автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Снижение токсичности отработавших газов на основе неравновесных расчетов горения при стехиометрическом впрыске топлива в цилиндры ДВС

На правах рукописи

ПОТАПОВ Сергей Александрович

СНИЖЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ НА ОСНОВЕ НЕРАВНОВЕСНЫХ РАСЧЕТОВ ГОРЕНИЯ ПРИ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКОМ ВПРЫСКЕ ТОПЛИВА В ЦИЛИНДРЫ две

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула-2009

003472936

Работа выполнена на кафедре «Автомобили и автомобильное хозяйство» ГОУ ВПО «Тульский государственный университет

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Чесноков Сергей Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дунаев Валерий Александрович

кандидат технических наук, доцент Котюхов Федор Алексеевич

Ведущая организация:

ОАО «АК «Туламашзавод»

Защита состоится 24 июня 2009 года в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.12 Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» по адресу: 300600, Тульская область, г. Тула, проспект Ленина, 92, ауд. 9-101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан 22 мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Елагин М.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Существенную роль в загрязнении окружающей среды играют двигатели внутреннего сгорания, которые, благодаря своим технико-экономическим показателям, еще долго будут оставаться основными силовыми агрегатами для автомобильного транспорта. Поэтому работы по улучшению их экологических характеристик являются актуальными.

Общепринятое математическое описание рабочего процесса и горения в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) предполагает наличие однородных, или, в случае многозонных моделей, ступенчато-однородных полей температуры, коэффициента избытка воздуха (КИВ) и тем самым концентрации компонентов продуктов сгорания (ПС).

Для обеспечения высокого уровня организации рабочего процесса необходимо разрабатывать системы смесеобразования, позволяющие получать в камере сгорания (КС) наиболее выгодные неоднородные поля КИВ а перед зажиганием. Эти поля должны обеспечивать надежное воспламенение в окрестности свечи зажигания, низкую токсичность отработавших газов (ОГ), отсутствие детонации к концу горения и малый общий расход топлива. Для подбора полей а нужно использовать более совершенное математическое описание их образования и горения в них на уровне задач тепломассобмена.

Принято, что процесс горения топлива в КС определяется совокупностью следующих основных процессов: химическими реакциями, развитием турбулентности и тепломассообменом между компонентами смеси и стенкой КС. В соответствии с этим горение топлива можно рассматривать как химический турбулентный тепломассообмен (ХТГ). Понятие и метод ХТТ впервые в России введены С.А. Чесноковым в монографии «Химический турбулентный тепломассообмен в двигателях внутреннего сгорания» - Тула : Изд-во ТулГУ, 2005; далее ссылки на монографию будут обозначены как [*].

Именно процесс ХТТ, начинающийся за фронтом пламени, как догорание перемешивающихся масс продуктов сгорания с избытком кислорода или горючих компонентов и продолжающийся вплоть до выпуска ОГ, определяет уровень их токсичности.

Метод ХТТ реализуется при последовательном решении задач: впрыска и испарения топлива, турбулентного горения в неоднородной горючей смеси, догорания продуктов за фронтом пламени и в течение такта расширения.

В настоящее время в печати появились достаточно полные (двухстадийные) механизмы горения топлив. Их применение позволяет снизить начальную (пусковую) температуру для модели химической кинетики и уточнить результаты, избежав, например, искусственных поправок теплоемкости в первых версиях задачи ХТТ [*].

Объектом исследования является ДВС с непосредственным впрыском топлива в цилиндры двигателя Mitsubishi 4G93-DOHC-GDI - далее GDI.

Основным режимом работы двигателя является режим, при котором реализуется так называемый стехиометрический впрыск топлива, создающий в среднем стехиометрическую (но неоднородную) горючую смесь. Степень

неоднородности поля КИВ и его ориентация должны обеспечивать надежное зажигание вблизи электросвечи (а~0,8) и отсутствие детонации вдали от нее (а~1,2). Стехиометрический впрыск топлива в цилиндры ДВС и рассматривается в данной работе.

Предметом исследования является процесс горения топлива, сопровождающийся образованием монооксидов углерода и азота.

Целью работы является снижение токсичности отработавших газов в режиме стехиометрического впрыска топлива на основе полного (двухстадийного) кинетического механизма горения.

Научная задача работы состоит в развитии и уточнении метода ХТТ, позволяющего разрабатывать эффективные модели горения и применять их для повышения экологической чистоты рабочих процессов в ДВС.

Цель и задача работы определили необходимость решения следующих промежуточных задач:

1) произвести многовариантные расчеты задачи впрыска и испарения топлива по известным турбулентным полям скорости и коэффициенту турбулентного обмена; обобщить результаты в виде зависимости неоднородности поля КИВ перед зажиганием от параметров впрыска;

2) выбрать по литературным данным двухстадийный механизм горения модельного топлива, позволяющий уточнить описание процесса ХТТ; обработать и сократить механизм для условий ДВС с целью уменьшения времени расчетов на ЭВМ;

3) рассчитать температуру горения и конечный состав продуктов сгорания (включая оксид N0) для различных локальных значений коэффициента избытка воздуха в КС;

4) решить основную уточненную задачу ХТТ в зоне догорания за фронтом пламени и в течение такта расширения при различной степени рециркуляции ОГ; обобщить полученные результаты в виде графических зависимостей, позволяющих определить содержание оксидов азота и углерода в ОГ по параметрам впрыска; произвести оценку изменений среднего индикаторного давления ДЕ!С при варьировании этих параметрамов;

5) сравнить расчетные данные с результатами экспериментов по измерению температуры горения и содержанию оксидов углерода и азота в ОГ.

Задачи I, 3 и 5 решались с помощью известных программ и методик, разработанных С. А. Чесноковым [*].

Методы исследования базируются:

- теоретические: на основных положениях химической кинетики, турбулентной газодинамики и механики газовых смесей; в работе используются приемы математического анализа, а также математическое моделирование на основе численных решений систем дифференциальных уравнений;

- экспериментальные: на применении спектрометрии при измерениях температуры и турбулентной скорости горения, а такж е серийных датчиков при замерах содержания оксидов углерода и азота в ОГ.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

- предложена новая версия метода ХТТ, отличающаяся от известной [*] применением расширенной кинетической модели горения, что позволило уточнить содержание оксидов углерода и азота в ОГ ДВС;

- теоретически исследована и установлена закономерность изменения токсичности ОГ за счет варьирования неоднородностью поля коэффициента избытка воздуха в КС и степенью рециркуляции ОГ.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:

- по предложенной методике произвести прогноз уровня токсичности ОГ на основании итоговых графических зависимостей без выполнения сложных расчетов;

- оценить среднее индикаторное давление в ДВС для сохранения энергетических характеристик двигателя на достаточно высоком уровне.

Реализация результатов работы. Результаты работы переданы в ОАО «АК «Гуламашзавод» для их внедрения в производство. Материалы исследований используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» в рамках учебных дисциплин «Основы научных исследований и испытаний двигателей» и «Теплотехника».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции Двигатель - 2007, посвященной 100 - летию школы двигателестроения МГТУ им. Н.Э. Баумана - г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007; Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука - производство - технологии -экология» - г. Киров, ГОУ ВПО «ВятГУ», 2008; Международной научно - производственной конференции, посвященной 50 - летию ПГУАС и 10 - летию кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» - г. Пенза, ГОУ ВПО «ПГУАС», 2008; VI всероссийской научно - технической конференции «Политранспортные системы» - г. Новосибирск, ГОУ ВПО «СГУПС», 2009.

Основные положения, выносимые на защиту;

- сокращенные кинетические механизмы горения;

- результаты расчетов задачи ХТТ по снижению токсичности ОГ и их сравнение с данными экспериментов;

-методика использования итоговых графических зависимостей для определения токсичности ОГ по параметрам впрыска.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ. Из них 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 133 страницы машинописного текста, 58 рисунков, 23 таблицы, 9 страниц приложений и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 48 отечественных и 27 иностранных источииков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено общее описание, обоснована актуальность, сформулирована цель и определены задачи работы.

В первой главе диссертации проведен обзор литературных данных, посвященных химической кинетике горения углеводородных топлив.

Обзор показывает, что в последние годы все больше внимания уделяется описанию процесса горения, основывающемуся на уравнениях химической кинетики, а не равновесной термодинамики. Для изучения горения углеводородов необходимо использование надежных моделей химической кинетики, которые помогли бы точнее понять и описать те сложные физические и химические процессы, которые происходят в ДВС.

Для химической кинетики горения характерно наличие большого количества публикаций по реакциям легких частиц, которые позволяют определить основные тепловые эффекты и образование токсичных компонентов, оксидов углерода и азота, при горении топлива. Данные по кинетике тяжелых частиц, образующихся при распаде фракций бензина в начале горения, в условиях низких температур, малочисленны — детальный кинетический механизм распада основных фракций неизвестен.

Тем не менее, предлагаемые кинетические механизмы горения углеводородных топлив отличаются значительным разнообразием. Все их можно разделить на три группы: детальные (неэмпирические), полуэмпирические и эмпирический. Детальные механизмы насчитывают тысячи элементарных реакций с участием сотен компонентов и пока не могут использоваться при математическом моделировании 1рехмерных процессов в реальных ДВС. Эмпирические схемы окисления углеводородов, наоборот, обычно состоят всего из нескольких обобщенных реакций, константы скорости которых подобраны из косвенного сравнения расчетных данных с результатами экспериментов.

