Проектирование одноцилиндрового дизельного двигателя
|
Аннотация
Введение 4
1 Исследования альтернативных дизельных топлив 6
1.1 Альтернативные виды топлива 6
1.2 Характеристики кислородосодержащих альтернативных топлив
для двигателей с воспламенением от сжатия 16
2 Тепловой расчет проектируемого двигателя 21
2.1 Тепловой расчет одноцилиндрового двигателя при работе на
дизельном топливе 21
2.2 Тепловой расчет одноцилиндрового дизельного двигателя на
МТБЭ 26
3 Кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного
механизма двигателя 32
3.1 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма
двигателя 32
3.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма
двигателя 34
4 Анализ токсичности отработавших газов при работе 40
одноцилиндрового двигателя на дизельном топливе и МТБЭ 39
Заключение 57
Список используемых источников 59
Введение 4
1 Исследования альтернативных дизельных топлив 6
1.1 Альтернативные виды топлива 6
1.2 Характеристики кислородосодержащих альтернативных топлив
для двигателей с воспламенением от сжатия 16
2 Тепловой расчет проектируемого двигателя 21
2.1 Тепловой расчет одноцилиндрового двигателя при работе на
дизельном топливе 21
2.2 Тепловой расчет одноцилиндрового дизельного двигателя на
МТБЭ 26
3 Кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного
механизма двигателя 32
3.1 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма
двигателя 32
3.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма
двигателя 34
4 Анализ токсичности отработавших газов при работе 40
одноцилиндрового двигателя на дизельном топливе и МТБЭ 39
Заключение 57
Список используемых источников 59
Ископаемое дизельное топливо использовалось для питания пассажирских транспортных средств с тех пор, как Рудольф Дизель изобрел двигатель с воспламенением от сжатия (CI). Помимо ископаемого дизельного топлива, растительные масла использовались в качестве альтернативного топлива в двигателях CI с тех пор, как Рудольф Дизель впервые испытал арахисовое масло в двигатель. В 1970-х годах исследования растительных масел в качестве потенциальных видов топлива были расширены после того, как было обнаружено, что вязкость растительных масел может быть снижена с помощью химического процесса переэтерификации, который разрушает структуру масла, что делает его более подходящим для двигателей с внутренним двигателем [1]. В настоящее время растет интерес к альтернативным видам топлива для транспорта, которые могли бы заменить ископаемое дизельное топливо, из-за (1) сокращающихся запасов нефти, (2) растущего спроса на транспорт, (3) опасений по поводу безопасности энергоснабжения в ряде стран, и (4) потребность в более экологически чистых видах топлива из-за глобального потепления и растущей озабоченности по поводу влияния выбросов выхлопных газов на здоровье человека.
Чтобы обеспечить более быстрый переход от ископаемых видов топлива к альтернативным, альтернативные виды топлива должны быть совместимы с существующими дизельными двигателями, по крайней мере, в краткосрочной и среднесрочной перспективе. Природное сырье для альтернативных видов топлива обеспечивает широкий спектр молекул для целого ряда производственных процессов. Таким образом, в глобальных исследованиях топлива все больше внимания уделяется типам молекул, которые могут обеспечить желаемую производительность двигателей с воспламенением от сжатия и которые можно производить из устойчивых ресурсов. Кислородные молекулы являются особенно многообещающими из-за их более низких общих выбросов углерода и потенциала для повышения безопасности энергоснабжения. Однако, как было предложено Fiorese et al. [2], хотя технические трудности нескольких производственных маршрутов, вероятно, будут преодолены к 2030 году, производство альтернативных видов топлива может не стать рентабельным по сравнению с ископаемым топливом к тому времени, если не будут введены новые политики, поощряющие производство и внедрение альтернативных видов топлива.
Биодизель и этанол-дизельные смеси в настоящее время коммерчески доступны, но необходимы дальнейшие исследования двигателей, чтобы разработать новые, более эффективные и экологически безопасные альтернативные виды топлива для дизельных двигателей. Хотя природные источники сырья могут обеспечить широкий спектр потенциальных молекул топлива, характеристики их горения, как правило, еще недостаточно изучены. Этот бакалаврский проект посвящен исследованию альтернативных видов топлива в одноцилиндровом дизельном двигателе с непосредственным впрыском, проведено моделирование влияния химических и физических свойств топлива на характеристики сгорания, образование выхлопных газов и тепловой КПД двигателя. Результаты анализа литературы показали, что кислородсодержащие топлива имеют более длительную задержку воспламенения, более высокие уровни NOx и более низкие выбросы твердых частиц по сравнению с углеводородными топливами. Был сделан вывод, что более короткие задержки воспламенения биодизеля по сравнению с ископаемым дизельным топливом, о которых сообщалось в нескольких предыдущих исследованиях, вызваны более длинной углеродной цепью молекул биотоплива, несмотря на насыщенную кислородом структуру топлива, а также более низким содержанием ароматических и циклических соединений. Кроме того, было замечено, что, хотя добавление кислорода в молекулярную структуру топлива снижает общий выброс твердых частиц, оно увеличивает количество мелких частиц.
