива могут позволить сэкономить объем топлива, равный половине мирового потребления нефти в настоящий момент (по состоянию на 2006 год). Это обеспечит компенсацию около 56% роста потребления нефти в базовом (прогнозном) сценарии развития мировой экономики [10].
Возможные изменения в национальных транспортных системах - т.е. как будет путешествовать население, какими транспортными средствами, какое топливо при этом будет использоваться - предполагают дополнительный значительный потенциал для существенного сокращения выбросов парниковых газов [12].
По прогнозам авторитетной на автомобильном рынке американской компании «Delphi», представленным на рисунке В.1, структура выпускаемых новых автомобилей будет меняться по типу используемого топлива, применяемым энергетическим установкам, принципам их регулирования и т.д. [13].
642 "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации" утвержден перечень стратегических направлений научно-технологического развития Российской Федерации и в их число вошло направление: «переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии».
По состоянию на 2015 г. транспортный сектор России ежегодно потреблял порядка 65 млн. тонн н. э. энергии, из них 99% приходилось на нефтяные топлива (сжиженные углеводородные газы, бензин, дизельное топливо), 60% которых в свою очередь составляли автомобильные бензины [14, 15].
По состоянию на 1 января 2018 г. в России было зарегистрировано 59,7 млн. транспортных средств. Ежегодный прирост парка транспортных средств составляет - 1-1,5 млн. единиц и к 2040 году российский парк автомобилей приблизится к 100 млн. единиц и, как можно видеть из рисунка В.2, он в основном будет состоять из легковых автомобилей. В общем парке транспортных средств на 1 января 2018 года доля легковых автомобилей составляла - 78,4%, среди которых автомобили старше 10 лет - 47,5%, старше 5 лет - 24%. Такое соотношение по возрастной категории транспортных средств фактически не изменилось за последнее десятилетие, например, для 2010 года доля автомобилей старше 10 лет составляла - 48,2%, и, с учетом экономического кризиса, мало изменится и в будущие 7-10 лет.
Такой парк легковых автомобилей старше 5 лет в количестве 30-35 млн. единиц представляет преобладающую часть транспортного сектора. Повышение его энергоэффективности, экологической безопасности в условиях эксплуатации при городском движении, где двигатель в основном работает на режимах частичной нагрузки, является значимой научно-технической задачей в свете обозначенного руководством страны стратегического направления научно-технологического развития.
Распоряжением Правительства РФ от 22 ноября 2008 г. N 1734-р утверждена Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года. В данном документе особа роль отведена приоритету развития транспортного сектора - формированию и реализации экологической политики в сфере транспорта, который выражается в цели стратегии «Снижение негативного воздействия транспортной системы на окружающую среду».
Индикатором первого уровня для оценки успешности развития транспортного сектора определен - объем выбросов углекислого газа на один приведенный тонно-километр по видам транспорта.
К индикаторам второго уровня, наряду с другими, также относятся:
- доля альтернативных видов топлива в общем топливопотреблении автотранспортных средств;
- доля парка транспортных средств с гибридными, электрическими двигателями и двигателями на альтернативных видах топлива в общей численности парка транспортных средств;
- средний удельный расход топлива (электроэнергии) на единицу транспортной работы, выполненной транспортными средствами по видам транспорта (к уровню 2010 года).
Можно также отметить, что в настоящее время в структурах Правительства РФ проходит согласование подпрограмма развития использования газомоторного топлива на транспорте государственной программы Российской Федерации "Энергоэффективность и развитие энергетики". Данная подпрограмма направлена на стимулирование развития рынка газомоторного топлива в России. В планах Правительства РФ к 2030 году реализация строительства 2300 газозаправочных комплексов для транспорта на природном газе в соответствии с данной инициативой.
Расширение использования природного газа в транспортном секторе является первым шагом к развитию водородной энергетики на транспорте и быту. Драйвером в этом движении уже сейчас в мире становятся топлив¬ные элементы, так, по заключению консалтинговой компании Navigant Research, количество транспортных средств с водородными топливными элементами по всему миру вырастет к 2030 году — до 1,5 млн. единиц [16, 17]. В Японии действует целая государственная программа ENE-FARM создания бытовых автономных водородных когенерационных установок — в настоящий момент в стране их уже несколько тысяч.
На рисунках В.3, В.4 представлены концептуальные элементы модели будущей безуглеродной водородной энергетики: транспортировка водорода по трубопроводам совместно с метаном и водородные (метано-водородные) заправки транспортных средств.
В планах корпорации ПАО «Газпром» разработка инновационного блочно-комплектного исполнения оборудования по производству метано-водородного топлива (его унификация) для серийного производства и последующего его использования в первую очередь на собственных газоперекачивающих агрегатах, а затем и в других областях энергетики [19].
Прослеживаемые тенденции в векторе развития отечественной энергетической отрасли страны, а именно, в направлении формирования энергоэффективной малоуглеродной энергетики, глобальное потепление на планете, в значительной степени связанное с выбросами углекислого газа, определяет целесообразность проведения глубоких научно-исследовательских работ в этой области. Данный факт определил цель настоящих исследований в рамках выполнения магистерской работы - ис-следование путей и возможностей повышения экономических показателей поршневых двигателей внутреннего сгорания на режимах частичных нагрузок применением бензоводородовоздушных смесей.