Работы отечественных ученых С.М. Фролова, В.Я. Басевича, В.Е. Алемасова, Д.Д. Матиевского, П.К. Сеначина, В.А. Звонова и других по изучению процессов самовоспламенения и горения углеводородных топлив в ДВС основываются на химической кинетике.

В работе С.А. Чеснокова [*] решаются трехмерные уравнения тепломассообмена для процесса горения химически реагирующей турбулентной смеси газов в КС и полости цилиндра изменяющейся сложной геометрии. В качестве механизма горения использован детальный кинетический механизм горения метана В.Я. Басевича, который включает в себя реакции с участием основных легких углеводородов - метана, этилена и ацетилена, что позволяет использовать его как механизм горения легких углеводородов. Этот механизм дополнен эмпирическими реакциями распада н-октана, имитирующего бензин, и реакциями образования оксида азота по схеме Я.Б. Зельдовича.

В работах зарубежных ученых, таких, как Ю. Варнатц, Ч. Лоу, Ф. Драер, Т. Хелд, А. Марчезе и других, ставятся задачи по разработке более полных полуэмпирических кинетических механизмов горения углеводородов, которые содержат как низкотемпературные реакции распада и окисления тяжелых углеводородов, так и реакции горения для легких компонентов. Обычно в качестве критерия оценки адекватности той или иной модели выступает время задержки самовоспламенения в реакторах различных типов.

Полуэмпирический кинетический механизм окисления и пиролиза н-гептана, предложенный Т. Хелдом, подтвержден экспериментально и дает, в основном, полную картину окисления и-гептана, в то же время по сравнению с другими он достаточно компактен для моделирования. В работах В.А. Звонова и МП. Гириновича для условий в ДВС определен механизм образования оксида азота, состоящий из «термической» и «быстрой» составляющих.

В итоге при решении задач химической кинетики в условиях ДВС использовались механизмы Т. Хелда и В. А. Звонова.

Во второй главе определены температура горения и конечный состав ПС на выходе фронта пламени для различных значений коэффициента избытка воздуха в КС. Эти данные используются в дальнейшем для задания основных граничных условий при решении задачи ХТТ

В работе в качестве модельного топлива выбран н-гептан (С1Н16), имеющий практически такое же соотношение масс углерода и водорода, как у бензина. Кинетический механизм горения н-гептана, предложенный Т. Хелдом, содержит реакции распада, образования и окисления углеводородов. На основе этого кинетического механизма с учетом реакций образования оксида азота, определенных для условий ДВС в работах В.А. Звонова и М.П. Гириновича, образован кинетический механизм горения гептано-воздушной смеси, состоящий из 443 реакций с участием 44 компонентов.

Математическое описание химической кинетики горения в условиях ДВС в простейшем нульмерном случае представляет собой систему кинетических уравнений для каждого (/-го) компонента, участвующего в нескольких (/) химических реакциях, совместно с уравнением энергии для смеси в целом;

где т - время; г, - мольная доля компонента; 5/, - скорости прямой (+) и обратной (-) реакций; к, - константа скорости реакции, определяемая по закону Аррениуса; а, р - различные значения /'; Н/ - тепловой эффект реакции; // -текущая средняя молярная масса смеси; Т - температура; р - плотность; су - теплоемкость при постоянном объеме; аг - коэффициент теплоотдачи (по Вошни); /•" ч IV- поверхность и объем зоны ПС; Т„ - температура стенки.

В качестве начальных условий задавались температура горючей смеси Т„ = 960 К, а также начальные доли горючего (гептана), кислорода и азота. Использовать более низкую начальную температуру не удалось, поскольку время задержки самовоспламенения в этом случае сильно отличалось от экспериментальных данных, полученных в работе X. Чиезки. Тем не менее, такое значение начальной температуры гораздо ближе к ее реальной величине в ДВС, чем для механизма, использованного в монографии [*], где Т„ = 1200 К.

Отметим, что анализ самовоспламенения горючей смеси (не характерный для ДВС с искровым зажиганием) проведен как тестовый, позволяющий сравнить расчетные данные по задержке самовоспламенения с известными экспериментальными результатами. Такой подход широко используется в литературе, в том числе и для легких углеводородов.

На рисунках ] - 2 для среднего давления в период горения р=4 МПа в КС представлены температура и скорость тепловыделения при различных КИВ а в процессе самовоспламенения. Интегрирование функции скорости тепловыделения позволило определить общее тепловыделение при горении.

0.35 0.40 0.45 0,50 0.55 0,60 0,65 0,70 т. лк 0,60 0,80 1.00 1,20 1,40 1,60 1.80 г. яс

Рисунок 1 - Температура при самовоспламенении н-гептана при различных КИВ

Показано, что конечное содержание основных компонентов ПС по данным кинетических расчетов для различных значений а=0,5...3 отличается от результатов равновесных расчетов при температуре горения не более, чем на 12 % (кроме оксида N0).

На рисунке 3 представлены мольные доли некоторых компонентов, полученные на основе нульмерной кинетики горения в процессе самовоспламенения (р = 4 МПа, а = 1,0).

2.0Е-02 ---------------------------------------- ----------------

1.5Е-04 3.0Е-04 4.5Е-04 6.0Е-04 7.5Е-04 время, с

1.2Е-03 ;-----

1.0Е-03----

Г; 8.0Е-04 ---------

£ 6.0Е-04---

х

54,0Ё-04 :----

з-

2,0Е-М------

-

630Е-04 6.65Е-04 6.80Е-04 6.95Е-04 7Д0Е-04 ^ время, с

1Е-СЗ ■ 8Е-04 •

X

|бЕ-04 -

з I

¿4Е-04 ■ о

2К-04 •

„_

6,80Е-04 6.86Е-01 6.92Е-04 6.981ИМ 7.01Н-М 7.10П-04 7.16Е-04 д) время,с

0.25 - -0,20 ~

г

0

2 0,15 2

1 0,10 •

0

0,05 -

0 —

0

б)

8Е-03--------

* 6Ц-03 •

с; 8

1411-03 ■

л б

1 2Е-03

1.5Е-04 3.0Е-04 4.5Е-04 6.0Е-М 7.5Е-04 врет, с

ОН

о -

«.7ЫМ 6.8Е-04 6.9Е-04 6.9Е-04 7.0Е-04 7.1ЫМ 7.2Е-04 время, с

1Е-04 2Е-04 ЗВ-04 4В-04 5Е-04 6Е-04 7Е-04 прсмя,с

О Ш-04 2Е-04 31.-04 4Е-04 5|;-04 6Е-04 7Е-04 0 1Ы)4 2Е-04 ЗЕ-М 4Е-М 5Е-04 6Е-04 7Е-04

>к) время, с 3) время, с

Рисунок 3 - Мольные доли компонентов в процессе самовоспламенения

Эти результаты дают общее представление о развитии процесса самовоспламенения и горения, а также о влиянии на этот процесс различных радикалов.

В начале процесса наблюдается задержка воспламенения горючей смеси. Это обусловлено активным накапливанием радикалов, необходимых для развития цепного механизма горения. Основное влияние на этот процесс оказывают такие радикалы, как Н, О, ОН, Н02, СН3, С2Н5. Начальными реакциями образования этих радикалов являются реакции взаимодействия топлива с кислородом. Как известно, в молекулах топлива отщепление атомов водорода происходит в основном при атаке радикалов Н, О, ОН, Н02.

Быстрое увеличение содержания радикалов НО;! и С2Н5 наблюдается до момента воспламенения. Концентрация радикала Н02 снижается на протяжении всего времени активного горения, а минимальный уровень приходится на момент наибольшего тепловыделения и роста температуры. Изменение же содержания радикала СН3 соответствует профилю скорости тепловыделения, из чего можно сделать предположение об определяющем влиянии этого радикала на скорость тепловыделения. Максимум же радикалов Н, О, ОН наблюдается в конце процесса горения, где скорость расходования молекулярного кислорода 02 является наибольшей. Эти радикалы в процессе догорания за фронтом пламени играют ключевую роль в образовании оксида N0.

В монографии [*] показано, что конечные температура и состав ПС в нульмерной задаче практически совпадают с соответствующими параметрами на выходе фронта пламени (в одномерной задаче). Это позволяет использовать эти данные в качестве граничных условий на фронте при решении задачи ХТТ в зоне догорания (главы 3 и 4).

По результатам расчетов максимальные значения температуры горения и выделения тепла при сгорании Т0= 2861 К и 0 = 2.511 кДж/кг наблюдаются вблизи стехиометрического соотношения горючего и окислителя (рисунок 4), при коэффициенте избытка воздуха а = 0,9, что соответствует известным литературным данным. Значение тепловыделения 0 = 2511 кДж/кг близко к теплоте сгорания бензина 0", отнесенной к 1 кг смеси (2650 кДж/кг), что подтверждает энергетическую полноценность используемого механизма горения. При выделении тепла в зоне догорания величина Q еще более приближается к .

Рисунок 4 - Температура горения и тепловы- Рисунок 5 - Сравнение экспериментальных и • деление при различном коэффициенте расчетных времен задержек самовоспламе-избытка воздуха а (р=4 МПа, Т„ = 960 К) нения (р=4 МПа, Тн - 960 К)

Для упрощения последующих задач проведено сокращение кинетического механизма горения н-гептана в воздухе для условий ДВС. Сокращение проведено путем выделения по каждому компоненту наиболее значительных в пределах первых двух порядков результирующих скоростей реакций, которые определяются как разность скоростей прямых и обратных реакций. Оценка скоростей проводилась для шести температур в промежутке от Т„ = 960 К до температуры горения при а = 1,(1. В результате сокращения исходный механизм уданось уменьшить на 186 реакций (из 443).