Чтобы обеспечить более быстрый переход от ископаемых видов топлива к альтернативным, альтернативные виды топлива должны быть совместимы с существующими дизельными двигателями, по крайней мере, в краткосрочной и среднесрочной перспективе. Природное сырье для альтернативных видов топлива обеспечивает широкий спектр молекул для целого ряда производственных процессов. Таким образом, в глобальных исследованиях топлива все больше внимания уделяется типам молекул, которые могут обеспечить желаемую производительность двигателей с воспламенением от сжатия и которые можно производить из устойчивых ресурсов. Кислородные молекулы являются особенно многообещающими из-за их более низких общих выбросов углерода и потенциала для повышения безопасности энергоснабжения. Однако, как было предложено Fiorese et al. [2], хотя технические трудности нескольких производственных маршрутов, вероятно, будут преодолены к 2030 году, производство альтернативных видов топлива может не стать рентабельным по сравнению с ископаемым топливом к тому времени, если не будут введены новые политики, поощряющие производство и внедрение альтернативных видов топлива.
Биодизель и этанол-дизельные смеси в настоящее время коммерчески доступны, но необходимы дальнейшие исследования двигателей, чтобы разработать новые, более эффективные и экологически безопасные альтернативные виды топлива для дизельных двигателей. Хотя природные источники сырья могут обеспечить широкий спектр потенциальных молекул топлива, характеристики их горения, как правило, еще недостаточно изучены. Этот бакалаврский проект посвящен исследованию альтернативных видов топлива в одноцилиндровом дизельном двигателе с непосредственным впрыском, проведено моделирование влияния химических и физических свойств топлива на характеристики сгорания, образование выхлопных газов и тепловой КПД двигателя. Результаты анализа литературы показали, что кислородсодержащие топлива имеют более длительную задержку воспламенения, более высокие уровни NOx и более низкие выбросы твердых частиц по сравнению с углеводородными топливами. Был сделан вывод, что более короткие задержки воспламенения биодизеля по сравнению с ископаемым дизельным топливом, о которых сообщалось в нескольких предыдущих исследованиях, вызваны более длинной углеродной цепью молекул биотоплива, несмотря на насыщенную кислородом структуру топлива, а также более низким содержанием ароматических и циклических соединений. Кроме того, было замечено, что, хотя добавление кислорода в молекулярную структуру топлива снижает общий выброс твердых частиц, оно увеличивает количество мелких частиц.
В бакалаврской работе проведен анализ рабочего процесса в одноцилиндровом двигателе при работе на дизельном топливе и МТБЭ. Получены основные выводы по работе:
1. Поиск новых топлив с лучшими характеристиками по токсичноти для дизельных двигателей при их доступности по цене и объемам производства является важной задачей современных исследований. К таким топливам можно смело отнести метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), анализ которого и проведен в данной работе.
2. МТБЭ является прекрасным растворителем для жидких углеводородных топлив и активно применяется как добавка, улучшающая как антидетонационные характеристики бензинов, так и характеристики низкотемпературной эксплуатации дизельного топлива. Но в настоящее время это топливо активно тестируется в качестве основного альтернативного топлива для дизельных двигателей.
3. Представленные результаты наглядно показывают, что применение топливо МТБЭ для двигателя с воспламенением от тепла сжатого воздуха позволяет снизить токсичность двигателя примерно на 10% по продуктам неполного сгорания, но при этом несколько снижаются эффективные показатели работы двигателя.
Выводы по первому разделу
У метил-трет-бутилового эфира по сравнению с дизельным топливом теплотворная способность снижается на 14%. При работе на метил-трет- бутиловом эфире в двигателе с воспламенением от сжатия, характеристики выбросов становятся хорошими и значительно снижаются. Мощность при работе метил-трет-бутиловом эфире снижается по сравнению с дизельным топливом, но характеристики выбросов хорошие.
Выводы по 2-му разделу
Проведенные расчеты показали некоторое снижение эффективных показателей работы двигателя при переходе с дизельного топлива на альтернативное топливо - метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ).
