Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата
технических наук. — Калиннинград, 2011. — 22 с.
Специальность: 05.08.05 — судовые энергетические установки и их
элементы (главные и вспомогательные)
Целью диссертационного исследования является разработка простого и
приемлемого для практики метода расчета содержания окислов азота в
отработавших газах судовых среднеоборотных дизелей, учитывающего в
явном виде влияние конструктивных и эксплуатационных факторов и не
содержащего эмпирических коэффициентов.
Задачами данного исследования являются:
- анализ существующих моделей процессов образования окислов азота в дизелях с позиций возможности их использования для решения поставленной научной задачи;
- выбор математического аппарата для разработки требуемой математической модели на основе анализа известных моделей процессов распыливания, смесеобразования и сгорания;
- разработка математической модели для количественной оценки выбросов окислов азота eNOx в составе отработавших газов судовых дизелей, учитывающей в явном виде влияние ряда конструктивных и эксплуатационных факторов;
- разработка методики расчета эмиссии окислов азота в зависимости от влияния конструктивных, эксплуатационных факторов и ухудшения технического состояния дизеля;
- экспериментальная проверка адекватности разработанной модели с учетом влияния нагрузки дизеля, ухудшения технического состояния систем наддува и газообмена на содержание окислов азота в отработавших газах.
Объектом исследования являются среднеоборотные судовые дизели, наиболее часто используемых в качестве главных и вспомогательных двигателей на судах рыбопромыслового флота.
Предмет исследований – математические модели рабочих процессов и модели образования окислов азота в судовых среднеоборотных дизелях, учитывающие влияние конструктивных параметров, технического состояния и условий эксплуатации с целью ограничения величины эмиссии окислов азота в окружающую среду.
Методы исследований: методы анализа; системный подход; математическое моделирование рабочего процесса судового дизеля с учетом основных законов термодинамики; методы физического подобия и др.
На защиту выносятся:
1. Математическая модель, позволяющая оценивать величину выбросов окислов азота в составе отработавших газов судовых среднеоборотных дизелей с использованием показателей: качества процесса распыливания (КТ), эффективности использования камеры сгорания (КV), концентрации кислорода на поверхностях топливных струй (Ко2).
2. Методика расчета величины удельного выброса окислов азота еNOx на основе математической модели учитывающей влияние конструктивных и эксплуатационных факторов.
Научная новизна результатов, выносимых на защиту, заключается в том, что:
- впервые для расчета эмиссии окислов азота использованы показатели, характеризующие качество протекания процессов распыливания, смесеобразования и сгорания, применяемые при исследовании энергетических характеристик рабочего процесса дизеля;
- разработана новая математическая модель, позволяющая определять величину эмиссии окислов азота при сгорании топлива, отличающаяся от известных возможностью учета в явном виде влияния конструктивных и эксплуатационных факторов (количества и диаметра сопловых отверстий форсунки, параметров топливоподачи, параметров рабочего тела в цилиндре, физико-химических характеристик топлива, частоты вращения коленчатого вала, геометрических параметров цилиндра) и внешних условий.
Теоретическая значимость для эксплуатации судовых двигателей внутреннего сгорания состоит в разработке новой математической модели, позволяющей определять величину эмиссии окислов азота при сгорании топлива, учитывающей в явном виде влияние конструктивных, эксплуатационных факторов и внешних условий.
Практическая ценность результатов исследования заключается в разработке методики, позволяющей, в отличие от известных методик, определять предпочтительные режимы работы ДВС с допустимым или наименьшим количеством выбросов окислов азота еNOx в атмосферу и допустимой степенью износа элементов топливной аппаратуры, систем наддува и газообмена. При этом количество эмпирических коэффициентов сокращено до 1, а используемый коэффициент является постоянным для группы среднеоборотных дизелей. Поэтому нет необходимости в постановке сложных экспериментов для их определения.
Задачами данного исследования являются:
- анализ существующих моделей процессов образования окислов азота в дизелях с позиций возможности их использования для решения поставленной научной задачи;
- выбор математического аппарата для разработки требуемой математической модели на основе анализа известных моделей процессов распыливания, смесеобразования и сгорания;
- разработка математической модели для количественной оценки выбросов окислов азота eNOx в составе отработавших газов судовых дизелей, учитывающей в явном виде влияние ряда конструктивных и эксплуатационных факторов;
- разработка методики расчета эмиссии окислов азота в зависимости от влияния конструктивных, эксплуатационных факторов и ухудшения технического состояния дизеля;
- экспериментальная проверка адекватности разработанной модели с учетом влияния нагрузки дизеля, ухудшения технического состояния систем наддува и газообмена на содержание окислов азота в отработавших газах.
Объектом исследования являются среднеоборотные судовые дизели, наиболее часто используемых в качестве главных и вспомогательных двигателей на судах рыбопромыслового флота.
Предмет исследований – математические модели рабочих процессов и модели образования окислов азота в судовых среднеоборотных дизелях, учитывающие влияние конструктивных параметров, технического состояния и условий эксплуатации с целью ограничения величины эмиссии окислов азота в окружающую среду.
Методы исследований: методы анализа; системный подход; математическое моделирование рабочего процесса судового дизеля с учетом основных законов термодинамики; методы физического подобия и др.
На защиту выносятся:
1. Математическая модель, позволяющая оценивать величину выбросов окислов азота в составе отработавших газов судовых среднеоборотных дизелей с использованием показателей: качества процесса распыливания (КТ), эффективности использования камеры сгорания (КV), концентрации кислорода на поверхностях топливных струй (Ко2).
2. Методика расчета величины удельного выброса окислов азота еNOx на основе математической модели учитывающей влияние конструктивных и эксплуатационных факторов.
Научная новизна результатов, выносимых на защиту, заключается в том, что:
- впервые для расчета эмиссии окислов азота использованы показатели, характеризующие качество протекания процессов распыливания, смесеобразования и сгорания, применяемые при исследовании энергетических характеристик рабочего процесса дизеля;
- разработана новая математическая модель, позволяющая определять величину эмиссии окислов азота при сгорании топлива, отличающаяся от известных возможностью учета в явном виде влияния конструктивных и эксплуатационных факторов (количества и диаметра сопловых отверстий форсунки, параметров топливоподачи, параметров рабочего тела в цилиндре, физико-химических характеристик топлива, частоты вращения коленчатого вала, геометрических параметров цилиндра) и внешних условий.
Теоретическая значимость для эксплуатации судовых двигателей внутреннего сгорания состоит в разработке новой математической модели, позволяющей определять величину эмиссии окислов азота при сгорании топлива, учитывающей в явном виде влияние конструктивных, эксплуатационных факторов и внешних условий.
Практическая ценность результатов исследования заключается в разработке методики, позволяющей, в отличие от известных методик, определять предпочтительные режимы работы ДВС с допустимым или наименьшим количеством выбросов окислов азота еNOx в атмосферу и допустимой степенью износа элементов топливной аппаратуры, систем наддува и газообмена. При этом количество эмпирических коэффициентов сокращено до 1, а используемый коэффициент является постоянным для группы среднеоборотных дизелей. Поэтому нет необходимости в постановке сложных экспериментов для их определения.