Введение к работе
Актуальность проблемы. Вопрос охраны а рационального использования земли, еодных ресурсов и атмосферного Еоздуха становятся определяющими н экономическом развитии лраны. В условиях возросшей социальной активности населения и заинтересованности всех его слоев в скорейшем решении вопросов экологической безопасности е соответствии с решением директивных органов перед отраслью дизелестроения ставится задача существенного уменьшения Ередного воздействия на окружающую среду дизельных энергетических установок.
Одним из перспективных и наиболее эффективных средств снижения концентрации всех компонентов вредных выбросов е отработав--шіх газах (ОГ) яеляєтсл применение водотопливных эмульсий (ВТЭ). Однако, несмотря на накопленный опыт по использованию ВТЭ в дизелях, полученные результаты и практические рекомендации, особенно по эмульсиям дисглллятных топлие, весьма противоречивы. Широкое применение ВТЭ дизельных топлие серьезно одерживается недостаточной изученностью многих аспектов этой проблемы и, как следствие, отсутствием единых, обоснованных представлений о физико-химическом механизме сгорания ВТЭ. Вез это не позволяет выработать обоснованные мероприятия, обеспечивающие эффективное сжигание ВТЭ с широким диапазоном содеряания воды, и тем самым повысить эффективные и экологические показатели дизеля.
3 связи с этим исследование физико-химических особенностей процессов сгорания ВТЭ, повышение эффективности елияния водной присадки на рабочий процесс дизеля, разработка автоматизированных систем приготовления водотошшеных эмульсий переменного состава, изучение Еозмоаностн длительной работы высокооборотных дизелей на эмульгированных дизельных топливах по-прекнему остаются весьма актуальными.
Цель работп. Целью данного исследования является улучшение экологических показателей высокооборотных дизелей за счет сникения Еыхода окислов азота и Ередных продуктов неполного сгорания топлива при одновременном улучшении топливной экономичности.
Задачи исследования. Для достижения поставленной задачи решались следующие основные научно-технические задачи:
— 2 -
проведение теоретического анализа термодинамического цикла
ДВС с целью объяснения факта получения различными исследователя
ми противоречивых результатов-по топливной экономичности при HG-
пользоЕании ВТЭ;
теоретическое исследование закономерностей испарения капель ВТЭ;
экспериментальное исследование эффективности различных способов подачи воды в камеру сгорания дизеля;
разработка и экспериментальная проверка мероприятий, обес
печивающих эффективное СЕшганне е дизелях ВТЭ с широким диапазо
ном содеркания воды;
проведение комплекса работ по совершенствованию систем приготовления ВТЭ;
экспериментальное исследование особенностей длительной работы Еысокооборотных дизелей на ВТЭ дизельного топлива.
Научная новизна. С использованием последних достижений е области кинетики испарения разработана новая физико-математическая модель процессов тепло-массообмена капель чистого топлива и его ВТЭ. Это позволило создать оригинальный современный расчетный метод исследования изучаемого явления (прогреЕ и испарение капли).
В результате выполнешшго вычислительного эксперимента выявлен ряд новых закономерностей испарения незакрепленных капель чистого топлива в возглущешюй газовой среде, установлена принципиальная возмонность возникновения "микроЕзрывов" капель ВТЭ при высоких давлениях среды.
Теоретически и экспериментально показано, что "микроЕзрыв" кашш ВТЭ не может быть основной причиной улучшения рабочего процесса дизеля.
-Разработаны и исследованы мероприятия по совершенствованию рабочего процесса высокооборотного дизеля при переводе его на ВТЭ, в основе которых - повышение теплосодержания воздушного за-рдца.
Экспериментально показана принципиальная возможность сксига-ния е дизелях эмульсий с концентрацией воды до 70 %, при котором появляется уникальная возмонность многократного сокращения выбросов окислов азота.
Практическая ценность. Разработанный численный метод расчета позволяет провести исследование процессої нагрева и испарения капель ВТЭ, различных по диаметру и сорту
топлива, с определением времени ее испарения при различных параметрах состояния газовой среды.
Реализация мероприятий,' обеспечивающих эффективное сжигание ВТЭ с широким диапазоном содержания воды, позволяет существенно поеысить эффективные и экологические показатели дизеля при его переводе на ВТЭ.
Результаты исследования и разработанные рекомендаций по применению ЕодотоплиЕїшх эмульсий на основе дистиллятного топлива, совершенствовании рабочего процесса при переводе дизеля на ВТЭ, проектированию и испытаниям автоматизированных систем приготовления ВТЭ переменного состава могут найти практическое применение на предприятиях и в организациях, занимающихся проблемами снижения токсичности ОГ и созданием новых типов малотоксичных еысокс-оборотных дизелей различной мощности.
Реализация результатов работы. Результаты выполненного исследования были использованы в ПО "Звезда" при проведении комплекса работ по переводу дизелей І2ЧНІ8/20 на водотопливную эмульсию, в том числе при создании автоматизированных систем приготовления ВТЭ переменного состава, предназначенного для снижения выбросов окислов азота и продуктов неполного сгорания при проведении стендовых испытаний дизелей.
По решению отраслевого научно-технического семинара "Проблемы экологии в дизелестроении" рекомендовано ПО "Звезда" и ЦЩЩИ оказать методическую и техническую помощь дизелестроительным за-Еодам по внедрению способа и установок питания дизелей ВТЭ на заводских испытательных стендах. Конкретные работы в этом направлении начаты применительно к дизелям.ПО "БМЗ" и ПО "Русский дизель".
Апробация работы. Основные положения и результаты работы долокены и обсувдены на Всесоюзном семпнаре "Пути снижения загрязнения воздушного бассейна выбросами ДВС" (Москва, ВДНХ СССР, декабрь 198? г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Альтернативные топлива в двигателях внутреннего сгорания" (Киров, Кировский сельскохозяйственный институт, май, 1988г.), на ХУШ Международном конгрессе СИМАК (г.Тяньщш, Китай, июнь IS89 г.), на ІУ Международном симпозиуме по судовой технике, KOBE'SO (Кобе, Япония, октябрь 1990 г.).
П у б л и к а ц а и. По те.ме диссертации опубликовано 10 печатных работ, отдельные разделы диссертации содержатся в отчетах ПО "Звезда" о научно-исследовательских работах, участником которых был автор.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глаЕ, заключения, списка литература и приложения. Работа содержит 116 страниц основного текста, 57 страниц с рисунками, 10 таблиц. Список литературы включает 130 наименований.