Проверка сокращенного механизма в интервале коэффициента избытка воздуха а = 0.5...3 показала его достоверность для описания активного горения во фронте пламени (рисунок 5). Отличия по температуре горения и тепловыделению исходного и сокращенного механизмов в заданных пределах коэффициента избытка воздуха не превышают 1%.

При имитации изменения температуры в зоне за фронтом пламени в рамках нульмерной кинетики выявлены ведущие реакции догорания. Поскольку скорости реакций различались на несколько порядков, а тяжелые компоненты уже распались, удалось выделить 31 ведущую обратимую реакцию с участием 15 компонентов (таблица 1). Это обеспечило расширение диапазона применимости полученного механизма в сторону богатых смесей в отличие от монографии [*], в которой процесс догорания характеризуется 26-ю обратимыми реакциями для 14 компонентов.

Таблица 1 - Ведущие реакции догорания смеси за фронтом пламени

№ Реакции № Реакции № Реакции

1 н+о2«->о+он 12 Н202<-»0Н+0Н 23 нсо+он~сон2о

2 о+н2«->н+он 13 Н202+Н<-»Н02+ Н2 24 СН204->НС0+Н

3 н2+он<-н2о+н 14 н2о2+о«-юн+но2 25 сн2о<-»со+н2

4 0+Н20<-ЮН+0Н 15 Н202+0Н~ Н02+Н20 26 сн2о+н«нсо+н2

5 Н+0Н«-»Н20 16 со+о<-со2 27 сн2о+о<~»нсо+он

6 н+о2*-*но2 17 со+о2<-»со2+о 28 сн2оюн«->нсо+н2о

7 но2+н<-+н2+о2 18 со+он<-со2+н « 29 ы+мо<-»м2+о

8 но2+н*-он+он 19 со+но2<->со2+он 30 ы+о2«->ыою

9 но2+о«-ю2+он 20 нсо«-н+со 31 ы+он<-»ш+н

10 но2+он«н2о+о2 21 нсо+о2~со+но2

11 но2+но2<->н2о2+о2 22 нсо+н<-»со+н2

В третьей главе описан алгоритм решения задачи ХТТ, позволяющий произвести расчет полей температуры и массовых долей компонентов, участвующих в процессе догорания и расширения.

В качестве основных граничных условий при решении задачи Х'ГТ используются температура и состав ПС в конце горения, т.е. на выходе фронта пламени (глава 2).

Для решения задачи ХТТ в цилиндре ДВС в течение горения и такта расширения необходимы следующие исходные поля:

- нестационарное: турбулентное поле скорости;

- нестационарное поле коэффициента турбулентного обмена;

- поле коэффициента избытка воздуха в бензоиоздушной смеси перед зажиганием.

Произведены многовариантиые расчеты задачи впрыска и испарения топлива по известным турбулентным полям скорости и коэффициенту турбулентного обмена. Нестационарное турбулентное поле скорости в цилиндре двигателя в периоды тактов впуска и сжатия., а также при горении и расширении определялось при помощи программы GAS-2 профессора В.А. Дунаева. При этом рассчитывались и поля турбулентности. Эти данные позволили определить нестационарные поля коэффициента турбулентного обмена (КТО) и, тем самым, кратности КТО (как превышения турбулентной вязкости над ламинарной). Уточнение полей КТО при граничных условиях на фронте пламени производилось при решении транспортных уравнений к-е модели турбулентности.

В результате анализа полей коэффициента избытка воздуха при различных параметрах стехиоме-трического впрыска удалось построить итоговую обобщенную зависимость неоднородности поля коэффициента избытка воздуха Аа (Аа=атм-атт) в КС от скорости Winn- и продолжительности впрыска Л Тппр.

Использование графической зависимости (рисунок 6) позволяет определить значение неоднородности поля Аа для камеры сгорания двигателя GDI или близкой к ней геометрии. Среднее по объему КС значение аср определяется цикловой массой топлива (аср~1). Значения гаср и Да необходимы в главе 4 для прогнозирования токсичности ОГ по результатам решения задач ХТТ.

Для решения задачи ХТТ принимаются следующие основные допущения: .

- в условиях высоких давлений (~ 5 МПа) температуры компонентов ПС непрерывно выравниваются за счет эффективного обмена энергией при многочисленных соударениях молекул и внутри смеси устанавливаются общие для всех компонентов поля температур. Тем самым считаем, что, несмотря на интенсивные химические реакции, равновесное распределение молекул по энергиям не нарушается;

- в связи с небольшой скоростью течения в зоне ПС (менее 50 м/с) пренебрегается кинетической энергией газа по сравнению с внутренней. Кроме того, учитывая сравнительно небольшие.различия температур в пределах поля

м/с

15 10

Рисунок 6 - Влияние параметров впрыска топлива на неоднородность Да поля коэффициента избытка воздуха а

решения (камеры сгорания), теплоемкость смеси считаем постоянной. Это позволяет использовать в уравнении энергии непосредственно температуру смеси;

- эффекты термо- и бародиффузии, а также диффузионную теплопроводность и перенос энергии диффузионным потоком не учитываем. Пренебрегается работой диссипативных сил, обратимая работа сил давления учитывается только в период интенсивного расширения ПС;

- поля турбулентных коэффициентов переноса определяются по данным решения транспортных уравнений к-е модели турбулентности на основе полей скорости, полученных с помощью программы СА8-2. Дпя сокращения времени решения на ЭВМ поля КТО задаются как однородные и изменяющиеся во времени. Тем самым считаем, что турбулентные коэффициенты температуропроводности ат и диффузии От изменяются только во времени;

- догорание горючих компонентов смеси за фронтом пламени характеризуется 31 ведущей обратимой реакцией с участием 15 компонентов;

- компоненты и смесь ПС в целом являются идеальными газами.

При указанных допущениях уравнения сохранения энергии смеси и массы компонентов запишутся следующим образом:

дТ дТ дТ дТ —+и—+и-—+У— = а7 дт дх ду дг

гд2Т дгТ дгТ . Г

дт дх ф дг р дх Источники теплоты (Рц) и массы компонентов

Г дх) ду{ ду) дг\ д2)

+ /'«,. (2)

'•"к

• ъ (3)

>1 рот] ;

как:

Начальные условия в небольшой зоне вокруг точки зажигания задаются Г = Т„ = Т, (а), ' (4)

Граничные условия:

- на границе поля решения у стенки

Т=Т„, д&/дп= 0. (5)

- на выходе фронта горения, для местного значения а

Т~ Ту(а), £, =Ы»Л (6)

Здесь: и, и», V - проекции скорости движения смеси; ат и Ог -турбулентные коэффициенты температуропроводности и диффузии ПС; & - массовые доли компонентов ПС; р - плотность смеси; с,, - теплоемкость ПС; Н] - тепловой эффект реакции; //( - молярная масса компонента; п ~ . нормаль к границе; а - местный коэффициент избытка воздуха в горючей смеси.

Индексы: / - номер компонента; J - номер реакции; Г - фронт горения; и» - граница поля решения у стенки; я - начальные значения; р - прямая реакция; • о - обратная реакция.

' кратность КТО Л'г, среднее по объему КС значение А'т и турбулентные характеристики переноса определяются следующим образом:

,«г=Л?г(г)-йга,„ От=йт(туОш„,

V

.*.''• ' • . лам

где по данным [*] для средних температур и давлений ламинарный коэффициент температуропроводности смеси а7а„=0,19'1(И м2/с, а средний ламинарный коэффициент диффузии Дгал,=0,25-10'4 м2/с.

В выражениях (3) скорость и константа скорости реакции вычисляются следующим образом:

где к - коэффициент, учитывающий влияние турбулентных пульсаций температур [*]; а и р - различные значения /.

Математическая модель включает 16 дифференциальных уравнений и позволяет произвести расчет полей температуры и массовых долей 15-ти компонентов, участвующих в процессе догорания за фронтом пламени: Н2, Н20, Н202, Н02,0,02, ОН, СО, С02, Н, Ы2,1М, N0, НСО, сн2о.

Поле решения задачи ХТТ ограничено фронтом турбулентного горения (осредненным по его длине) и внешней границей ламинарного подслоя у стенки (рисунок 7). Его толщина Ьп ~ 0,1 мм и температура на границе Т„, определяют тепловые потери в стенку и температуру ПС при выхлопе. Поэтому значение Т„ вычислялось из условия совпадения расчетной Рисунок7-Схематеплообмена и экспериментальной температур на входе в на границе поля решения выпускной канал (-1700 К [*]).

В четвертой главе проведено решение задачи ХТТ для двигателя в режиме стехиометркческого впрыска топлива в цилиндры. Данные по геометрии фронта пламени и скорости его движения взяты из [*].

При интегрировании системы уравнений химического турбулентного тепломассообмена (1) - (3) были приняты следующие характеристики двигателя: диаметр цилиндра 0,081 м, рабочий объем 0,4585-Ю"3 м3, степень сжатия е=12, опережение зажигания 18 °пкв. Рассмотрен базовый рабочий режим (со средней нагрузкой) при и=3000 об/мин для кривой давления с Ршах=6 МПа в период горения и два варианта этого режима: без рециркуляции отработавших газов (Я = 0) и с рециркуляцией (Я = 0,1; 0,2). Учитывалась и доля остаточных газов в цилиндре.

