Аннотация
Введение 3
Глава 1 Изучение литературы для выявления перспективы применения добавки водорода в компримированный природный газ в автомобильных силовых установках 6
1.1 Получение водорода и развитие водородной
инфраструктуры 6
1.2 Применение сжатого природного газа, обогащенного
водородом, в двигателях внутреннего сгорания 9
1.3 Исследование горения в двигателе с искровым зажиганием
при добавлении водорода в метановоздушную смесь 11
1.4 Добавка водород в дизельные двигатели внутреннего
сгорания 14
1.5 Применение добавки водорода для интенсификации
процесса сгорания бензиновых ДВС 23
1.6 Способы исследования процесса сгорания в двигателях с
искровым зажиганием 27
Глава 2 Описание экспериментального оборудования 31
Глава 3 Обзор результатов экспериментальных исследований процесса сгорания природного газа с добавкой водорода в двигателе ВАЗ -2111 при подаче топлива во впускной трубопровод 35
Глава 4 Обзор результатов экспериментальных исследований процесса сгорания природного газа с добавкой водорода в исследовательской установке УИТ-85 при подаче топлива во впускной трубопровод 42
4.1 Анализ характеристик электропроводности 42
4.2 Анализ скорости сгорания при работе исследовательской
установки на смеси природного газа и водорода 50
4.3 Оценка возможностей повышения эффективности процесса
сгорания природного газа при добавке водорода 58
Заключение 62
Список используемых источников 64
Актуальность работы и научная значимость настоящего исследования.
Метан как топливо становится все более и более интересным для применения в двигателях из-за все более строгих правил по выбросам загрязняющих веществ и парниковых газов, а также требований рынка как для мобильных, так и для стационарных приложений. Использование метана позволяет сократить выбросы оксидов азота, сажи и CO2 при сгорании по сравнению с дизельным топливом и бензином и потенциально может повысить эффективность за счет повышения детонационной стойкости. Биогенные источники и преобразование избыточной электроэнергии из возобновляемых источников в метан на электростанциях, работающих на газе, могут дополнительно улучшить баланс CO2 и дать метану долгосрочную перспективу. Дополнительное повышение эффективности и дальнейшее снижение склонности к детонации, а также минимизация выбросов оксидов азота за счет снижения пиковой температуры могут быть достигнуты за счет работы на обедненной смеси и/или рециркуляции отработавших газов. Повышенное содержание инертного газа снижает реакционную способность смеси, в сочетании с высокой молекулярной стабильностью метана и более высокими давлениями в момент зажигания это приводит к значительному повышению требований к системам зажигания газовых двигателей. Это может привести к нежелательным ошибкам и большим колебаниям от цикла к циклу. Водород, с другой стороны, имеет очень высокую реакционную способность, более широкий диапазон воспламеняемости и гораздо более высокую скорость ламинарного потока. Смеси метана и водорода могут расширить эксплуатационные пределы, чтобы обеспечить еще более эффективные рабочие концепции с меньшим выбросом CO2.
Поэтому исследование перспектив применения добавки водорода в компримированный природный газ в автомобильных силовых установках является актуальной темой магистерской диссертации.
Объект исследования.
Автомобильная силовая установка.
Предмет исследования.
Применения добавки водорода в компримированный природный газ в автомобильных силовых установках.
Целью работы является изучение перспектив применения добавки водорода в компримированный природный газ в автомобильных силовых установках.
Гипотеза исследования состоит в том, что водород обеспечивает чистое и эффективное сгорания в ДВС.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
1. провести обзор проблемных источников и наработать материал для изучения перспектив применения добавки водорода в компримированный природный газ в автомобильных силовых установках;
2. выявить возможности улучшения характеристик двигателя легкового автомобиля за счет применения добавки водорода в компримированный природный газ.
Методы исследования.
Метод аналитического исследования, метод моделирования рабочего процесса, метод экспериментальных исследований .
Научная новизна исследования заключается в идее повысить эффективности двигателя легкового автомобиля за счет применения добавки водорода в компримированный природный газ .
Личное участие автора состоит в том, что автор принимал непосредственное участие в формировании аналитического обзора по направлению исследований, а также в разработке модели для исследования и анализе результатов моделирования данных и полученных на основании их анализа практических рекомендаций и выводов....
Выполнен анализ перспектив применения водорода в автомобильных силовых установках. Получены следующие основные выводы, а именно:
1. Показана возможность добавления водорода для уменьшения циклических колебаний процесса горения.
2. Экспериментально получено, что добавка водорода в природный газ:
- Увеличивает скорость тепловыделения.
- Повышает равномерность рабочего процесса путем уменьшения межцикловой не идентичности.
- Снижает расход топлива причем, также снижается потребность в количестве подведенной энергии.
- Выявлены корреляционные зависимости параметров сгораний с величиной ионного тока проводимости.
Выводы первой главе изучение литературы.
Обзор научных работ показал, что водород это очень дорогой вид топлива, так что основной проблемой его активного применения в автомобильных двигателях является разработка способов дешевого производства водорода в объемах необходимым для того чтобы можно было рассматривать его как альтернативу базовым топливам. Что приводит к выводу о целесообразности исследовать возможности водорода, как активатора горения основного топлива, причем доля водорода по массе топлива не должна превышать 1-3%.
Показана возможность добавления водорода для уменьшения циклических колебаний процесса горения.
Выводы по главе 2
Проведенный анализ показал, что для объективного исследования процесса сгорания необходимо применять как интегральные методы исследования, например датчик давления, так и локальные позволяющие оценить влияние состава топливно-воздушно смеси на кинетику химических реакций горения.
Выводы по главе 3
Анализ экспериментальных данных полученных на двигателе ВАЗ- 2111 на режиме холостого хода, показал значительное влияние водород на процесс сгорания природного газа. Так получено, что добавка водорода:
- Увеличивает скорость тепловыделения.
- Повышает равномерность рабочего процесса путем уменьшения межцикловой не идентичности.
- Снижает расход топлива причем, также снижается потребность в количестве подведенной энергии.
- Выявлены корреляционные зависимости параметров сгораний с величиной ионного тока проводимости.
Выводы по главе 4
Обобщая результаты анализа влияния водорода на процесс сгорания природного газа, выделим следующие моменты:
- термодинамический анализ показал наличие корреляционных зависимостей между количество активно выделившегося тепла в процессе сгорания и характеристиками электропроводности пламени;
- увеличение доли водорода повышает скорость тепловыделения, а, следовательно, и эффективность подвода теплоты;
- увеличение средней величины сигнала ионного тока отражает увеличение средней скорости тепловыделения в зоне датчика ионизации;
- максимальное давление в процессе сгорания повышается примерно на 0.2 МПа в то время, как при увеличение доли водорода ещё на 5% максимальное давление повышается в среднем еще на 0.1 МПа;
- водород снижает межцикловую неиднентичность рабочего процесса.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