✅ Заключение
В ходе исследования был проведен анализ причин ухудшения эффективности рабочего процесса ПДВС с искровым зажиганием на режимах частичных нагрузок.
В результате проведенного анализа методов улучшения рабочего процесса ПДВС с искровым зажиганием сделан вывод о возможности использования добавок водорода к углеводородному топливу - бензину на транспортных средствах, находящихся в эксплуатации, в качестве действенной меры по повышению их энергоэффективности на режимах частичной нагрузки.
На основании проведенного научного обзора в качестве количественного критерия, определяющего массовою долю водорода в углеводородовоздушном топливе, на определенном режиме работы двигателя, обосновано применение коэффициента вариации среднего индикаторного давления COVp. Оптимальной величиной по достижению эффективного рабочего процесса в ПДВС с искровым зажиганием при добавках водорода к углеводородному топливу следует принять COVp<3%.
Анализ факторов влияющих на эффективность рабочего процесса ПДВС с искровым зажиганием и имеющихся результатов по применению водорода в качестве добавки к углеводородному топливу показал необходимость учета массового количества отработавших газов £ в функциональной зависимости массовой доли водорода в бензоводородном топливе Y = f (А,С COVpi(<3%)) .
Проведенный анализ экспериментальных данных по влиянию добавки водорода к углеводородному топливу на нормальную скорость распространения пламени и минимальную энергию зажигания топливовоздушных смесей, а также влиянию водорода на рабочий процесс ПДВС с искровым зажиганием на режиме частичной нагрузки - холостой ход, на основании изменения расхода топлива, показал, что наибольший эффект от водорода на режимах частичной нагрузки наблюдается в результате снижения минимальной энергии зажигания горючей смеси, при этом целесообразным коэффициентом избытка воздуха для применения водорода в качестве добавки к бензину является 2>0,75.
На основании анализа экспериментальных данных по испытанию двигателя ВАЗ-2111 на режиме холостого хода выявлена зависимость У = f (2, COVPi(<3%)).
На основании проведенного всестороннего анализа принципа организации энергоэффективного рабочего процесса в ПДВС с искровым зажиганием, а также факторов препятствующих такой организации при работе двигателей на режимах частичной нагрузки, различных механизмов влияния добавок водорода к углеводородному топливу на эти факторы, можно сделать следующие основные выводы:
1. Использование водорода в качестве добавки к бензину может значительно повысить энергоэффективность современных ПДВС с искровым зажиганием, что подтверждается снижением на режиме холостого хода расходуемой энергии, соответственно заключенной в бензине и бензо- водородном топливе, на 28%;
2. Использование водорода в качестве добавки к бензину может значительно снизить уровень выбросов СО2 современных ПДВС с искровым зажиганием, что подтверждается снижением в расходуемом бензине на режиме холостого хода на 51,7%.
В результате проведенного анализа методов улучшения рабочего процесса ПДВС с искровым зажиганием сделан вывод о возможности использования добавок водорода к углеводородному топливу - бензину на транспортных средствах, находящихся в эксплуатации, в качестве действенной меры по повышению их энергоэффективности на режимах частичной нагрузки.
На основании проведенного научного обзора в качестве количественного критерия, определяющего массовою долю водорода в углеводородовоздушном топливе, на определенном режиме работы двигателя, обосновано применение коэффициента вариации среднего индикаторного давления COVp. Оптимальной величиной по достижению эффективного рабочего процесса в ПДВС с искровым зажиганием при добавках водорода к углеводородному топливу следует принять COVp<3%.
Анализ факторов влияющих на эффективность рабочего процесса ПДВС с искровым зажиганием и имеющихся результатов по применению водорода в качестве добавки к углеводородному топливу показал необходимость учета массового количества отработавших газов £ в функциональной зависимости массовой доли водорода в бензоводородном топливе Y = f (А,С COVpi(<3%)) .
Проведенный анализ экспериментальных данных по влиянию добавки водорода к углеводородному топливу на нормальную скорость распространения пламени и минимальную энергию зажигания топливовоздушных смесей, а также влиянию водорода на рабочий процесс ПДВС с искровым зажиганием на режиме частичной нагрузки - холостой ход, на основании изменения расхода топлива, показал, что наибольший эффект от водорода на режимах частичной нагрузки наблюдается в результате снижения минимальной энергии зажигания горючей смеси, при этом целесообразным коэффициентом избытка воздуха для применения водорода в качестве добавки к бензину является 2>0,75.
На основании анализа экспериментальных данных по испытанию двигателя ВАЗ-2111 на режиме холостого хода выявлена зависимость У = f (2, COVPi(<3%)).
На основании проведенного всестороннего анализа принципа организации энергоэффективного рабочего процесса в ПДВС с искровым зажиганием, а также факторов препятствующих такой организации при работе двигателей на режимах частичной нагрузки, различных механизмов влияния добавок водорода к углеводородному топливу на эти факторы, можно сделать следующие основные выводы:
1. Использование водорода в качестве добавки к бензину может значительно повысить энергоэффективность современных ПДВС с искровым зажиганием, что подтверждается снижением на режиме холостого хода расходуемой энергии, соответственно заключенной в бензине и бензо- водородном топливе, на 28%;
2. Использование водорода в качестве добавки к бензину может значительно снизить уровень выбросов СО2 современных ПДВС с искровым зажиганием, что подтверждается снижением в расходуемом бензине на режиме холостого хода на 51,7%.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.