На рисунке 8 для двигателя 001 представлено расположение клапанов, электросвечи, форсунки и сферической камеры сгорания в поршне.

Интегрирование системы уравнений (1МЗ) с условиями (4)-(6) выполнялось методом конечных разностей на сетке 33x33x17. Шаг по времени составлял Дт =10"6 с.

Рисунок 8 (1 - поршень; 2 - форсунка; 3,4 - впускные и выпускные клапаны; S - электросвеча)

Получены результаты изменения основных мольных долей компонентов в объеме КС в характерные моменты времени процессов горения и расширения для неоднородных полей КИВ а в горючей смеси. В качестве базового варианта расчета было выбрано поле КИВ а со среднеинтегральным по объему КС аср-1, значение а в котором меняется от 0,9 у свечи зажигания до 1,1 в конце КС. Длительность такта расширения при и=3000 об/мин составляет 10 мс.

На рисунке 9 представлены результаты, характерные для конца горения (т = 1 мс), полученные в диаметральном сечении цилиндра. В таблице 2 приведены средние по объему цилиндра значения температуры и мольных долей компонентов.

Рисунок 9 - Поля температуры (а) и массовЕ.1х долей компонентов (б-е) в камере сгорания двигателя GDI в конце процесса горения (г = 1 мс; R=Q: <¡>=370° пкв)

Как видно из рисунка 9, наибольшая концентрация окисида углерода СО наблюдается в верхней части камеры сгорания, где горела богатая топливная смесь а=0,9. В остальной части камеры сгорания наблюдается снижение доли СО. В турбулентном пограничном слое вблизи стенок камеры сгорания за счет возрастания скоростей реакций с участием СО, ускоряется его выгорание. Наибольшая же концентрация компонентов 02, О, и ОН наблюдается в нижней части камеры сгорания, где горела бедная смесь. Максимальное содержание окисида азота N0 сохраняется в середине КС - в зоне практически стехиометрической горючей смеси. В области высоких температур оксид азота интенсивно генерируется реакциями, входящими в кинетический механизм Я.Б. Зельдовича (глава 2). Реакции с участием N0 не компенсируют друг друга, что является следствием малой скорости окисления азота воздуха и существенно неравновесного содержания оксида азота к концу горения. Рост содержания N0 происходит в процессе догорания.

Таблица 2 - Средние по объему цилиндра температура и мольные доли компонентов в конце процесса горения, т = 1 мс

Уровень рецирк. Я, % Г,К н2, ю-2 н2о 0,10"3 02, ю-2 ОМ, Ю'! СО, 101 со2 N0, ю-2

0 2686 0,463 0,137 0,304 0,764 0,349 0,225 0,103 0,211

10 2555 0,327 0,138 0,148 0,659 0,224 0,159 0,109 0,071

20 2409 0,219 0,138 0,061 0,569 0,130 0,103 0,113 0,023

При открытии выпускного клапана большая часть ПС быстро, в течение менее 2 мс, выбрасывается в выпускную магистраль (выхлоп) и затем, в результате принудительного вытеснения, уходит через нее в атмосферу (вытеснение). Учитывая, что основное изменение содержания СО (более 90 %) и N0 (100 %) наблюдается в процессах горения и расширения, использована упрощенная задача выхлопа и вытеснения ПС [*].

. Предполагается, что быстрый процесс вьгаопа является внешне адиабатным процессом, происходящим без теплообмена с поверхностью цилиндра, поршня и клапана. Принимается, что при 1-ыхлопе смесь мгновенно перемешивается и становится идеально однородной. При этом в процессах выхлопа и вытеснения в течение приблизительно 100 мс в ней продолжаются химические реакции, в частности, окисление оксида, углерода с выделением тепла. Эти процессы можно описать в рамках кинетики реакций догорания, вычисляя по известной из эксперимента кривой давления на каждом шаге по времени адиабатную температуру и выделение теплоты химических реакций в течение шага, повышающее эту температуру.

В наиболее полном виде расчетные данные по содержанию токсичных компонентов в отработавших газах приведены на итоговых графических зависимостях (рисунок 10). Они позволяют по значениям среднего в объеме камеры сгорания коэффициента избытка воздуха аср и неоднородности поля Да (по данным задачи впрыска, рисунок 6) произвести прогноз уровня токсичности отработавших газов.

0,4 0,9 0,4 1,1

а 6

Рисунок 10 - Объемное содержание N0 (а) и СО (б) в ОГ ДВС GDI при различных значениях среднего в объеме КС коэффициента избытка воздуха аср и неоднородности поля Да (R = 0; п = 3000 об/мин)

В соответствии с [*] проводились расчеты кривой давления в полости цилиндра. Среднее индии-каторное давление р, характеризует энергетику двигателя, которая также зависит от рельефа поля а перед зажиганием. Эта зависимость, как итог многовариантных расчетов, представлена на рисунке 11 и позволяет по известным характерис-

тикам (аср и Да)

определить индикаторного

Рисунок 11 - Среднее индикаторное давление

величину среднего давления pi.

Необходимо отметить, что использование графических зависимостей, полученных в диссертации, ограничено особенностями геометрии камеры сгорания и режимом работы двигателя GDI.

В пятой главе проведена проверка адекватности математической модели процесса сгорания и образования токсичных компонентов в ОГ пугем сопоставления расчетных и экспериментальных данных.

о о

Для двигателя GDI были получены результаты как для однородных (Аа=0), так и неоднородных (Да#0) полей коэффициента избытка воздуха при различном уровне рециркуляции. Данные о содержании оксидов азота и углерода в ОГ, полученные при однородных полях КИВ в полости КС,

о.б качественно соответствуют

экспериментальным значениям 05по данным монографии Д.Н. Вырубова, Н.А. Иващенко и других (рисунок 12).

Дня проверки количественного соответствия математической модели процесса сгораем ния и образования токсичных компонентов в ОГ, были проведены расчеты для двигателя ВАЗ-21011, которые сравнивались с экспериментальными данными для этого двигателя. Выбор данного двигателя обусловлен горением стехиомет-рической смеси, как и в GDI.

\

\ \ V \ со NO

\ Jy, \ \ /у -—с 1

\ ' V ..... vr /У \

\ \ \ \

о

0,4 S

1 X *

0,3 ft

0,2 х s

0,9 1,0 1,1 Коэффициент избытка воздуха

1,2

Рисунок 12 - Концентрация токсичных компонентов в отработавших газах (пунктиром обозначены экспериментальные данные монографии Д.Н. Вырубова, H.A. Иващенко и др.)

Исследования проводились на установках лабораторно-гомерительного комплекса кафедры «Автомобили, и автомобильное хозяйство» ГОУ ВПО «Тульский государственный университет», позволяющего регистрировать давления, температуры и спектры излучения рабочего тела в ДВС.

Температура продуктов сгорания измерялась цветовым методом при помощи модернизированного спектрографа ИСП-73 [*]. Содержание оксидов NO и СО в ОГ определялось промышленным инфракрасным фильтровым газоанализатором ИКАФ-057.

Для базового режима (ртах=4 МПа) получена температура продуктов сгорания:

- по данным эксперимента: Т=2610±210 К;

- по данным расчета: Т=2420 К.

Завышенное значение экспериментальной температуры объясняется сильным излучением фронта пламени, на что неоднократно обращалось внимание в научно-технической литературе.

Содержание СО и N0 в отработавших газах:

- по данным эксперимента: rNO= 0,21 ± 0,05 %, i'co = 0,30 ± 0,05 %.

- по данным расчета: rNo=0,24 %, тСо = 0,34 %•

Соответствие расчетных и экспериментальных данных является удовлетворительным.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

В диссертации для стехиометрического впрыска топлива в двигателе Mitsubishi 4G93-DOHC-GDI теоретически исследована динамика снижения токсичности отработавших газов за счет изменений неоднородности поля коэффициента избытка воздуха в КС и степени рециркуляции ОГ.

Для этого потребовалось развитие и уточнение метода химического турбулентного тепломассообмена [*], что позволило на основе полного (двухстадийного) кинетического механизма горения топлива разработать эффективные модели горения и применить их для повышения экологической чистоты рабочих процессов в ДВС.

Результаты решения перечисленных ранее промежуточных задач позволяют сделать следующие выводы:

1. Анализ многовариантных расчетов задачи впрыска и испарения топлива показал, что основное влияние на неоднородность поля коэффициента избытка воздуха (КИВ) перед зажиганием оказывают скорость и продолжительность впрыска. Это позволило обобщить результаты в виде итоговой графической зависимости неоднородности поля КИВ Да перед зажиганием от параметров впрыска. При сильном (~ 100 м/с) и коротком

2 мс) впрыске неоднородность Да = amax - a„lin ~ 0,4 , т. е. при аср = I amax«l,2; ami„« 0,8.

2. По известным литературным данным в качестве базового выбран двухстадийный механизм горения Т. Хелда для модельного топлива н-гептан, заменяющего бензин. С целью уменьшения времени расчетов на ЭВМ (на 1 - 2 порядка) механизм, насчитывающий 443 реакции с участием 44 компонентов, был уравновешен и сокращен для условий горения в ДВС до 257 реакций и для зоны догорания за фронтом пламени - до 31 обратимой реакции (15 компонентов). Тестовые расчеты в рамках нульмерной кинетики показали удовлетворительное совпадение с известными экспериментальными данными.