Выводы по 3-му разделу
Переход на альтернативное топливо МТБЭ позволяет снизить нагрузки на кривошипно-шатунный механизм.
Выводы по 4-му разделу
В ходе стационарного моделирования концепция была оптимизирована для достижения наилучших характеристик и эффективности с учетом реальных ограничений, таких как температура и давление в камере сгорания, и т. д. В результате была получена полная скоростная характеристика двигателя. Представленные результаты наглядно показывают, что альтернативные кислородосодержащие топлива, например МТБЭ снижают мощностные показатели на 5%. При этом токсичность отработавших газов улучшается. Из-за сложности моделирования концентрации оксидов азота, расчет их концентрации в отработавших газов для альтернативного топлива МТБЭ показал ошибку, указано что требуется уточнение модели сгорания. Для сравнения расчет велся при постоянных характеристиках топливоподачи, что привело к тому, что процесс сгорания на МТБЭ сместился в зону более бедных смесей.
1. Поиск новых топлив с лучшими характеристиками по токсичноти для дизельных двигателей при их доступности по цене и объемам производства является важной задачей современных исследований. К таким топливам можно смело отнести метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), анализ которого и проведен в данной работе.
2. МТБЭ является прекрасным растворителем для жидких углеводородных топлив и активно применяется как добавка, улучшающая как антидетонационные характеристики бензинов, так и характеристики низкотемпературной эксплуатации дизельного топлива. Но в настоящее время это топливо активно тестируется в качестве основного альтернативного топлива для дизельных двигателей.
3. Представленные результаты наглядно показывают, что применение топливо МТБЭ для двигателя с воспламенением от тепла сжатого воздуха позволяет снизить токсичность двигателя примерно на 10% по продуктам неполного сгорания, но при этом несколько снижаются эффективные показатели работы двигателя.
Выводы по первому разделу
У метил-трет-бутилового эфира по сравнению с дизельным топливом теплотворная способность снижается на 14%. При работе на метил-трет- бутиловом эфире в двигателе с воспламенением от сжатия, характеристики выбросов становятся хорошими и значительно снижаются. Мощность при работе метил-трет-бутиловом эфире снижается по сравнению с дизельным топливом, но характеристики выбросов хорошие.
Выводы по 2-му разделу
Проведенные расчеты показали некоторое снижение эффективных показателей работы двигателя при переходе с дизельного топлива на альтернативное топливо - метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ).
Выводы по 3-му разделу
Переход на альтернативное топливо МТБЭ позволяет снизить нагрузки на кривошипно-шатунный механизм.
Выводы по 4-му разделу
В ходе стационарного моделирования концепция была оптимизирована для достижения наилучших характеристик и эффективности с учетом реальных ограничений, таких как температура и давление в камере сгорания, и т. д. В результате была получена полная скоростная характеристика двигателя. Представленные результаты наглядно показывают, что альтернативные кислородосодержащие топлива, например МТБЭ снижают мощностные показатели на 5%. При этом токсичность отработавших газов улучшается. Из-за сложности моделирования концентрации оксидов азота, расчет их концентрации в отработавших газов для альтернативного топлива МТБЭ показал ошибку, указано что требуется уточнение модели сгорания. Для сравнения расчет велся при постоянных характеристиках топливоподачи, что привело к тому, что процесс сгорания на МТБЭ сместился в зону более бедных смесей.
Подобные работы
- Перспективы применения альтернативных топлив в гибридных силовых установках
Магистерская диссертация, машиностроение. Язык работы: Русский. Цена: 4650 р. Год сдачи: 2023 - ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ГАЗООБМЕНА В ПОРШНЕВЫХ ДВС ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГАЗОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА ПОТОКОВ ВО ВПУСКНЫХ И ВЫПУСКНЫХ КАНАЛАХ
Диссертации (РГБ), теплоэнергетика и теплотехника. Язык работы: Русский. Цена: 4325 р. Год сдачи: 2017 - Оценка скорости распространения пламени с изменением степени сжатия и добавки водорода в условиях ДВС с искровым зажиганием
Магистерская диссертация, машиностроение. Язык работы: Русский. Цена: 4915 р. Год сдачи: 2019 - ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ГАЗООБМЕНА В ПОРШНЕВЫХ ДВС ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГАЗОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА ПОТОКОВ ВО ВПУСКНЫХ И ВЫПУСКНЫХ КАНАЛАХ
Авторефераты (РГБ), теплоэнергетика и теплотехника. Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2018