Введение к работе
Актуальность работы.
Несомненно, что одной из важнейших проблем сегодняшнего дня для всех отраслей народного хозяйства России является проблема наиболее оптимального использования энергоресурсов при хозяйственной деятельности. Непосредственно для железнодорожного транспорта эта проблема наиболее актуальна, так как железнодорожный транспорт является одним из главных потребителей органического топлива.
Запасы традиционных органических энергоносителей истощаются. Только на осуществление тяги поездов, в нашей стране, расходуется около 3 млн. тонн дизельного топлива в год. Постоянно растет его стоимость, цена дизельного топлива с конца 2000 г. возросла с 5 тыс. до 20-22 тыс. руб. за тонну на данный момент, в связи с этим возникает необходимость в снижении расходов на его приобретение.
Способом повышение эффективности и экономичности дизелей является увеличение полноты сгорания топлива в цилиндре дизеля. Одним из способов интенсификации внутрицилиндровых процессов является электрическая обработка топлива. Преимуществами этого способа являются: высокая экономичность, обусловленная непосредственным преобразованием электрической энергии в энергию движения частиц и химическую энергию ионов и электронов; конструктивная простота аппаратов; возможность непрерывного тонкого регулирования и управления процессами путём изменения приложенного напряжения, не требуется создание дополнительной инфраструктуры и внесения изменений в конструкцию двигателей.
Данная работа посвящена исследованию возможности интенсификации внутрицилиндровых процессов путём активации молекул топлива с помощью его электротермической обработки.
Целью работы является повышение эффективности работы дизелей путём интенсификации процессов горения в дизелях с помощью активации молекул топлива электротермической обработкой.
Для достижения данной цели были поставлены следующие научно-технические задачи:
-
Создание математической модели, связывающей энергетические параметры обработки топлива со скоростью выгорания топлива и индикаторными показателями дизеля тепловоза.
-
Экспериментальное исследование электрической обработки топлива различными способами, выбор наиболее эффективного способа обработки топлива.
-
Экспериментальное исследование интенсификации диффузионного горения топлива с помощью электротермической обработки топлива.
-
Моделирование рабочего процесса дизеля, оценка влияния электротермической обработки топлива на его индикаторные показатели.
-
Разработка устройства для электротермической обработки топлива и оценка его эффективности.
Объект исследования
Процесс горения в дизелях.
Предмет исследования
Влияние электротермической обработки топлива на скорость выгорания топлива.
Основные методы научных исследований. Для решения поставленных в диссертации задач использовались методы измерения больших электрических сопротивлений; методы определения подвижности ионов; математического моделирования теплофизических процессов; теории вероятностей и статистической обработки данных. При построении графических зависимостей и расчета использовались пакеты программ Microsoft Excel, Mathematica 5.0.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в разработке математической модели, описывающей интенсификацию диффузионного горения топлива после электротермической обработки, и связывающей параметры электротермической обработки топлива со скоростью диффузионного горения топлива после его обработки.
Достоверность результатов работы подтверждается точностью и тарировкой измерительных систем, воспроизводимостью результатов экспериментов, использованием современных компьютерных аппаратных и программных средств сбора и обработки данных, согласованием полученных результатов с работами других исследователей.
На защиту выносятся
Модель диффузионного горения топлива после его электротермической обработки с помощью разряда в топливе.
Результаты экспериментального исследования удельного сопротивления топлива после его электрической обработки различными способами.
Результаты экспериментального исследования диффузионного выгорания топлива после его электрической обработки.
Система для электротермической обработки топлива.
Основными научными результатами, полученными автором, являются:
- соотношение, связывающее энергию, затраченную на разряд в топливе, с увеличением доли активных центров в нем.
- математическая модель, связывающая увеличение доли активных центров в топливе со скоростью выгорания и температурой воспламенения;
Практическая ценность. Полученные научные результаты позволили разработать систему для электротермической обработки топлива в дизелях с использованием обратной связи, позволяющую повысить эффективность сжигания топлива, увеличить мощность дизелей, их КПД и снизить удельный расход топлива на 2 – 4 %, упростить пуск в условиях низких температур окружающей среды.
Результаты диссертации внедрены в учебный процесс на кафедре «Локомотивы» в Самарском государственном университете путей сообщения, устройство для электротермической обработки топлива внедрено в лаборатории «Локомотивные энергетические установки» Самарского государственного университета путей сообщения.
Апробация работы. Основные материалы диссертации поэтапно докладывались, обсуждались и получили одобрение на V Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара, 2009 г., СамГУПС), научно-практической конференции «Обеспечение безопасного функционирования автомобильного транспорта в Самарской области» (г. Самара 2008 г.), научно-практической конференции «Будущее города в профессионализме молодых» (г. Новокуйбышевск 2011), Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» Россия,– Самара 2011.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 13 печатных работах, включающих 5 тезисов и 3 статьи, в том числе 2 - в изданиях рекомендуемых ВАК РФ, 5 патентов, общим объёмом 1,56 п.л., авторский вклад 64 %.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и 4 приложений. Общий объём диссертации составляет 144 страницы, включая: 38 иллюстраций, 5 таблиц, список использованных источников из 109 наименований, 4 приложения на 12 листах.