3. Температура горения и конечный состав продуктов сгорания были рассчитаны в рамках нульмерной химической кинетики для различных значений КИВ в КС. Применение механизма Хелда Т. позволило уточнить состав продуктов сгорания на 20 - 35 % по основным компонентам смеси по сравнению с данными [*]. При этом начальная (стартовая) температура задачи нульмерной кинетики снизилась с 1200 К [*] до 960 К, что гораздо ближе к реальной температуре в конце сжатия горючей смеси. Конечный состав продуктов сгорания при температуре горения является равновесным (кроме NO) в широком диапазоне КИВ: a = 0,5...3.

4. Решение уточненной задачи химического турбулентного тепломассообмена в зоне догорания позволило получить нестационарные

трехмерные поля температуры и поля содержания компонентов смеси в КС и полости цилиндра. По результатам многовариантных расчетов при различных Аа и аср = 0,9... 1,1 построены итоговые графические зависимости, позволяющие определить содержание оксидов СО и N0 в ОГ без применения трудоемких расчетов на ЭВМ. Необходимое для этого значение Аа определяется по итоговой фафической зависимости впрыска (п. 1), а величина аср - по цикловой массе топлива.

Показано, что с учетом остаточных газов долю оксида азота в ОГ можно уменьшить с 0,25 % (при а(:р = 1 и Аа = 0) до 0,1 % (при аср = 1 и Аа = 0,4), при этом, соответственно, доля оксида углерода возрастет с 0,15 % до 0,4 %. Учитывая, что токсичность NO примерно в 40 раз превышает токсичность СО, выбор достаточно рельефного поля КИВ при неоднородности Аа = 0,4 представляется оправданным.

Применение рециркуляции ОГ в пределах до 20 % снижает содержание СО в 2-3 раза и NO на порядок, что в сочетании с влиянием неоднородности поля КИВ приближает уровень оксидов в ОГ к требованиям ЕВРО-4.

Для проверки уровня общей энергетики двигате ля построена контрольная диаграмма для среднего индикаторного давления в зависимости от аср и Да. Полученные с ее помощью данные необходимо учитывать при варьировании параметров впрыска и прогнозах токсичности ОГ.

5. Данные расчетов процесса *ХТТ в двигателе ВАЗ-21011, для которого также характерно горение стехиометрической смеси, удовлетворительно соответствуют результатам экспериментов по измерению максимальной температуры в КС и содержанию оксидов СО и NO в ОГ. Температура продуктов сгорания измерялась методом цветовой спектрометрии, ее значение Т=2610 ± 210 К соответствует данным расчета Т=2420 К. Завышение спектральных температур в КС обусловлено, как известно, сильным излучением горячего фронта горения.

Содержание оксидов углерода и азота в ОГ, измеренное серийным датчиком, составило гСо =: 0,30 ± 0,05 %; rN0 = 0,21 ± 0,05 %. По расчетным данным гСо = 0,34 %; rN0 = 0,24 %. Соответствие данных достаточно удовлетворительное.

Таким образом, в диссертации создана и апробирована уточненная версия метода химического турбулентного тепломассообмена, позволяющая прогнозировать уровень содержания оксидов СО и NO в ОГ двигателя типа GD1 с целью повышения экологической чистоты рабочих процессов ДВС. Это создает предпосылки для создания конкурентоспособных двигателей с улучшенными показателями качества.

Основные результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Потапов, С.А. Анализ механизмов химической кинетики горения в двигателе внутреннего сгорания / С.А. Потапов, С.А. Тишин // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. I. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. - С. 135-141.

2. Тишин, С.А. Поля турбулентности в двигателе внутреннего сгорания / С.А. Тишин, С.А. Потапов // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 1. -Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. - С. 142-146.

3. Чесноков, С.А. Химический турбулентный тепломассообмен в ДВС / С.А. Чесноков, С.А. Потапов, С.А. Тишин // Сборник научных трудов по материалам Международной конференции Двигатель-2007, посвященной 100-летию школы двигателестроения МГТУ им. Н.Э. Баумана ; под редакцией H.A. Иващенко, В.Н. Костюкова, А.П. Науменко, Л.В. Грехова. - М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - С. 428-433.

4. Тишин, С.А. Применение к-е модели турбулентности для изучения горения в ДВС / С.А. Тишин, С.А. Потапов // Сборник научных трудов по материалам Международной конференции Двигатель-2007, посвященной 10G-летию школы двигателестроения МГТУ им. Н.Э. Баумана ; под редакцией H.A. Иващенко, В.Н. Костюкова, А.П. Науменко, Л.В. Грехова. - М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - С. 473-477.

5. Потапов, С.А. Моделирование горения бензовоздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания / С.А. Потапов // Всероссийская научно-техническая конференция «Наука-производство-технологии-экология» : сборник материалов. В 7 т. Т. 3. ЭТФ. - Киров : Изд-во ВятГУ, 2008. - С. 191193.

6. Чесноков, С.А. Турбулентность при горении в ДВС / С.А. Чесноков, H.H. Фролов, С.А. Потапов, С.А. Тишин // Двигателестроение. - 2008. - № 1. -С. 13-16.

7. Потапов, С.А. Прогнозирование токсичности двигателей внутреннего сгорания на основе уравнений химического тепломассообмена / С.А. Потапов, С.А. Тишин // Перспективные направления развития автотранспортного комплекса : сборник статей Международной научно-производственной конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - С. 105-109.

8. Потапов, С.А. Зонная модель химической кинетики для ДВС с непосредственным впрыском топлива / С.А. Потапов, С.А. Тишин // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. - С. 175-179.

9. Тишин, С.А. Ламинарные и турбулентные характеристики продуктов сгорания поршневых двигателей / С.А. Тишин, С.А. Потапов // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. - С. 170-174.

10. Потапов, С.А. Применение метода химического турбулентного тепломассообмена с целью прогнозирования токсичности двигателей внутреннего сгорания / С.А. Потапов, С.А. Тишин // Политранспортные системы Сибири : Материалы VI Всероссийской научно-технической конференции (Новосибирск, 21-23 апреля, 2009) : в 2-х ч. Ч. II - Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2009. - С. 136 - 140.

ПОТАПОВ Сергей Александрович

СНИЖЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ НА ОСНОВЕ НЕРАВНОВЕСНЫХ РАСЧЕТОВ ГОРЕНИЯ ПРИ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКОМ ВПРЫСКЕ ТОПЛИВА В ЦИЛИНДРЫ ДВС

Автореферат

Изд. Лиц. ЛР №020300 от 12.02.97. Подписано в печать 11.05.1009г . Формат бумаги 60x84 '/((,. Бумага офсетная Усл. печ. л. 4,4. Уч.-из. л. У,2 Тираж 100 экз. Заказ № ОН

Тульский государственный университет 300600, г. Тула, просп. Ленина,92

Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300600, г. Тула, ул. Болдина, 151

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ.

1.1 Горение тяжелых углеводородов.

1.2 Образование оксида азота.

1.3 Выводы по главе.

ГЛАВА 2 ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА ГОРЕНИЯ.

2.1 Подготовка исходных данных.

2.1.1 Начальные данные.

2.1.2 Расчет равновесного состава и теплоемкости.

2.1.3 Кинетический механизм образования оксида азота.

2.2 Уравновешивание кинетического механизма горения гептана в воздухе.

2.3 Нульмерная химическая кинетика горения.

2.4 Сокращение кинетического механизма горения гептана в воздухе.

2.5 Реакции кинетики догорания компонентов в ДВС.

2.6 Выводы по главе.

ГЛАВА 3 ХИМИЧЕСКИЙ ТУРБУЛЕНТНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕН.

3.1 Общее описание процесса ХТТ.

3.2 Исходные данные для решения задачи ХТТ.

3.2.1 Ламинарные характеристики переноса.

3.2.2 Турбулентные характеристики переноса.

3.3 Исходные поля для решения задачи ХТТ.

3.3.1 Поля скорости.

3.3.2 Поля турбулентности.

3.3.3 Поля коэффициента избытка воздуха.

3.4 Общий вид уравнений ХТТ. Граничные и начальные условия.

3.5 Допущения и математическое описание задачи ХТТ.

3.6 Выводы по главе.

ГЛАВА 4 ХИМИЧЕСКИЙ ТУРБУЛЕНТНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕН В ДВИГАТЕЛЕ

С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА.

4.1 Алгоритм решения задачи ХТТ.

4.2 Стехиометрический впрыск двигателя.

4.2.1. Исходные данные.

4.2.2 Тепломассообмен при выхлопе и вытеснение продуктов сгорания.

4.2.3 Результаты и их анализ.

4.3 Общие графические зависимости задачи ХТТ.

4.4 Выводы по главе.

ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ДВС.

5.1. Измерение давлений и расходов.

5.2 Измерение температуры горения в цилиндре ДВС.

5.3 Ультрафиолетовый спектр. Излучение радикалов и турбулентная скорость горения

5.3.1 Спектрограф ИСП-30. Модернизация и градуировка.

5.3.2 Горение в ДВС.

5.4 Сравнение расчетных и экспериментальных данных.

5.5 Выводы по главе.

Существенную роль в загрязнении окружающей среды играют двигатели внутреннего сгорания, которые благодаря своим технико-экономическим показателям еще долго будут оставаться основными силовыми агрегатами для автомобильного транспорта. Поэтому работы по улучшению их экологических характеристик являются актуальными.

Общепринятое математическое описание рабочего процесса и горения в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) предполагает наличие однородных, или, в случае многозонных моделей, ступенчато-однородных полей температуры, коэффициента избытка воздуха (КИВ) и, тем самым, концентрации компонентов продуктов сгорания (ПС).

Для обеспечения высокого уровня организации рабочего процесса необходимо разрабатывать системы смесеобразования, позволяющие получать в камере сгорания (КС) наиболее выгодные неоднородные поля КИВ а перед зажиганием. Эти поля должны обеспечивать надежное воспламенение в окрестности свечи зажигания, низкую токсичность отработавших газов (ОГ), отсутствие детонации к концу горения и малый общий расход топлива. Для подбора полей а нужно использовать более совершенное математическое описание их образования и горения в них на уровне задач тепломассобмена.

Принято, что процесс горения топлива в КС определяется совокупностью следующих основных процессов: химическими реакциями, развитием турбулентности и тепломассообменом между компонентами смеси и стенкой КС. В соответствии с этим горение топлива можно рассматривать как химический турбулентный тепломассообмен (ХТТ). Понятие и метод ХТТ впервые в России введены С.А. Чесноковым в монографии [1].

Именно процесс ХТТ, начинающийся за фронтом пламени, как догорание перемешивающихся масс продуктов сгорания с избытком кислорода или горючих компонентов и продолжающийся вплоть до выпуска ОГ, определяет уровень их токсичности.

Метод ХТТ реализуется при последовательном решении задач: впрыска и испарения топлива, турбулентного горения в неоднородной горючей смеси, догорания продуктов за фронтом пламени и в течение такта расширения.

В настоящее время в печати появились достаточно полные (двухстадийные) механизмы горения топлив. Их применение позволяет снизить начальную (пусковую) температуру для модели химической кинетики и уточнить результаты, избежав, например, искусственных поправок теплоемкости в первых версиях задачи ХТТ [1].

Объектом исследования является ДВС с непосредственным впрыском топлива в цилиндры двигателя Mitsubishi 4G93-DOHC-GDI - далее GDI.

В работе этого двигателя различают три возможных режима в зависимости от характера движения:

- мощностной режим (впрыск топлива осуществляется во время такта впуска, при котором достигается стехиометрическое воздушно-топливное соотношение 14,7:1). При интенсивной городской езде, высокоскоростном движении и обгонах в двигателе реализуется так называемый стехиометрический впрыск топлива в цилиндр, создающий в среднем стехиометрическую (но неоднородную) горючую смесь. Степень неоднородности поля КИВ и его ориентация должны обеспечивать надежное зажигание вблизи электросвечи (а~0,8) и отсутствие детонации вдали от нее (а~1,2). Топливо впрыскивается в процессе такта впуска коническим факелом. Оно распыляется по всему цилиндру и, испаряясь, охлаждает при этом воздух в нем, что улучшает его наполнение, а также снижает вероятность возникновения детонации и калильного зажигания. Этот благоприятный эффект позволяет достичь высокой степени сжатия, а значит и высокой мощности;

- режим работы на сверхбедной смеси (впрыск топлива происходит во время такта сжатия). Этот режим используется при малых нагрузках: при спокойной городской езде и загородном движении на скоростях до 120 км/ч. В этом случае топливо подается в цилиндр практически как в дизеле - в конце такта сжатия, впрыскиваясь компактным факелом и, смешиваясь с воздухом, направляется сферической выемкой поршня. Таким образом наиболее обогащенное топливом облако оказывается непосредственно около свечи зажигания и благополучно воспламеняется, поджигая затем бедную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива 40:1;

- двухстадийный режим смесеобразования (впрыск топлива происходит дважды — во время тактов впуска и сжатия). Он позволяет повысить момент двигателя, когда водитель, двигаясь на малых оборотах, резко нажимает на педаль акселератора.

Когда двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации еще возрастает. Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом он заполняется сверхбедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается компактная струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива до «богатого» 12:1.

В работе рассматривается стехиометрический впрыск топлива в цилиндры ДВС, обеспечивающий мощностной режим работы двигателя GDI.

Предметом исследования является процесс горения топлива, сопровождающийся образованием монооксидов углерода и азота.

Целью работы является снижение токсичности отработавших газов в режиме стехиометрического впрыска топлива на основе полного (двухстадийного) кинетического механизма горения.

Научная задача работы состоит в развитии и уточнении метода ХТТ, позволяющего разрабатывать эффективные модели горения и применять их для повышения экологической чистоты рабочих процессов в ДВС.

Цель и задача работы определили необходимость решения следующих промежуточных задач:

1) произвести многовариантные расчеты задачи впрыска и испарения топлива по известным турбулентным полям скорости и коэффициенту турбулентного обмена; обобщить результаты в виде зависимости неоднородности поля КИВ перед зажиганием от параметров впрыска;

2) выбрать по литературным данным двухстадийный механизм горения модельного топлива, позволяющий уточнить описание процесса ХТТ; обработать и сократить механизм для условий ДВС с целью уменьшения времени расчетов на ЭВМ;

3) рассчитать температуру горения и конечный состав продуктов сгорания (включая оксид N0) для различных локальных значений коэффициента избытка воздуха в КС;

4) решить основную уточненную задачу ХТТ в зоне догорания за фронтом пламени и в течение такта расширения при различной степени рециркуляции ОГ; обобщить полученные результаты в виде графических зависимостей, позволяющих определить содержание оксидов азота и углерода в ОГ по параметрам впрыска; произвести оценку изменений среднего индикаторного давления ДВС при варьировании этих параметр амов;

5) сравнить расчетные данные с результатами экспериментов по измерению температуры горения и содержанию оксидов углерода и азота в ОГ.

Задачи 1, 3 и 5 решались с помощью известных программ и методик, разработанных С.А. Чесноковым [1].

Методы исследования базируются:

- теоретические: на основных положениях химической кинетики, турбулентной газодинамики и механики газовых смесей; в работе используются приемы математического анализа, а также математическое моделирование на основе численных решений систем дифференциальных уравнений;

- экспериментальные: на применении спектрометрии при измерениях температуры и турбулентной скорости горения, а также серийных датчиков при замерах содержания оксидов углерода и азота в ОГ.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

- предложена новая версия метода ХТТ, отличающаяся от известной [1] применением расширенной кинетической модели горения, что позволило уточнить содержание оксидов углерода и азота в ОГ ДВС;

- теоретически исследована и установлена закономерность изменения токсичности ОГ за счет варьирования неоднородностью поля коэффициента избытка воздуха в КС и степенью рециркуляции ОГ.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:

- по предложенной методике произвести прогноз уровня токсичности ОГ на основании итоговых графических зависимостей без выполнения сложных расчетов;

- оценить среднее индикаторное давление в ДВС для сохранения энергетических характеристик двигателя на достаточно высоком уровне.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции Двигатель - 2007, посвященной 100 - летию школы двигателестроения МГТУ им. Н.Э. Баумана - г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007; Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука — производство - технологии — экология» - г. Киров, ГОУ ВПО «ВятГУ», 2008; Международной научно — производственной конференции, посвященной 50 - летию ПГУАС и 10 -летию кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» - г. Пенза, ГОУ ВПО «ПГУАС», 2008; VI всероссийской научно - технической конференции «Политранспортные системы» - г. Новосибирск, ГОУ ВПО «СГУПС», 2009.

5.5 Выводы по главе

Для проверки адекватности математической модели процесса сгорания и образования токсичных компонентов в отработавших газах, сравнивались результаты опытных исследований, проведенных на двигателе, которые позволили:

1. При помощи охлаждаемого тензометрического датчика давления, разработанного на основе типовой свечи зажигания, провести измерение давления в цилиндре двигателя;

2. На основе спектрометрических измерений оценить температуры горения и расширения в двигателе, а также определить продолжительность и турбулентную скорость горения;

3. При использовании промышленного инфракрасного фильтрового газоанализатора ИКАФ-057 определить содержание оксидов СО и NO в отработавших газах для рабочего режима двигателя ВАЗ-21011: rNo= 0,21 ± 0,05 %, гсо= 0,30 ± 0,05 %.

123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации для стехиометрического впрыска топлива в двигателе Mitsubishi 4G93-DOHC-GDI теоретически исследована динамика снижения токсичности отработавших газов за счет изменений неоднородности поля коэффициента избытка воздуха в КС и степени рециркуляции ОГ.

Для этого потребовалось развитие и уточнение метода химического турбулентного тепломассообмена [1], что позволило на основе полного (двухстадийного) кинетического механизма горения топлива разработать эффективные модели горения и применить их для повышения экологической чистоты рабочих процессов в ДВС.

Результаты решения перечисленных ранее промежуточных задач позволяют сделать следующие выводы:

1. Анализ многовариантных расчетов задачи впрыска и испарения топлива показал, что основное влияние на неоднородность поля коэффициента избытка воздуха (КИВ) перед зажиганием оказывают скорость и продолжительность впрыска. Это позволило обобщить результаты в виде итоговой графической зависимости неоднородности поля КИВ Да перед зажиганием от параметров впрыска. При сильном 100 м/с) и коротком

2 мс) впрыске неоднородность Да = атах - ат;п « 0,4 , т. е. при аср = 1

C^max ~ 1,2, C^min ^ 0,8.

2. По известным литературным данным в качестве базового выбран двухстадийный механизм горения Т. Хелда для модельного топлива н-гептан, заменяющего бензин. С целью уменьшения времени расчетов на ЭВМ (на 1-2 порядка) механизм, насчитывающий 443 реакции с участием 44 компонентов, был уравновешен и сокращен для условий горения в ДВС до 257 реакций и для зоны догорания за фронтом пламени - до 31 обратимой реакции (15 компонентов). Тестовые расчеты в рамках нульмерной кинетики показали удовлетворительное совпадение с известными экспериментальными данными.

3. Температура горения и конечный состав продуктов сгорания были рассчитаны в рамках нульмерной химической кинетики для различных значений КИВ в КС. Применение механизма Хелда Т. позволило уточнить состав продуктов сгорания на 20 - 35 % по основным компонентам смеси по сравнению с данными [1]. При этом начальная (стартовая) температура задачи нульмерной кинетики снизилась с 1200 К [1] до 960 К, что гораздо ближе к реальной температуре в конце сжатия горючей смеси. Конечный состав продуктов сгорания при температуре горения является равновесным (кроме N0) в широком диапазоне КИВ: а = 0,5.3.

4. Решение уточненной задачи химического турбулентного тепломассообмена в зоне догорания позволило получить нестационарные трехмерные поля температуры и поля содержания компонентов смеси в КС и полости цилиндра. По результатам многовариантных расчетов при различных Да и аср = 0,9. 1,1 построены итоговые графические зависимости, позволяющие определить содержание оксидов СО и NO в ОГ без применения трудоемких расчетов на ЭВМ. Необходимое для этого значение Да определяется по итоговой графической зависимости впрыска (п. 1), а величина аср-по цикловой массе топлива.

Показано, что с учетом остаточных газов долю оксида азота в ОГ можно уменьшить с 0,25 % (при аср = 1 и Да = 0) до 0,1 % (при аср = 1 и Да = 0,4), при этом, соответственно, доля оксида углерода возрастет с 0,15 % до 0,4 %. Учитывая, что токсичность NO примерно в 40 раз превышает токсичность СО, выбор достаточно рельефного поля КИВ при неоднородности Да = 0,4 представляется оправданным.

Применение рециркуляции ОГ в пределах до 20 % снижает содержание СО в 2-3 раза и NO на порядок, что в сочетании с влиянием неоднородности поля КИВ приближает уровень оксидов в ОГ к требованиям ЕВРО-4.

Для проверки уровня общей энергетики двигателя построена контрольная диаграмма для среднего индикаторного давления в зависимости от аср и Да. Полученные с ее помощью данные необходимо учитывать при варьировании параметров впрыска и прогнозах токсичности ОГ.

5. Данные расчетов процесса ХТТ в двигателе ВАЗ-21011, для которого также характерно горение стехиометрической смеси, удовлетворительно соответствуют результатам экспериментов по измерению максимальной температуры в КС и содержанию оксидов СО и NO в ОГ. Температура продуктов сгорания измерялась методом цветовой спектрометрии, ее значение Т=2610 + 210 К соответствует данным расчета Т=2420 К. Завышение спектральных температур в КС обусловлено, как известно, сильным излучением горячего фронта горения.

Содержание оксидов углерода и азота в ОГ, измеренное серийным датчиком, составило Гсо = 0,30 ± 0,05 %; Гцо = 0,21 ± 0,05 %. По расчетным данным гСо = 0,34 %; rN0 = 0,24 %. Соответствие данных достаточно удовлетворительное.

Таким образом, в диссертации создана и апробирована уточненная версия метода химического турбулентного тепломассообмена, позволяющая прогнозировать уровень содержания оксидов СО и NO в ОГ двигателя типа GDI с целью повышения экологической чистоты рабочих процессов ДВС. Это создает предпосылки для создания конкурентоспособных двигателей с улучшенными показателями качества.

126

1. Чесноков, С.А. Химический турбулентный тепломассообмен в двигателях внутреннего сгорания / С.А. Чесноков; ТулГУ. Тула : Изд-во ТулГУ, 2005.-466 с.

2. Варнатц, Ю. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Ю. Варнатц, У. Маас, Р. Диббл ; пер. с англ. Г. JL Агафонова ; под ред. П. А. Власова. -М. : Физматлит, 2003. 352 с.

3. Басевич, В.Я. Моделирование задержек самовоспламенения метановоздушных смесей в двигателе внутреннего сгорания / В.Я. Басевич,

4. B.И. Веденеев, B.C. Арутюнов // ФГВ. 1994. - № 2. - С. 7-14.

5. Фролов, С.М. Моделирование горения и образования токсичных веществ в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия /

6. C.М. Фролов, В.Я. Басевич, А.А. Беляев, А.Н. Гоц // Химическая физика. -2004.-№8.-С. 50-57.

7. Басевич, В.Я. Моделирование самовоспламенения изооктана и н-гептана применительно к условиям ДВС / В.Я. Басевич, А.А. Беляев, В. Брандштетер, М.Г. Нейгауз, Р. Ташл, С.М. Фролов // ФГВ. 1994. - № 6. - С. 15-25.

8. Звонов, В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания / В.А. Звонов. 2-е изд., перераб. - М. : Машиностроение, 1981. - 160 с.

9. Чесноков, С.А. Химический турбулентный тепломассообмен в двигателях внутреннего сгорания / С.А. Чесноков; ТулГУ. Тула : Изд-во ТулГУ, 2005.-466 с.

10. Warnatz, J. Temperature of combustion of alkenes up to octane / J. Warnatz // Proc. 20th symp. (Int.) on Combustion. Pitsburg, Pensylvania. - 1984. - P. 845.

11. Bui-Pham, M. Comparison between experimental measurements and numerical calculations of the structure of heptane-air diffusion flames / M. Bui-Pham, K. Seshadri // Combust. Sci. and Techn. 1991. - V. 79. - P. 293-310.

12. Poppe, Ch. Modeling of n-heptane auto-ignition and validation of the results / Ch. Poppe, M. Sheber, J.F. Griffiths // Proc. Joint Meeting of the British and German Sections of the Combustion Inst. Kambridge. 1993. - P. 360.

13. Muller, U.S. Global kinetic for n-heptane ignition at high pressures / U.S.th

14. Muller, N. Peters, A. Linan // Proc. 24 Symp. (Int.) on Combustion. Pitsburg, Pensylvania. - 1992. - P. 777.

15. Basevich, V.Ya. Chemical kinetics in the combustion process / V.Ya. Basevich ; Ed. by N.P. Cheremisinoff. Houston : GulfPubl. Co., 1990. - P. 769.

16. Trevino, C. Reduced kinetic mechanism for methane ignition / C. Trevino, F. Mendez // Proc. 24th Symp. (Int.) on combustion. Pitsburg, Pensylvania.1992.-P. 121-127.

17. Maas, U. Ignition process in carbon monoxidehydrogen oxygen mixture / U. Maas, J. Warnatz // Proc. 22th Symp.(Int.) on Combustion. - Pitsburg, Pensylvania. - 1988. - P. 1695-1704.

18. Карасевич, Ю.К. Прямые и обратные задачи в химической кинетике / Ю.К. Карасевич, М.Г. Нейгауз ; ред. В.И. Быков. Новосибирск : Наука,1993.-248 с.

19. Булыгин, Ю.И. Элементарные химические процессы в поршневых двигателях внутреннего сгорания: кинетическое описание / Ю.И. Булыгин, Р.Ф. Давлетшин, О.В. Яценко // Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Естеств. науки. 1996.-№ 1.-С. 44-54.

20. Ладоши, Е.Н. Моделирование кинетики горения заряда в поршневом двигателе с учетом процессов переноса / Е.Н. Ладоши, О.В. Яценко // Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Естеств. науки. 2000. — № 2. - С. 44-46.

21. Peters, N. Temperature Cross-Over and Non-Thermal Runaway at Two-Stage Ignition of N-Heptane / N. Peters, G. Paczko, R. Seiser, K. Seshadri // Combustion and flame. -2002. -V. 128. P. 38-59.

22. Ciezki, H. Shock-tube investigation of self-ignition of и-heptane-air mixtures under engine relevant conditions / H. Ciezki, G. Adomeit // Combustion' and flame. 1993.-V. 93.-№4.-P. 421-433.

23. Curran, H.J. A Comprehensive Modeling Study of iso-Octane Oxidation / H.J. Curran, P. Gaffuri, W.J. Pitz, C.K. Westbrook // Combustion and flame. -2002. V. 129. - №3. - P. 253-280.

24. Curran, H.J. A Comprehensive Modeling Study of n-Heptane Oxidation / H.J. Curran, P. Gaffuri, W.J. Pitz, C.K. Westbrook // Combustion and flame. -1998.-V. 114. -№1-2. -P. 149-177.

25. Liu, S. Effects of strain rate on high-pressure nonpremixed «-heptane autoignition in counterflow / S. Liu, J.C. Hewson, J.H. Chen, H. Pitsch // Combustion and flame. 2004. - V. 137. - №3. - P. 320-339.

26. Chaos, M. A high-temperature chemical kinetic model for primary reference fuels / M. Chaos, A. Kazakov, Z. Zhao, F.L. Dryer // International Journal of Chemical Kinetics. 2007. - V.39. - №7. - P. 399^14.

27. Gauthier, B.M. Shock tube determination of ignition delay times in full-blend and surrogate fuel mixtures / B.M. Gauthier, D.F. Davidson, R.K. Hanson // Combustion and flame. 2004. - V.139. - №4. - P. 300-311.

28. Huang, Y. Laminar flame speeds of primary reference fuels and reformer gas mixtures / Y. Huang, C.J. Sung, J.A. Eng // Combustion and flame. 2004. -V.139.-P. 239-251.

29. Трошин, К .Я. Экспериментальное исследование воспламенения суррогатных топлив на основе я-гексана и «-декана / К.Я. Трошин // Химическая физика. 2008. - Т. 27. - №6. - С. 6-13.

30. Held, T.J. A Semi-Empirical Reaction Mechanism for n-Heptane Oxidation and Pyrolysis / T.J. Held, A.J. Marchese, F.L. Dryer // Combust. Sci. and Tech.- 1997.-V. 123.-№1-6.-P. 107-146.

31. Warnatz, J. Chemistry of High Temperature Combustion of Alkanes up to Octane / J. Warnatz // Proc. Comb. Inst. 1985. - V. 20. - P. 845-856.

32. Bui-Pham, M. Comparison between experimental measurements and numerical calculations of the structure of heptane-air diffusion flames / M. Bui-Pham, K. Seshadri // Combust. Sci. and Techn. 1991. - V. 79. - P. 293-310.

33. Card, J.M. Asymptotic analysis of the structure and extinction of spherically symmetrical n-heptane diffusion flames / J. M. Card, F.A. Williams // Combust. Sci. and Tech. 1992. - V.84.-№1-6.-P. 91-119.

34. Card, J.M. Asymptotic analysis for the burning of w-heptane droplets using a four-step reduced mechanism / J.M. Card // Combustion and flame. 1993. -V.93. — №4 - P. 375-390.

35. Axelsson, E.I. Chemical Kinetic Modelling of Large Alkane Fuels: n-Octane and Iso-Octane / E.I. Axelsson, K. Brezinsky, F.L. Dryer, W.J. Pitz, C.K. Westbrook // 21st Symp.(Int) on Combustion. The Combustion Institute, Pittsburgh. - 1986. - P. 783-793.

36. Teodorczyk, A. Mathematical-model of nitric oxide formation in an Si piston engine / A. Teodorczyk, T.J. Rychter // Journal of Technical Physics. — 1987.-V.28.-P. 47-66.

37. Зельдович, Я.Б. Окисление азота при горении / Я.Б. Зельдович, П.Я. Садовников, Д.А.Франк-Каменецкий. М. : Изд-во АН СССР, 1947. - 191 с.

38. Когарко, С.М. и Басевич, В.Я. Теоретическое рассмотрение возможных схем снижения концентрации N0 при горении / С.М. Когарко, В.Я. Басевич // ФГВ. 1981. - № 5. - С. 3-8.

39. Липатников, А.Н. Численное моделирование образования окиси азота при турбулентном горении предварительно перемешанной газовой смеси / А.Н. Липатников// ФГВ. 1993. - № 3. - С. 78-81.

40. Звонов, В.А. Анализ механизмов образования оксидов азота при сгорании углеводородных топлив в камере сгорания ДВС / В.А. Звонов, М.П. Гиринович // Приводная техника. 2004. —№ 5. - С. 27-34.

41. Гиринович, М.П. Исследование процессов образования оксидов азота при сгорании топлив в перспективных дизелях : дис. . канд. техн. наук : 05.04.02 / Гиринович Михаил Петрович. М., 2006. - 123 с.

42. Fenimore, С.Р. Formation of nitric oxide from fuel nitrogen in ethylene flames / C.P. Fenimore // Combustion and Flames. 1972. - V.19. - № 2. - P. 289-296.

43. Harris, R.J. The Formation of Oxides of Nitrogen in High Temperature CH4-02-N2 Flames / R.J. Harris; M. Nasralla; A. Williams // Combustion Science and Technology. 1976.-V. 14.-№1-3.-P. 85-94.

44. Malte, J. Hydroxyl radical and atomic oxygen concentrations in high-intensiv turbulent combustion / J. Malte, S.C. Schidt, D.T. Pratt // 16-th Symposium of Combustion. Pitssburgh, Pensylvania. - 1967. - P. 145-155.

45. Булыгин, Ю.И. Элементарные химические процессы в поршневых двигателях внутреннего сгорания: кинетическое описание / Ю.И. Булыгин, Р.Ф. Давлетшин, О.В. Яценко // Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Естеств. науки. 1996.-№ 1.-С. 44-54.

46. Железко, Б.Е. Основы теории и динамика автомобильных и тракторных двигателей / Б.Е. Железко. Минск : Вышэйшая школа, 1980. -304 с.

47. Юдаев, Б.Н. Техническая термодинамика и теплопередача / Б.Н. Юдаев. -М.: Высшая школа, 1988. 478 с.

48. Гурвич, J1.B. Термодинамические свойства индивидуальных веществ : справочное издание в 4-х томах. Т. 2 / Л.В. Гурвич, И.В. Вейц, В.Д. Медведев и др. М. : Наука, 1979. - 439 с.

49. Киреев, В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций / В.А. Киреев. М. : Химия,1970. - 519 с.

50. Звонов, В.А. Образование загрязнений в процессах сгорания / В.А. Звонов. Луганск : Изд-во Восточноукр. гос. ун-та, 1998. - 126 с.

51. Рид, Р. Свойства газов и жидкостей / Р. Рид, Т. Шервуд. Л. : Химия, 1971.-704 с.

52. Рид, Р. Свойства газов и жидкостей / Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд. Л. : Химия, 1982. - 592 с.

53. Булгаков, В.К. Метод расчета и численные исследования турбулентных двумерных отрывных течений в двигателях внутреннего сгорания / В.К. Булгаков, Н.В. Булгаков, А.А. Галат. Хабаровск : Вычислительный центр ДВО РАН, 2004. - 48 с.

54. Булгаков, В.К. Математические модели тепломассопереноса турбулентных слаборасширяющихся отрывных течений в ДВС / В.К. Булгаков, Н.В. Булгаков. — Хабаровск : Вычислительный центр ДВО РАН, 2003.-44 с.

55. Белов, И.А. Моделирование турбулентных течений : учеб. пособие / И.А. Белов, С.А. Исаев. СПб.: Изд-во Балт. гос. тех. ун-та, 2001. - 108 с.

56. Талантов, А.В. Горение в потоке / А.В. Талантов. М. : Машиностроение, 1978. - 160 с.

57. Иевлев, В.М. Турбулентное движение высокотемпературных сплошных сред / В.М. Иевлев. М. : Наука, 1975. - 278 с.

58. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский. М. : Наука, 1970.-904 с.

59. Петриченко, P.M. Физические основы внутрицилиндровых процессов в ДВС : учебное пособие / P.M. Петриченко. Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1983.-244 с.

60. Андерсон, Д. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. В 2-х т. Т. 1 / Д. Андерсон, Дж. Таннехилл, Р. Плетчер ; пер. с англ. М. : Мир, 1990. -384 с.

61. Баев, В.К. Горение в сверхзвуковом потоке / В.К. Баев, В.И. Головичев, П.К. Третьяков. Новосибирск : Наука, 1984. - 415 с.

62. Дунаев, В.А. Численное моделирование и визуализация многокомпонентного газового потока / В.А. Дунаев, Т.А. Акименко // Современные научно-технические проблемы гражданской авиации: тезисы докладов международной НТК. М. : МГТУ ГА, 1999. - С. 93-94.

63. Riegler, U. G. Berechnung der Verbrennung und der Schadstoffbildung in Ottomotoren unter Verwendung detaillierter Reaktionsmechanismen : Dissertation

64. U. G. Riegler. Fakultat Energietechnik der Universitat Stuttgart, Deutschland, 1999.

65. Гуреев, А.А. Испаряемость топлив для поршневых двигателей / А.А. Гуреев, Г.М. Камфер. М. : Химия, 1982. - 264 с.

66. Пажи, Д.Г. Основы техники распыливания жидкостей / Д.Г. Пажи,

67. B.C. Галустов. М. : Химия, 1984. - 250 с.

68. Нигматулин, Р.И. Динамика многофазных сред / Р.И. Нигматулин. -М. : Наука, 1987.-454 с.

69. Лыков, А.В. Тепломассообмен: Справочник / А.В. Лыков. М.: Энергия, 1978.-476 с.

70. Чесноков, С.А. Спектрометрия двигателей внутреннего сгорания /

71. C.А. Чесноков. Тула : Тульский гос. ун-т, 2001. - 146 с.

72. Gear, C.W. Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations / C.W. Gear. Englewood Cliffs, N.J. : Prentice - Hall, 1971.-253 p.

73. Арушанян, О.Б. Численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений на фортране / О.Б. Арушанян, С.Ф. Залеткин. М.: Изд-во МГУ, 1990. - 335 с.

74. Андерсон, Д. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. В 2-х т. Т. 1 / Д. Андерсон, Дж. Таннехилл, Р. Плетчер ; пер. с англ. М. : Мир, 1990. -384 с.

75. Демидов, М.И. Образование оксидов углерода и азота при горении и догорании в ДВС: дис. . канд. техн. наук : 05.04.02 / Демидов Максим Игоревич Тула, 2005. -133 с.

76. Морозов, К.А. Системы питания современных бензиновых двигателей: учебное пособие / К.А. Морозов, Л.М. Матюхин. М.: Изд-во МАДИ, 1988.- 110 с.

77. Вырубов, Д.Н. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др.; под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М. : Машиностроение, 1983. -372 с.

78. Температурные измерения: справочник / Под ред. О.А. Геращенко. -Киев: Наук, думка, 1989. 704 с.

79. Кадышевич, А.Е. Измерение температуры пламени / А.Е. Кадышевич. М.: Металлургиздат, 1961. - 218 с.

80. Гейдон, А. Спектроскопия пламён / А. Гейдон. М.: Иностр. лит. -1959. - 382 с.134